Когда вы блуждаете мыслями, в вашем мозгу работает сеть "режима по умолчанию". Ее открытие 20 лет назад вдохновило множество исследований сетей областей мозга и их взаимодействия друг с другом.

Оригинальная версия этой статьи появилась в журнале Quanta.

Когда вы активно выполняете какую-либо задачу - например, поднимаете тяжести в тренажерном зале или сдаете сложный экзамен, - части вашего мозга, необходимые для ее выполнения, становятся "активными", когда нейроны повышают свою электрическую активность. Но активен ли ваш мозг, даже когда вы дремлете на диване?

Ответ, как выяснили исследователи, положительный. За последние два десятилетия они определили так называемую сеть режима по умолчанию - совокупность, казалось бы, не связанных между собой областей мозга, которые активизируются, когда вы не делаете ничего особенного. Ее открытие позволило понять, как мозг функционирует вне четко определенных задач, а также дало толчок исследованиям роли мозговых сетей, а не только областей мозга, в управлении нашим внутренним опытом.

В конце XX века неврологи начали использовать новые методы для получения изображений мозга людей в процессе выполнения ими задач на сканирующих машинах. Как и ожидалось, активность в определенных областях мозга повышалась во время выполнения заданий, и, к удивлению исследователей, одновременно снижалась активность в других областях мозга. Неврологи были заинтригованы тем, что во время выполнения самых разных задач одни и те же области мозга постоянно снижали свою активность.

Как будто эти области были активны, когда человек ничего не делал, а затем отключались, когда ему нужно было сосредоточиться на чем-то внешнем.

Исследователи назвали эти области "негативными задачами". Когда они были впервые обнаружены, Маркус Райхл, невролог из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, заподозрил, что эти негативные по отношению к задачам области играют важную роль в состоянии покоя ума. В связи с этим возник вопрос: "Что такое базовая активность мозга?" вспоминает Райхл. В ходе эксперимента он попросил людей в сканерах закрыть глаза и просто позволить своим мыслям блуждать, пока он измерял их мозговую активность.

Он обнаружил, что во время отдыха, когда мы мысленно обращаемся внутрь себя, области, отрицающие задачи, потребляют больше энергии, чем остальная часть мозга. В работе 2001 года он назвал эту активность "режимом работы мозга по умолчанию". Два года спустя, получив данные с более высоким разрешением, команда из Медицинской школы Стэнфордского университета обнаружила, что эта отрицающая задачу активность определяет согласованную сеть взаимодействующих областей мозга, которую они назвали сетью режима по умолчанию.

Открытие сети режима по умолчанию разожгло любопытство среди нейробиологов относительно того, что делает мозг в отсутствие задачи, направленной вовне. Хотя некоторые исследователи полагали, что основная функция сети - генерировать наш опыт блуждания ума или дневной мечты, было много других предположений. Возможно, она контролирует потоки сознания или активирует воспоминания о прошлом опыте. А дисфункция сети режима по умолчанию рассматривалась как потенциальная особенность почти всех психических и неврологических расстройств, включая депрессию, шизофрению и болезнь Альцгеймера.

С тех пор шквал исследований режима по умолчанию усложнил это первоначальное понимание. "За последние 20 лет было очень интересно наблюдать за различными задачами и парадигмами, в которых задействована сеть режима по умолчанию", - говорит Люсина Уддин, нейробиолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Режим по умолчанию был одной из первых сетей мозга, охарактеризованных наукой. Он состоит из нескольких областей мозга, в том числе нескольких в передней части мозга, таких как дорсальная и вентральная медиальные префронтальные коры, и других, разбросанных по всему органу, таких как задняя поясная кора, прекунеус и угловая извилина. Эти области связаны с памятью, воспроизведением опыта, прогнозированием, обдумыванием действий, вознаграждением/наказанием и интеграцией информации. (Цветное выделение на следующем рисунке указывает на некоторые внешние области мозга, которые становятся более активными, когда задействуется сеть по умолчанию.)

С момента открытия сети неврологи выделили еще несколько отдельных сетей, каждая из которых активирует, казалось бы, несопоставимые области мозга. Эти активированные области не действуют независимо друг от друга, а скорее синхронизируются друг с другом. "Вы не можете думать о симфоническом оркестре как о скрипках или гобоях, - говорит Райхл. Точно так же и в сети мозга отдельные части взаимодействуют, чтобы вызвать эффекты, которые они могут произвести только вместе.

