CEN как внешний разум мозга

CEN как внешний разум мозга

Что такое центральная исполнительная сеть?

Центральная исполнительная сеть (CEN), отвечающая за задачи и принятие решений, также известная как лобно-теменная сеть, действует как «внешний разум».

Как один из доминирующих элементов управления сети в мозгу CEN выполняет когнитивные задачи высокого уровня и работает параллельно или в антикорреляции с остальными шестью основные сети мозга.


Открытие CEN

На рубеже веков нейробиологи стремились лучше понять разницу между внутренним и внешним разумом.

Исследования начали оценивать активацию мозга во время состояния покоя и обработки информации о себе. Измеряя активность мозга, когда он не занят выполнением задач, требующих внимания, Райчл и др. в 2001 году выявили сеть пассивного режима работы мозга (DMN).

В более поздних исследованиях изучалось внимание мозга и исполнительный контроль, чтобы определить области, задействованные при выполнении задач.

Хотя префронтальная кора (ПФК) ранее была связана с когнитивным контролем, сложные механизмы, лежащие в основе этой роли ПФК, были изучены недостаточно.

В 2006 году Дозенбах и его коллеги расширили наши представления, обнаружив, что локализованные области мозга в лобной доле постоянно активируются почти при выполнении всех указанных задач.

Позднее эти области были объединены в дорсальную сеть внимания (DAN).

Однако картина все еще была неполной.

Когда нейробиологи проанализировали разницу между этими двумя сетями, ориентированными на внешнее и внутреннее, стало очевидно, что в игре участвует и третья сеть.

В исследовании Дозенбаха и его коллег, проведённом в 2006 году, также были выявлены дополнительные области, отвечающие за контроль задач, в префронтальной коре, пространственно расположенные между DMN и DAN.

Эти области менее стабильно активировались во время контроля задач, что указывает на то, что они могут выполнять другие функции.

Последующие исследования начали разграничивать эти функциональные области, разделяя их на две отдельные сети, отвечающие за внимание и контроль.

Ключевые области для контроля выполнения задач в настоящее время считаются составляющими CEN.


Расположение CEN в мозге

С момента своего первоначального открытия в передней лобной доле центральная исполнительная сеть оказалась функционально связанной (см. Коннектомика) к областям:
- передней поясной извилины,
- нижней теменной доли,
- наиболее задним частям средней и нижней височных извилин.


CEN занимается:
- активными задачами и внешним мышлением с участием рабочей памяти
- контролируемой обработкой информации
- интеграцией информации из других сетей мозга
- решением проблем и принятием решений на основе правил
- учетом множества независимых стимулов и независимых факторов
- организацией поведения на основе внутренних побуждений, субъективных предпочтений и выбора
- закреплением визуально изученного поведения.

Обладая способностью определять действия как одну из доминирующих сетей управления, CEN играет решающую роль в мозге.


Роль CEN

Центральная исполнительная сеть существует как вышестоящая управляющая сеть.

Она использует входные данные из других сетей для выбора задач и выполнения исполнительных функций.

Интегрируясь с другими сетями мозга, CEN обрабатывает разнообразный набор информации, такой как:
- гибкость,
- рабочая память,
- инициация и
- торможение,
которые ранее считались отдельными процессами.


CEN как внешний разум мозга

Будучи доминирующей сетью управления выбором задач и поведением, CEN не существует в вакууме.

Она использует информацию от других сетей мозга для оценки внутренних побуждений и личных предпочтений, которые в конечном итоге определяют выбор человека.

Когда вы чувствуете голод и думаете о том, чтобы перекусить перед ужином, ваша сенсомоторная сеть и лимбическая система обрабатывают эти базовые ощущения.

Они заставляют вас думать: «Я хочу еды», а затем CEN заставляет вас встать и поискать перекус. Поскольку CEN выполняет этот внутренний диск, он также несет ответственность за:
- ваши субъективные предпочтения и
- выбор.
Когда вы заходите на кухню, вы видите миску с яблоками и банку с печеньем. Вы можете подумать про себя: «Я предпочитаю печенье», потому что это ваш предпочтительный вариант. Однако, взвесив все варианты, вы в итоге решаете: «Я выбираю яблоко», потому что вы предпочли более здоровый вариант.

