Нейробиологи из университета Карнеги-Меллон (Carnegie Mellon University, CMU), в Пенсильвании, США, установили новый путь, по которому идет взаимодействие разных областей мозга посредством его базальных структур — стриатума («полосатого тела»). В статье, опубликованной в Journal of Neuroscience, рассматривается работа структурных и функциональных связей, которые позволяют мозгу использовать подкрепляющее обучение для принятия пространственных решений.
Например, взаимодействие верхнелатеральной префронтальной (DLPFC), орбитофронтальной (OFC) и задней теменной (PPC) зон коры головного мозга важны для способностей, к примеру, игрока в бейсбол, когда ему нужно оценить, как направить удар биты, или для человека, который пытается отыскать свою машину на большой стоянке, где много похожих машин.
Понимание того, как эти специфические пути взаимодействуют, крайне важно не только для того, чтобы разобраться в том, как происходит процесс обучения, но и для того, чтобы лечить, к примеру, болезнь Паркинсона. Надежды исследователей связаны с тем, что понимание того, как связи в мозгу соотносятся с поведением, поможет разработать способы терапевтического вмешательства, направленного на укрепление потенциально ослабленных или поврежденных путей в этих связях.
«Благодаря изучению этих связей мы можем прийти к лучшему пониманию того, как работает здоровый мозг, а также различных типов каскадного развития болезни Паркинсона — от симптомов моторной дисфункции до проблем с памятью и принятием решений», — сказал Тимоти Верстинен (Timothy Verstynen), профессор психологии из университета Карнеги-Меллон.
Доктор Тимоти Верстинен и его сотрудник психолог Кевин Джарбо (Kevin Jarbo) использовали спектральные и оптоволоконные технологии для анализа изображений мозга, собранных у 60 здоровых людей. Они смогли визуализировать проводящие пути белого вещества, локализованные в трех зонах головного мозга: префронтальной, орбитофронтальной и задней теменной. Исследователи установили, что проводящие пути во всех этих трех зонах имеют соответствующие «проекции» в стриатуме — части базальных ганглиев, нарушение работы которых обусловливает болезнь Паркинсона. Такая картина наблюдалась у всех обследованных участников.
Морфо-функциональный анализ работы этих проводящих путей на основе снимков мозга участников, сделанных на томографе в состоянии покоя, показал, что зоны конвергенции во всех трех исследованных областях мозга структурно и функционально связаны не только друг с другом, но и, что особенно важно, с соответствующими областями мозговой коры. «В мозге может существовать структурная и функциональная связь, которая позволяет интегрировать информацию о том, где и как мы фокусируем наше внимание во время визуально-пространственной ориентации, с подкрепляющими и отрицательными сигналами, ассоциированными с нашим прошлым опытом, для его обновления и улучшения», — сказал Джарбо.
«Многие модели подкрепляющего обучения предполагает, что подкрепляющие сигналы от орбитофронтальной зоны коры конвергируют с информацией от других зон. Это справедливо и для других областей префронтальной зоны коры мозга. Мы первые, кто показал, что пространственно-ориентирующие сигналы от теменной зоны коры могут также участвовать в этом процессе», — сказал доктор Верстинен.