Seanse filmowe pokazały, jak funkcjonują sieci połączeń w mózgu

Zdjęcie: Oglądanie filmu film


Naukowcy opracowali szczegółową mapę sieci połączeń w mózgu na podstawie skanów aktywności mózgu wykonanych podczas oglądania filmów. Zidentyfikowali, które z tych sieci są zaangażowane w interakcje społeczne, przetwarzanie języka czy sygnałów wizualnych i słuchowych. Ustalili również, które są aktywowane podczas oglądania prostych historii, a które, gdy oglądamy trudne, wymagające skupienia sceny.


Wielu z nas włącza wieczorem film, żeby odpocząć i zrelaksować się po ciężkim dniu. Ale podczas seansów filmowych mózg jest niezwykle aktywny. Ustalili to naukowcy z University of Cambridge, McGill University oraz z Massachusetts Institute of Technology (MIT). W niedawnych badaniach przeanalizowali skany mózgu 176 osób, pozyskane podczas oglądania przez nich różnych fragmentów filmów przez godzinę. Na ich podstawie ustalili, iż w mózgu w trakcie oglądania filmów działają aż 24 różne sieci, które mają różne funkcje i wzorce aktywności.


Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „Neuron” (DOI: 10.1016/j.neuron.2024.10.005).


Oglądanie filmów dla dobra nauki


Różne obszary mózgu są ze sobą ściśle powiązane, a połączenia te tworzą sieci funkcjonalne, które odnoszą się do tego, jak reagujemy na bodźce i jak się zachowujemy. Większość badań sieci funkcjonalnych mózgu opiera się na skanach wykonanych dzięki funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) osób w stanie spoczynku, ale wiele części mózgu lub kory mózgowej nie jest w pełni aktywnych, gdy nie są stymulowane bodźcami zewnętrznymi. Skan fMRI pośrednio mierzy aktywność mózgu, śledząc, jak krew przepływa do różnych obszarów mózgu. jeżeli określona część mózgu jest aktywna, przepływ krwi do tej części wzrasta.


W nowych badaniach naukowcy chcieli sprawdzić, czy wyświetlanie filmów podczas badania fMRI może dać wgląd w to, jak sieci w mózgu reagują na złożone bodźce dźwiękowe i wizualne. – Nasza praca jest pierwszą próbą uzyskania mapy różnych obszarów i sieci połączeń w mózgu w warunkach naturalnych – mówi Reza Rajimehr z MIT, pierwszy autor publikacji. – W przypadku fMRI w stanie spoczynku nie ma bodźca, więc nie wiadomo, co aktywowało te sieci. Ale dzięki bodźcowi filmowemu możemy dowiedzieć się, jak różne sieci mózgowe reagują na różne aspekty filmu – dodaje.


W swoich badaniach naukowcy wykorzystali skany mózgów wykonane w latach 2010-2015 w ramach Human Connectome Project. W projekcie tym wzięło udział 176 młodych osób, które w trakcie badania fMRI przez godzinę oglądały fragmenty filmów dokumentalnych i fabularnych, w tym takich hitów jak „Incepcja”, „Gwiezdne wojny: Imperium kontratakuje” czy „Kevin sam w domu”.


Naukowcy uśrednili aktywność mózgu wszystkich uczestników i wykorzystali techniki uczenia maszynowego do zidentyfikowania sieci mózgowych, szczególnie w obrębie kory mózgowej. Następnie zbadali, w jaki sposób aktywność w obrębie tych różnych sieci odnosi się do treści filmu obejmującej ludzi, zwierzęta, przedmioty, muzykę, mowę i narrację.


24 różne sieci w mózgu


Analiza zebranych danych ujawniła 24 różne sieci mózgowe, które były powiązane ze specyficznymi aspektami przetwarzania sensorycznego lub poznawczego, na przykład rozpoznawaniem ludzkich twarzy lub kształtów ciał, ruchu, miejsc i punktów orientacyjnych, interakcji między ludźmi a przedmiotami nieożywionymi, mową i interakcjami społecznymi.


Naukowcy wykazali również, iż istnieje odwrotna zależność między obszarami mózgu, które umożliwiają nam planowanie, rozwiązywanie problemów i ustalanie priorytetów informacji a obszarami mózgu o bardziej specyficznych funkcjach. Na przykład, gdy treść filmu była trudna do zrozumienia lub niejednoznaczna, obserwowano wzmożoną aktywność w obszarach mózgu odpowiedzialnych za kontrolę wykonawczą, czyli chociażby w obszarach odpowiadających za podejmowanie decyzji i rozwiązywanie problemów. Ale gdy badani oglądali niewymagające specjalnego zaangażowania sceny, przeważały obszary mózgu o określonych funkcjach, takich jak przetwarzanie języka.


– Obszary odpowiedzialne za kontrolę wykonawczą są zwykle aktywne w trudnych zadaniach, gdy obciążenie poznawcze jest wysokie. Wygląda na to, iż gdy sceny w filmie są dość łatwo zrozumiałe, na przykład gdy trwa wyraźna rozmowa, obszary językowe są aktywne, ale w sytuacjach, gdy występuje złożona scena obejmująca kontekst, semantykę i niejednoznaczność w znaczeniu sceny, wymagany jest większy wysiłek poznawczy, więc mózg przełącza się na korzystanie z ogólnych obszarów odpowiedzialnych za kontrolę wykonawczą – wyjaśnia Rajimehr.


​​Zrozumienie fizycznej organizacji sieci mózgowych może być kluczem do lepszego zrozumienia, jak funkcjonuje mózg i w jaki sposób uszkodzenia neurologiczne, urazy tkanki mózgowej oraz zaburzenia psychiczne lub rozwojowe mogą zakłócić te połączenia.


Źródło: Cell Press, Live Science, fot. Pexels/ CC0