Колебания электрической активности спокойного мозга оказались гармоническими

Сложная работа головного мозга определяется базовыми законами гармонии. В покое паттерны активности нейронов связаны с анатомической формой мозга так же, как звуки музыки – с формой музыкального инструмента.

Одной из интересных особенностей головного мозга высокоразвитых млекопитающих (и прежде всего человека) являются характерные колебания активности, охватывающие разные группы нейронов, «вспыхивающие» и «гаснущие» с определенной частотой. Эти спонтанные колебания особенно заметны в коре больших полушарий и проявляются даже в состоянии покоя в отсутствие внешних раздражителей, когда, казалось бы, никакой активности от коры и не требуется.
 
Показано, что форма и структура возбуждающихся «колебательных контуров» связана со структурой взаимосвязей между функционально-анатомическими частями мозга. Но в остальном они могут показаться полнейшим хаосом, игрой случайности. «До сих пор неясно, отчего и как проявляются эти паттерны спонтанной активности, пока человек ничем не занят, ни о чем не думает, не решает никакой задачи, а просто лежит в томографе», – говорит профессор австралийского Университета Нового Южного Уэльса Джоэль Пирсон (Joel Pearson).

В статье, опубликованной журналом Nature Communications, Пирсон и его коллеги рассказывают, что с помощью магнитно-резонансной (МРТ) и диффузной (дМРТ) томографии они составили трехмерные карты головного мозга десятерых подопытных, находившихся в спокойном и расслабленном состоянии. МРТ дала возможность в деталях увидеть строение «серого вещества» коры больших полушарий, а дМРТ позволила составить карту взаимосвязей между лежащими под ней нейронами «белого вещества».
 
Данные о структуре и активности мозга каждого подопытного ученые рассмотрели в рамках математики, которая вырастает из классического уравнения Лапласа и описывает гармонические колебания. Им удалось показать, что если рассматривать мозг в целом, как систему, имеющую набор связанных друг с другом частей и определенную форму, то его можно описать с помощью законов гармонии, так что колебания активности нейронов будут «резонировать» в разных частях этого «инструмента».
 
«Форма мозга для этих колебаний так же важна, как и форма деки скрипки Страдивари важна для выражения звука колеблющихся струн, – добавляет Джоэль Пирсон. – Активность нейронов «резонирует» в структурах мозга, создавая колебания активности, которые мы наблюдаем».
 
Гармония, простейшие законы которой некогда легли в основу древнегреческой математики, кажется, может оказаться всеобъемлющим законом природы. Те же принципы, что проявляют себя во многих аспектах поведения звука и света, электричества и магнетизма, гидродинамики и небесной механики и даже определяют формирование пятен на шкуре леопарда, – та же гармония «звучит» и в колебаниях спонтанной активности нейронов коры нашего мозга.