Мозг, интеллект и тайные сети: как работает наш ум

Масштабный взгляд на мозг раскрывает план человеческого интеллекта

Недавний анализ внутренних коммуникационных сетей мозга показал: наш ум устроен сложнее, чем кажется. Исследование, опубликованное в журнале NeuroImage, выявило, что высокая скорость и эффективность передачи информации по определённым мозговым системам связаны с лучшими когнитивными способностями. Но чрезмерная "болтовня" между сетями, отвечающими за внутренние мысли и воспоминания, наоборот, препятствует работе интеллекта. Получается, структура мозга поддерживает как общие, так и специфические интеллектуальные навыки — но есть нюансы.

Мозг человека — это сложнейшая из известных сетей. Но что именно делает нас умными? Интеллект — не что-то одно; обычно его представляют в виде иерархии: общее основание (умение решать задачи, понимать речь, скорость обработки информации), а также более частные навыки. Научиться видеть, как слои интеллекта отражаются непосредственно в архитектуре мозга — задача, над которой бились учёные десятилетиями.

Команда из университета Габриэле д’Аннунцио (Италия) подошла к ней через новый угол: они рассматривали рабочие модули мозга, то есть группы участков, которые интенсивно обмениваются сигналами друг с другом. Удобство в том, что их можно рассматривать на разном "масштабе": чем мельче разрешение, тем мельче и более специфичны подсети, чуть "отъедешь" — получаешь крупные объединённые блоки. Учёные предположили, что такая многоуровневая организация мозга как раз повторяет структуру человеческого интеллекта: общие способности живут в крупных сетях, а специализированные — в мелких модулях.

Проверяли они это на трёх разных группах людей и тестах. В первом случае 33 студента проходили МРТ в состоянии покоя (метод — функциональная МРТ, фиксирует активность мозга без выполнения заданий), а потом сдавали классический тест WAIS (Wechsler Adult Intelligence Scale), который раскрывает общий уровень интеллекта и различные аспекты умственных способностей (перцептивное мышление, скорость обработки, память, словарный запас).

Главные параметры, которые исследовали: узловая эффективность (насколько быстро и качественно участок мозга общается с остальной сетью) и коэффициент участия (за сколько разных модулей он отвечает, грубо говоря, "мост" между фракциями мозга).

Результаты: чем выше общий IQ, тем быстрее работают крупные "задачно-активные" сети мозга — это части лобной, теменной и затылочной долей, активно участвующие при решении задач. Эта связь видна прежде всего на самом крупном масштабном уровне — то есть общие способности зависят от эффективности гигантских мозговых сетей. Если смотреть глубже, на детальные модули, то конкретные типы мышления (например, скорость обработки информации или пространственная логика) зависят уже от других локальных сетей: зрительная, сенсомоторная, фронто-теменная — тут всё по полочкам.

Интересно, что у людей, демонстрирующих высокий IQ, меньше связи между внутренними, "гаражными" сетями мозга — сетью режима по умолчанию (отвечает за фантазии, воспоминания, внутренний монолог) и остальными. Это говорит о важной роли "шумоизоляции": чем меньше внутренний голос перебивает задачные зоны мозга, тем выше результат теста.

Во втором эксперименте использовали большую базу данных Human Connectome Project (500 человек, другие тесты по когнитивным показателям). Анализ подтвердил: абстрактное мышление зависит от эффективности передачи информации внутри сенсомоторных и исполнительских (фронто-теменных) сетей, а память — от зрительных. Снова — меньше связи внутренних и исполнительских сетей коррелирует с лучшими результатами в языковых и мнемонических тестах.

Третье исследование с новым набором студентов показало то же: у людей с высокими результатами по "Прогрессивным матрицам Равена" (специальный тест на абстрактное мышление) мозг работает так же — чем производительнее сенсомоторные/исполнительские сети и чем меньше они "болтают" с внутренними и подкорковыми зонами, тем круче результат.

В целом, три параллельных работы показали один и тот же портрет: быстрота и эффективность передачи внутри ключевых сенсорных и исполнительных сетей — плюс к интеллекту. А вот связи между "мечтательными" и задачными зонами, наоборот, мешают.

Есть и ограничения: разные группы людей и разные тесты не позволяют напрямую сравнить всё до мелочей; МРТ замеряла "мозг в покое", а динамика в реальных задачах может отличаться. Следующие шаги — изучить мозг в действии и попробовать повлиять на его сетевые свойства напрямую.

Статья называется "Внутреннее картирование мозга и когнитивных способностей: Многофакторное исследование интеллекта и его компонентов". Авторы исследования: Simone Di Plinio, Mauro Gianni Perrucci, Grazia Ferrara, Maria Rita Sergi, Marco Tommasi, Mariavittoria Martino, Aristide Saggino, и Sjoerd JH Ebisch.