大脑网络:脑部扫描用于确定机制背后的认知控制的思想
人类的大脑并不来自于一个操作手册。然而,一组科学家从加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)和宾夕法尼亚大学开发了一种结构性的脑成像技术转化为“线路图”的大脑区域之间的连接。
UCSB三个研究人员的心理和大脑科学部门——迈克尔·米勒,斯科特·格拉夫顿和马特Cieslak——使用神经网络的结构,揭示了基本规则控制大脑的哪些部分是最能够发挥认知控制思想和行动。这项研究是第一个提供机械的解释如何额叶皮质施加控制数以万亿计的单个神经元,让人们关注一个任务或切换到一个完全不同的。该发现发表在《自然通讯》杂志上。
“特定区域的大脑倾向于控制你的思想是基于他们所在与其他地区,”米勒说,UCSB心理学教授,论文的合著者。”“郊区”的地区可以执行一种非常具体的控制。他们可以移动系统遥远的国家,像开关工作在你的工作与你的孩子玩。”
这项新的研究结合神经科学前沿与网络科学的新兴领域,它常被用来研究社会制度。通过应用控制理论——一个传统上用来研究领域机电系统——调查显示,在郊区的大脑是必要的额叶皮层动态控制思想和目标导向行为的方向。
“我们需要一个大脑如何控制基本理论本身,到那里,我们建议治疗大脑作为一个工程系统,”资深作者丹尼尔•巴塞特说,创新的助理教授Skirkanich在宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院。工程控制:“认知控制很像你模型系统的动力学通过识别要点;如果我把一块或把这杆,我可以提供一个预测它会如何影响网络的其他部分。”
通过应用控制理论方程从脑部扫描生成的布线图,研究人员表明,地理和功能的大脑区域之间的差异是有联系的。虽然分析不能说额叶皮层的位置或其作用是否发展首先,它表明,额叶皮质的一部分控制执行功能的能力取决于其距离大脑网络的其他部分。
“这项研究预示着新一波网络科学,建立在严格的控制理论,”合著者格拉夫顿说,UCSB的脑成像中心主任。“当应用于先进的脑成像数据我们开始看到一些固有的设计权衡大脑连接的建筑。”
地区最相互关联,因此更多的内部网络非常擅长移动大脑到附近的国家——例如,从写某人的电子邮件说在电话里那个人。“特别有趣的如果我们看看那些内部节点,它们都在默认模式的地区,这是活跃的地区当你休息,”巴塞特说,前博士后研究助理在格拉夫顿行动实验室。“这是有道理的,因为如果你是工程的最优系统,您想将其基线可以得到大部分的地方很容易。”
根据Cieslak合著者,这种类型的整体的理解大脑区域的位置和角色之间的关系是必要的调整更好的治疗的人已经失去了执行功能由于疾病或损伤。他指出,这些基本的理解大脑如何控制其活动可以带来更好的干预与减少认知控制相关的医疗条件,如自闭症,精神分裂症或痴呆。
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出版
巴DSet al。大脑结构网络的可控性。自然通讯,2015年10月1日出版。doi: 10.1038 / ncomms9414
