Skanując mózgi ludzi podczas oglądania klipów filmowych, neurobiolodzy stworzyli najbardziej szczegółową jak dotąd mapę funkcjonalną mózgu. Analiza fMRI, opublikowana 6 listopada w czasopiśmie Cell Press Neuronpokazuje, jak różne sieci mózgowe aktywują się, gdy uczestnicy oglądają krótkie klipy z różnych filmów niezależnych i hollywoodzkich, w tym Początek, Sieć społecznościowaI Sam w domu. Zespół zidentyfikował różne sieci mózgowe zaangażowane w przetwarzanie scen z ludźmi, przedmiotami nieożywionymi, akcją i dialogiem. Ujawnili także, w jaki sposób różne sieci kierownicze są traktowane priorytetowo w scenach łatwych i trudnych do śledzenia.
„Nasza praca to pierwsza próba uzyskania układu różnych obszarów i sieci mózgu w warunkach naturalistycznych” – mówi pierwsza autorka i neurobiolog Reza Rajimehr z Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Różne obszary mózgu są ze sobą ściśle powiązane, a połączenia te tworzą sieci funkcjonalne powiązane z tym, jak postrzegamy bodźce i jak się zachowujemy. Większość badań sieci funkcjonalnych mózgu opiera się na skanach fMRI osób w stanie spoczynku, ale wiele części mózgu lub kory mózgowej nie jest w pełni aktywnych w przypadku braku zewnętrznej stymulacji.
W tym badaniu naukowcy chcieli sprawdzić, czy wyświetlanie filmów podczas skanowania fMRI może dostarczyć wglądu w to, jak sieci funkcjonalne mózgu reagują na złożone bodźce dźwiękowe i wizualne.
„W przypadku fMRI w stanie spoczynku nie ma bodźca – ludzie po prostu myślą wewnętrznie, więc nie wiadomo, co aktywowało te sieci” – mówi Rajimehr. „Ale dzięki naszemu bodźcowi filmowemu możemy cofnąć się i dowiedzieć, jak różne sieci mózgowe reagują na różne aspekty filmu”.
Aby zmapować mózg podczas oglądania filmów, badacze wykorzystali zbiór danych fMRI zebrany wcześniej w ramach projektu Human Connectome Project, składający się ze skanów całego mózgu 176 młodych dorosłych, które uzyskano podczas oglądania przez uczestników 60-minutowych krótkich klipów z szeregu niezależnych i hollywoodzkich filmów.
Naukowcy uśrednili aktywność mózgu wszystkich uczestników i wykorzystali techniki uczenia maszynowego do zidentyfikowania sieci mózgowych, szczególnie w korze mózgowej. Następnie sprawdzili, w jaki sposób aktywność w tych różnych sieciach ma związek z treścią filmu scena po scenie – obejmującą ludzi, zwierzęta, przedmioty, muzykę, mowę i narrację.
Ich analiza ujawniła 24 różne sieci mózgowe powiązane z określonymi aspektami przetwarzania sensorycznego lub poznawczego, na przykład rozpoznawaniem ludzkich twarzy lub ciał, ruchem, miejscami i punktami orientacyjnymi, interakcjami między ludźmi a obiektami nieożywionymi, mową i interakcjami społecznymi.
Wykazali także odwrotną zależność pomiędzy „domenami kontroli wykonawczej” – obszarami mózgu, które umożliwiają ludziom planowanie, rozwiązywanie problemów i ustalanie priorytetów informacji – a obszarami mózgu o bardziej specyficznych funkcjach. Kiedy treść filmu była trudna do zrozumienia lub niejednoznaczna, występowała wzmożona aktywność w obszarach mózgu odpowiedzialnych za kontrolę wykonawczą, ale w scenach łatwiejszych do zrozumienia dominowały obszary mózgu o określonych funkcjach, takich jak przetwarzanie języka.
„Domeny kontroli wykonawczej są zwykle aktywne przy trudnych zadaniach, gdy obciążenie poznawcze jest duże” – mówi Rajimehr. „Wygląda na to, że gdy sceny filmu są dość łatwo zrozumiałe, np. gdy toczy się wyraźna rozmowa, obszary językowe są aktywne, natomiast w sytuacjach, gdy mamy do czynienia ze sceną złożoną, zawierającą kontekst, semantykę i niejednoznaczność znaczenia scena wymaga większego wysiłku poznawczego, w związku z czym mózg przełącza się na korzystanie z domen kontroli ogólnej wykonawczej.
Ponieważ analizy zawarte w tym artykule opierały się na średniej aktywności mózgu, naukowcy twierdzą, że przyszłe badania mogłyby zbadać różnice w funkcjonowaniu sieci mózgowej u poszczególnych osób, osób w różnym wieku lub osób z zaburzeniami rozwojowymi lub zaburzeniami psychicznymi.
„W przyszłych badaniach będziemy mogli przyjrzeć się mapom poszczególnych przedmiotów, co pozwoli nam powiązać zindywidualizowaną mapę każdego pacjenta z jego profilem behawioralnym” – mówi Rajimehr. „Teraz badamy bardziej szczegółowo, w jaki sposób konkretna treść każdej klatki filmu napędza te sieci – na przykład kontekst semantyczny i społeczny lub relacje między ludźmi a sceną w tle”.
