Mit keres az áramlástan az agykutatásban? Nos, úgy tűnik, nagyon is sokat. Egy, az ausztrál Sydney Egyetem és a kínai Fudan Egyetem folyadékfizikusaiból álló csapat ugyanis izgalmas felfedezést tett fiatal felnőttek agyi jeleivel kapcsolatban. A Human Connectome Project agyi képalkotás adatait felhasználva a kutatók az agyi tevékenység spirális mintázatait azonosították az agykéregben, tehát az agy legkülső rétegében, amely a komplex kognitív funkciókért felelős – számol be róla a Science Alert.

Ezek az agyi jelek spirálokként jelentek meg, hasonlóan a leeresztett fürdőkádban kialakuló örvényekhez vagy a turbulens légörvényekhez. A kutatók szerint ezek a spirálok nem csupán véletlenszerű minták, hanem sajátos dinamikával rendelkeznek, az agy felszínén mozogva, miközben a fázisszingularitásnak nevezett központi pontok körül forognak.

Hagyományosan az idegtudósok az agyi tevékenységet alulról felfelé térképezték fel eddig, és az egyes neuronok közötti kölcsönhatások tanulmányozására összpontosítottak. A mostani kutatás azonban más megközelítést alkalmazott, a turbulens áramlások komplex hullámmintázatait tanulmányozó folyadékfizikusok által ismert módszereket alkalmazva.

A kutatók arra jutottak, hogy ezek a spirálmintázatok koordinálják az agyi tevékenységet a különböző funkcionális hálózatokon keresztül. A feltételezések szerint a spirálok kapuként vagy éppen falként működnek a funkcionális hálózatok közötti határokon, befolyásolva a régiók közötti aktivitás áramlását. Ezen elmélet tesztelésére a kutatók további elemzéseket végeztek a nyelvi feldolgozás és a munkamemória kapcsán (ehhez megfelelő feladatokat adtak a tesztalanyoknak), amelyek alapján ezek az agyi spirálok valóban irányt váltanak az agyi tevékenység átszervezése érdekében.

A felfedezés ezért megkérdőjelezi azt a jelenleg uralkodó elméletet, hogy az agyi funkciók pusztán az egyes sejtek tevékenységéből fakadnak, és ehelyett úgy tűnik (a mostani kutatás legalábbis erősen utal erre), hogy az agyi aktivitás hullámszerű mintázatait az agy saját szerkezete alakítja ki, beleértve a ráncokat és a körvonalakat – magyarán a komplexebb agyi tevékenységnek, az egyes régiók közötti kommunikációnak, illetve ezen régiók koordinálásnak lehet eszköze a spirális mintázat, amely azonban sokkal inkább az agy teljes formájából fakad, mint pusztán a sejtes aktivitásból.

A spirális jelek ezenkívül egy, a kutatásban részt nem vevő tudós véleménye szerint cáfolhatják az agykéreg oszlopos felépítésével (columnar organization) kapcsolatos elméletet is. Ez utóbbi szerint ugyanabban az oszlopban minden neuron egyetlen neuronpopulációnak tekinthető, amelyek így “blokkokban” dolgozzák fel az információt. Egyébként eddig sok, az idegtudománnyal kapcsolatos matematikai modellezés erre a feltevésre épült.

A tanulmányban használt agyi aktivitási felvételek azonban lassan mozgó hullámokról készültek, így további kutatásra van szükség annak megértéséhez, hogy hasonló minták jelennek-e meg a gyorsabb agyhullám-oszcillációk és a nagyobb felbontású letapogatás során is.

(Kép: Pixabay/geralt)