Необъяснимые открытия в нейронауках: играем с мозгом

Открытия в нейронауках: 5 новых исследований предлагают неожиданные инсайты о работе мозга
Человеческий мозг постоянно реагирует на окружающую среду, запоминает, изучает новые навыки и справляется со сложными социальными и эмоциональными переживаниями. Но что именно влияет на то, как наши brains развиваются, адаптируются или приходят в упадок? Увеличивающееся количество исследований освещает факторы, которые формируют нашу нейронную сеть, начиная от музыки, которую мы любим, и заканчивая воздухом, которым мы дышим. Ниже приведены пять недавно опубликованных исследований в области нейронаук, которые раскрывают удивительные аспекты работы мозга.

Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, как дыхание загрязненным воздухом может повреждать мозг. Исследование сосредоточилось на химическом процессе, называемом S-нитрозилированием, который может быть запущен воспалением и экологическими токсинами, такими как смог или дым от лесных пожаров. Ученые обнаружили, что этот процесс изменяет ключевой белок мозга, называемый CRTC1, который обычно помогает активировать гены, необходимые для обучения и памяти. Когда CRTC1 модифицируется S-нитрозилированием, он больше не может правильно взаимодействовать с другим важным белком, называемым CREB, что нарушает экспрессию генов и ухудшает функции мозга, связанные с памятью.

В экспериментах с использованием клеток мозга, моделей мышей с болезнью Альцгеймера и человеческих нервных клеток, полученных от пациентов, исследователи обнаружили, что блокировка этого химического изменения улучшала функционирование клеток мозга и даже восстанавливала некоторые проблемы с памятью. Это говорит о том, что повреждение мозга, вызванное загрязнением, может быть обратимым, и что нацеливание на S-нитрозилирование может стать многообещающей стратегией лечения нейродегенеративных заболеваний. Исследование подчеркивает прямую биологическую связь между экологическими токсинами и такими состояниями, как болезнь Альцгеймера, открывая двери для профилактики и терапевтических подходов, которые выходят за рамки легких и сердца, чтобы защитить мозг.

Исследование, опубликованное в Human Brain Mapping, показало, что ностальгическая музыка уникально активирует участки мозга, связанные с памятью, самооценкой и эмоциями. Участники, слушавшие значимые для них песни из прошлого, демонстрировали большее активирование таких областей, как гиппокамп, медиальная префронтальная кора и передняя островковая доля — области, участвующие в извлечении автобиографической памяти и обработке эмоций. Пожилые люди в исследовании особенно сильно реагировали на ностальгическую музыку, что говорит о том, что эти песни могут играть мощную роль в эмоциональной регуляции и сохранении памяти по мере старения.

Исследователи тщательно сопоставили ностальгическую музыку с музыкально аналогичными, но эмоционально нейтральными песнями, чтобы убедиться, что эффекты были вызваны памятью и личным значением, а не темпом или известностью. МРТ выявила, что ностальгическая музыка не только активировала больше областей мозга в целом, но и усиливала связь между регионами, участвующими в самоосознании и эмоциональной значимости. Эти результаты поддерживают использование персонализированной музыки в терапевтических целях, особенно для людей с деменцией, и указывают на биологически обоснованное объяснение того, почему музыка может вызывать яркие воспоминания и чувства из далекого прошлого.

Новое исследование в Neuroscience предполагает, что у людей с авторитарными взглядами — независимо от политической принадлежности — могут быть отличительные различия в мозге. Исследование показало, что у молодых людей с сильными правыми авторитарными убеждениями объем серого вещества в дорсомедиальной префронтальной коре, области, участвующей в восприятии мнений других и моральном осмыслении, был меньше. Напротив, у тех, кто высоко оценивал левый авторитаризм, особенно агрессивные антикоррупционные взгляды, была тоньше кора в правой передней островке, области, связанной с эмпатией и эмоциональной регуляцией.

Эти различия в мозге были связаны с поведенческими чертами, которые часто ассоциируются с авторитаризмом, такими как импульсивность и тревожность. Исследование также показало, что правые авторитарии чаще поддерживают социальное доминирование, в то время как левые авторитарии поддерживают более радикальные антиэстаблишментные взгляды. Хотя исследование ограничено своей кросс-секционной структурой и однородной выборкой, оно открывает новую линию исследования того, как структурные различия в мозге могут взаимодействовать с эмоциональными склонностями и социальными средами, формируя политические убеждения. Авторы подчеркивают, что анатомия мозга не является причиной идеологии, но может отражать долговременные модели мышления и поведения.

В исследовании, опубликованном в Science, ученые обнаружили удивительное обстоятельство о том, как работает обучение мозга: нейроны не следуют лишь одной инструкции для изменения своих связей — они следуют нескольким одновременно. Используя методы визуализации в реальном времени на мышах, ученые выяснили, что синапсы (связи между нейронами) на разных частях одного и того же нейрона следуют разным правилам обучения. Некоторые синапсы укрепляли свои связи, когда нейроны активировались вместе, как предсказывается классическим правилом «стреляй вместе, связывайся вместе». Но другие следовали совершенно иным схемам, реагируя независимо от активации самого нейрона.

Эти открытия предлагают новое объяснение того, как мозг эффективно кодирует сложную информацию. Применяя различные правила обучения к разным синапсам, один нейрон может обрабатывать несколько типов входных данных одновременно, что помогает мозгу многозадачному и адаптироваться к новым событиям. Эти результаты могут иметь значение для искусственного интеллекта и психического здоровья. Например, понимание этих гибких механизмов обучения может улучшить методы лечения таких состояний, как депрессия, которые связаны с нарушениями синаптической пластичности, и вдохновить более биологически реалистичные модели обучения в системах ИИ.

Исследование в Developmental Science показало, что мозг детей в дошкольном возрасте демонстрирует различные паттерны активности при чтении книги и просмотре истории на экране. Во время живого чтения книги дети показывали большее активирование в правом полушарии, особенно в височно-теменной области — области, участвующей в понимании социального взаимодействия и совместного внимания. В отличие от этого, рассказывание истории на экране произвело более равномерную активность в обоих полушариях мозга, что предполагает иной тип вовлеченности.

В исследовании участвовали дети в возрасте от 3 до 6 лет, которые испытывали оба типа рассказывания историй, пока их активность мозга измерялась с помощью ближнеинфракрасной визуализации. Несмотря на то, что содержание и язык экранных историй совпадали с живыми чтениями, присутствие реального человека, читающего вслух, казалось, давало эффект в том, как мозг обрабатывал этот опыт. Эти находки предполагают, что социальное взаимодействие при живом чтении книги может способствовать развитию нейронных путей, важных для общения и эмпатии. Несмотря на небольшую однородную выборку в исследовании, это добавляет к растущему числу данных, указывающих на то, что не все впечатления от чтения одинаковы в их влиянии на раннее развитие мозга.