Согласно исследованиям, эффекты сети режима по умолчанию включают блуждание ума, воспоминания о прошлом опыте, размышления о психических состояниях других людей, предвидение будущего и обработку языка. Хотя это может показаться набором несвязанных аспектов познания, Винод Менон, директор Стэнфордской лаборатории когнитивной и системной нейронауки, недавно предположил, что все эти функции могут помочь в построении внутреннего повествования. По его мнению, сеть режима по умолчанию помогает вам думать о том, кто вы есть по отношению к другим, вспоминать прошлый опыт и затем сворачивать все это в связный самонарратив.

Режим по умолчанию явно замышляет что-то сложное; он вовлечен во множество различных процессов, которые не поддаются аккуратному описанию. Глупо думать, что мы когда-нибудь сможем сказать: "Эта одна область мозга или одна сеть мозга делает одно дело", - говорит Уддин. "Я не думаю, что это так работает".

Уддин начала изучать сеть режима по умолчанию, потому что интересовалась самораспознаванием, и оказалось, что многие задачи самораспознавания, такие как идентификация собственного лица или голоса, связаны с этой сетью. В последние годы она переключила свое внимание на взаимодействие между сетями мозга. По словам Уддин, как различные области мозга взаимодействуют друг с другом, образуя сети, так и различные сети взаимодействуют друг с другом значимыми способами. "Взаимодействие между сетями в некотором смысле более наглядно для изучения, чем просто сеть в отдельности, потому что они работают вместе, а затем расходятся и меняют свои действия с течением времени".

Ее особенно интересует, как сеть режима по умолчанию взаимодействует с сетью внимания, которая, похоже, помогает нам определить наиболее значимую часть информации в любой момент времени. Ее работа предполагает, что сеть внимания определяет, когда на что-то важно обратить внимание, а затем действует как выключатель для сети режима по умолчанию.

Исследователи также изучают, могут ли психические расстройства, такие как депрессия, быть связаны с проблемами в сети режима по умолчанию. Пока результаты исследований неубедительны. Например, у людей с депрессией одни исследователи обнаружили, что узлы сети чрезмерно связаны, а другие - наоборот, что узлы не соединяются. А в некоторых исследованиях сеть режима по умолчанию сама по себе не является аномальной, но ее взаимодействие с другими сетями имеет место. Эти результаты могут показаться несовместимыми, но они согласуются с недавними выводами о том, что депрессия, возможно, представляет собой кластер различных расстройств, проявляющихся схожими симптомами.

В то же время Менон разработал так называемую теорию тройной сети. Она предполагает, что аномальное взаимодействие между сетью режима по умолчанию, сетью внимания и третьей сетью, называемой фронтопариетальной, может способствовать развитию психических расстройств, включая шизофрению, депрессию, тревогу, деменцию и аутизм. Как правило, активность сети режима по умолчанию снижается, когда человек обращает внимание на внешний стимул, в то время как активность двух других сетей повышается. По мнению Менона, у людей с психическими расстройствами или расстройствами развития эта связь между сетями может работать по-другому.

Дианна Барч, изучающая нейробиологию психических заболеваний в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, заинтригована теорией тройной сети. По ее словам, изучение того, как по-разному устроены сети у людей с психическими расстройствами, может помочь исследователям найти основные механизмы и разработать методы лечения. Однако она не считает, что одно лишь взаимодействие сетей полностью объясняет психические заболевания. "Я считаю, что понимание различий в связях - это отправная точка", - говорит Барч. "Это не конечная точка".

Современное понимание сети режима по умолчанию, безусловно, тоже не является конечной точкой. С момента своего открытия она подтолкнула нейробиологов к тому, чтобы не ограничиваться ответственностью отдельных участков мозга, а рассматривать эффекты взаимодействия между мозговыми сетями. И это заставило многих людей по достоинству оценить сосредоточенную на внутреннем мире деятельность разума - даже когда мы мечтаем или отдыхаем, наш мозг усердно работает над тем, чтобы это происходило.

Оригинальная статья перепечатана с разрешения журнала Quanta, независимого издания Фонда Саймонса, чья миссия заключается в улучшении понимания общественностью науки путем освещения научных разработок и тенденций в области математики, физических и биологических наук.

Оригинальная статья перепечатана с разрешения журнала Quanta Magazine.