Кору мозга подобна бабочке

Предложена модель, описывающая информационно-структурную организацию корковых центров мозга приматов. По форме модель напоминает бабочку и, по словам авторов, в общих чертах похожа на такие же разработки, описывающие другие самоорганизующиеся информационные системы.

Нейробиологи довольно много знают о том, из чего состоит наш мозг, на какие отделы поделён, что за работу те выполняют и как соединены друг с другом. Но целостная картина, которая охватывала бы всё мозгоустройство, всё ещё ускользает от понимания, и учёным остаётся лишь выдвигать всё новые и новые концепции информационной архитектуры мозга. При этом особое внимание привлекает, разумеется, кора мозга.


Одну из таких моделей описывают в журнале Science исследователи из французского института INSERM, Университета Нотр-Дам (США) и других научных центров США и Европы. По их версии, сеть соединений в мозге напоминает галстук-бабочку: в её центре находится ядро, а в крыльях «бабочки» располагаются периферические устройства вроде соматосенсорных, моторных и ряда когнитивных центров. Внутренние связи в коре и на периферии коротки, до 2,5 мм; связи же между ядром и периферией довольно длинны. При этом на короткие связи приходится 70% всех соединений мозга.

Исследователи опирались на многочисленные экспериментальные работы, в которых были описаны анатомические и функциональные связи между разными участками мозга приматов. То есть фактически этот «галстук-бабочка» есть результат осмысления множества экспериментальных трудов. По словам авторов, в такой структуре учитывается возрастание энтропийных издержек при передаче информации на большое расстояние, то есть те зоны мозга, которые интенсивнее всего общаются между собой, расположены рядом, чтобы не гонять за семь вёрст большие объёмы информации. В целом такая «бабочка» позволяет одновременно и на числе соединений сэкономить, и добиться нужной эффективности инфоканалов.

При этом, как отмечают нейробиологи, подобная организация не есть что-то уникальное, присущее исключительно мозгу. Примерно в такую же «бабочку» складываются многие самоорганизующиеся системы, которым приходится иметь дело с потоками информации, начиная от Интернета и заканчивая иммунитетом и клеточными сигнальными путями: у всех есть ядро и периферия. Это позволяет решить термодинамические вопросы, связанные с тем, что через такие системы идёт поток энергии и вещества, которые необходимы для их работы.

Стоит, однако, подчеркнуть, что бабочкообразная схема описывает только организацию центров коры, а кроме того, она отражает именно структурно-информационную организацию. То есть, например, если области префронтальной коры (которая, как считается, играет ведущую роль в высших когнитивных функциях) собраны преимущественно в центре «бабочки», то разные центры теменной доли входят и в информационное ядро, и в периферию такой архитектуры. Исследователи надеются, что дальнейшие эксперименты с мозгом лишь подтвердят их модель, но это, как говорится, будет видно со временем.

Подготовлено по материалам Университета Нотр-Дам.