Решая задачи, мозг трудится как набор функциональных модулей. При этом некоторые модули являются нестабильными — это группы нейронов, во время работы включающиеся в разных областях мозга. Их поведение определяет индивидуальные особенности обучения.

Американские нейрофизиологи из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре сумели увидеть и обсчитать «гибкость» человеческого мозга. С помощью предложенной ими методики можно предсказать, много ли усилий потребуется тому или иному индивиду, чтобы чему-нибудь выучиться.

В ходе эксперимента, который проводился в несколько серий, 18 добровольцев выполняли упражнение на движение: нужно было нажать на несколько кнопок настолько быстро, насколько это возможно. Активность мозга наблюдали с помощью МРТ; полученные данные подвергали компьютерному анализу. МРТ-изображения от каждого испытуемого разбивались на 112 частей: исследователи хотели знать, как эти части сообщаются друг с другом при выполнении задания.

Рис. 1. Стабильные (жёлтый, синий, красный) и блуждающий (зелёный) функциональные модули мозга (рисунок авторов статьи).

Анализ осуществлялся на основе модели «многослойной сети», в которой каждый «слой» представлял собой мгновенную фотографию имеющихся активных связей между одними и теми же областями мозга. Совмещение множества «слоёв-фотографий» создавало колоссальный объём данных, математическую модель, почти не поддающуюся анализу. Поэтому до сих пор каждый такой «слой» анализировали отдельно. Новый метод, описанный учёными в журнале PNAS, позволяет собрать все «слои» воедино и оценить пластичность мозга в реальном времени.

Как говорит один из участников работы Даниэль Бассетт, регионы мозга формируют что-то вроде функциональных модулей, которые делят между собой всю работу. Есть модули с прочными и устоявшимися связями, но есть «текучие» функциональные группы, которые постоянно «меняют гражданство», переходя из-под управления одной зоны мозга в подчинение к другой. Иначе говоря, при выполнении одной и той же задачи часть нейронов включается постоянно и в одних и тех же структурах, но при этом каждая задача сопровождается активностью каких-то иных участков мозга.

То, каким способом часть выполняемой задачи передаётся между разными районами мозга, и определяет гибкость и подвижность в обучении и выполнении «умственной работы».

По данным о подвижных модулях в мозгу можно сказать, когда, с какой интенсивностью и периодичностью следует проводить обучение, и это может найти применение не только в экстремальных, клинических случаях (при травмах и умственных расстройствах), но и в повседневной жизни.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Danielle S. Bassett, Nicholas F. Wymbs, Mason A. Porter, Peter J. Mucha, Jean M. Carlson and Scott T. Grafton Dynamic reconfiguration of human brain networks during learning – PNAS. – 2011. – Published online April 18, 2011; doi: 10.1073/pnas.1018985108.