Сканирование мозга более чем 100 видов млекопитающих, включая людей, показывает, что эффективность передачи информации в головном мозге одинакова у всех млекопитающих, независимо от размера.

Мозг млекопитающего состоит из двух сторон, или полушарий, которые соединяют нервные пути, также известные как аксоны. Два полушария делятся информацией вдоль этих аксонов.

Как быстро информация распространяется в мозге, зависит от количества синапсов — соединений между нервными клетками — через которые она должна пройти.

Идеальная система должна иметь множество длинных соединений, чтобы обеспечить быструю передачу информации между всеми частями мозга. Однако получение такого количества нейрональных связей обходится животному в издержки. Следовательно, эволюция мозга представляет собой компромисс.

Люди обычно полагают, что люди, благодаря нашей продвинутой эволюции, имеют более высокий уровень связности мозга, чем другие животные, что обеспечивает более эффективную и быструю передачу информации по всему мозгу.

Новое исследование, которое провели исследователи из Тель-Авивского университета в Израиле, оспаривает это предположение. Они сканировали мозг более чем 120 различных млекопитающих и обнаружили, что связность мозга не выше у людей и не зависит от размера мозга.

Их выводы, свидетельствующие о том, что у всех млекопитающих одинаковый уровень связности мозга, опубликованы в журнале Nature Neuroscience .

Предположение о соединении мозга

Идея о том, что мозговая связь — и, следовательно, эффективность — больше в человеческом мозге, существует давно.

«Многие ученые предположили, что связность в человеческом мозге значительно выше по сравнению с другими животными, что является возможным объяснением превосходного функционирования« человеческого животного », — объясняет первый автор исследования, профессор Янив Ассаф.

Чтобы проверить это предположение, профессор Ассаф и его команда использовали тип сканирования мозга, называемый диффузной МРТ, для сканирования мозга 123 различных видов млекопитающих, включая людей. Впервые исследователи поместили мозг большинства этих животных в сканер МРТ.

Животные в исследовании включали грызунов, обезьян и даже дельфинов. Объемы мозга этого вида варьировались от 0,1 миллилитра (мл) до более 1000 мл.

Исследователи также сканировали мозг 32 человек. Они использовали программу сканирования, чтобы восстановить нейронную сеть каждого вида, включая нейроны, которые передают информацию, и синапсы, где они встречаются.

Универсальный закон

Чтобы оценить связность мозга каждого вида, исследователи применили математический подход, основанный на количестве синапсов, которые информация должна пересечь, чтобы получить из двух точек внутри мозга.

Профессор Ассаф объясняет: «Для каждого сканируемого мозга мы измерили четыре соединительных датчика: связность в каждом полушарии (внутриполушарные соединения), связность между двумя полушариями (межполушарная) и общую связность».

Команда вывела значение, называемое средним-коротким путем, или MSP, которое указывает минимальное количество соединений, которые необходимо передать информации, чтобы получить между двумя частями сети. Высокий MSP указывает на низкую связность мозга.

Сравнивая эти значения среди видов, исследователи обнаружили, что связь между мозгом не зависит от размера и структуры мозга млекопитающего.

«Другими словами, мозг всех млекопитающих, от крошечных мышей до людей до крупных быков и дельфинов, обладает равной связностью, и информация передается с одинаковой эффективностью внутри них», — объясняет профессор Ассаф.

«Наше исследование выявило универсальный закон: сохранение связности мозга. Этот закон означает, что эффективность передачи информации в нейронной сети мозга одинакова у всех млекопитающих, включая человека ».

— Профессор Янив Ассаф, ведущий автор

Компенсация подключения

Команда также определила механизм, с помощью которого мозг уравновешивает количество соединений, которые он использует для передачи информации. Когда было много связей между двумя полушариями мозга, связи внутри отдельных полушарий оставались низкими, и наоборот.

Этот механизм гарантирует, что высокой связности в одной части мозга всегда противостоит низкая связность в другой части.

В отличие от общего соединения мозга, в этом процессе были различия среди разных видов.

«Мозг некоторых крыс, летучих мышей или людей демонстрирует более высокую межполушарную связь за счет связи внутри полушарий, и наоборот — по сравнению с другими из того же вида», — говорит старший автор исследования, проф. Йосси Йовель.

Команда также нашла различия в этой «компенсации за соединение» среди разных представителей одного и того же вида.

У людей эти различия могут лежать в основе различных когнитивных способностей или даже способностей в определенных областях, таких как математика или музыка. Будущие исследования команды составят карту этого более подробно.