Ученые научились определять нейронные сети человеческого мозга

Ученые американского исследовательского центра Penn Medicine смогли воспроизвести размер и форму нейронных сетей мозга у отдельных детей с помощью методов искусственного интеллекта. Результаты проведенных ими исследований были опубликованы 19 февраля порталом Sciencedaily.

Ученые провели исследование, в котором для анализа результатов сканирования мозга с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (МРТ) использовались методы машинного обучения.   Ученые изучали работу мозга 700 детей, подростков и молодых людей. Они выявили,  что функциональная нейроанатомия может сильно варьироваться у детей, и что она совершенствуется в процессе развития ребенка.

Мозг человека имеет структуру складок и гребней на своей поверхности, это помогает выделить физические ориентиры для нахождения областей мозга. Функциональные сети, которые управляют некоторыми познавательными процессами, уже давно изучены в человеке путем выявления активности зон мозга при той или иной деятельности.  Однако этот процесс предполагает, что функции мозга расположены в одних и тех же зонах у каждого человека. Это справедливо для многих простых функций, например, моторная система, управляющая движением, обычно находится рядом с одной и той же специфической складкой у каждого человека.

 Однако многочисленные недавние исследования, проведенные среди взрослых, показали, что это не так для более сложных систем мозга, отвечающих за функцию управления - набор психических процессов, включающий в себя самоконтроль и внимание. В таких системах функциональные сети не всегда выстраиваются в одну линию с физическими ориентирами мозга - складками и гребнями. Вместо этого у каждого взрослого человека формируется своя специфическая схема.

До сих пор было неизвестно, как такие специфические для человека сети могут развиваться по мере взросления. Для изучения того, как функциональные сети развиваются у детей и управляют деятельностью, команда проанализировала большую выборку подростков и молодых людей (693 участника в возрасте от 8 до 23 лет). Методы машинного обучения позволили команде составить карту 17 функциональных сетей у отдельных детей, а не создавать их на основе  усредненных показателей. 

Затем исследователи изучили, как эти функциональные сети развивались в подростковом возрасте и были связаны с эффективностью деятельности, которую измерили с помощью набора интеллектуальных тестов. Исследователи обнаружили, что функциональная нейроанатомия этих сетей развивается с возрастом. И по степени ее развитости можно с высокой степенью точности предсказать, сколько лет ребенку и насколько хорошо он справится с выполнением задач.

Дети, у которых эти сети были больше, лучше справлялись с выполнением задач. А те, у кого сети занимали меньшую площадь коры головного мозга, справлялись с задачами хуже. Эти исследования помогут лучше изучить природу психических расстройств, считают ученые.