Хотя это слишком упрощённый пример, CEN способен обрабатывать стимулы, предпочтения и варианты выбора, начиная от простых (яблоки или печенье) и заканчивая сложными (прогнозирование ходов в шахматной партии или анализ фондового рынка).

Также стоит отметить, что в то время как другие сети, такие как сенсомоторная сеть и лимбическая система, обрабатывают внешние входные данные и стимулы на основе необработанных данных и эмоций, CEN может учитывать эти инстинктивные входные данные, независимые переменные или стимулы для принятия решений и направления дальнейших действий.


Асимметрия

CEN также содержит одну из немногих асимметрий в коннектоме мозга. Функциональные области 8va в лобной доле и PG в теменной доле присутствуют только в правом полушарии CEN.

В левом полушарии эти области функционально связаны с сетью пассивного режима работы мозга.


Интеграция с другими сетями

Будучи одной из доминирующих управляющих сетей мозга, центральная исполнительная сеть тесно взаимодействует с другими основными сетями мозга.

Как упоминалось ранее, CEN коррелирует с DAN в процессе обработки внимания, а также визуального пространственного планирования.

Внешний разум CEN также противостоит внутреннему разуму DMN, который фокусируется на рефлексивных процессах, не связанных с выполнением задач. Было показано, что в здоровом мозге:
- CEN и
- DMN
сменяют друг друга, образуя пару противоборствующих сетей.

Когда:
- CEN активен, например, при обработке визуальной или сенсорной информации для выбора задачи, DMN неактивен и наоборот, когда
- DMN активен, например, во время размышлений или грёз наяву, CEN деактивируется.

Сеть внимания (SN) отвечает за переключение между CEN и DMN для обработки информации:
- внешней и
- внутренней.

Вернёмся к нашей аналогии с кухней: если вы проголодались, но решили, что не хотите есть ни яблоко, ни печенье, вы можете сделать сэндвич. CEN начинает выдавать указания, чтобы найти необходимые вам ингредиенты: тарелку, хлеб, мясную нарезку и приправы.

Как только вы приготовите сэндвич и начнёте его есть, активная обработка задачи больше не потребуется. После этого ваш разум может начать блуждать.

Если вы начнёте думать о своих планах на выходные или вспоминать что-то, что произошло в течение дня, сеть внимания незаметно переключит доминирующий контроль вашего мозга с CEN на DMN.

Помимо взаимодействия с SN и DMN, центральная исполнительная сеть также интегрируется с каждой из других сетей по мере необходимости для выполнения задач.


CEN:
- получает визуальные входные данные от визуальной сети
- оценивает слуховые сигналы, поступающие из слуховой сети
- получает сенсорную информацию от сенсомоторной сети, а также отправляет директивы по выполнению задач
- обрабатывает стимулы и мотивационные сигналы, поступающие от лимбической системы.


Проблемы, стоящие перед CEN

Как внешний разум, CEN отвечает за получение входных данных и постановку задач. Это происходит путем формирования процессов отбора сверху вниз для достижения определенных целей.

Тем не менее, поскольку CEN спроектирован так, чтобы фокусироваться на отдельных действиях, он может быть физически неспособен к многозадачности.

В сфере образования и бизнеса распространено мнение, что многозадачность снижает продуктивность человека. Однако исследования, посвящённые тому, насколько многозадачность может быть сложной с неврологической точки зрения, появились лишь недавно.

Исследование, проведённое в 2006 году, показало, что функциональные области CEN в латеральной префронтальной коре могут следовать «последовательному принципу» для управления отдельными действиями и выбором задач.

Считается, что CEN использует «очередь задач» для последовательного выполнения задач одна за другой.

Было высказано предположение, что лобно-полярная префронтальная кора может преодолеть трудности, связанные с одновременным выполнением нескольких задач, за счёт совместного рассмотрения или передачи информации между различными мозговыми сетями для одновременной обработки.

Однако при попытке выполнить две задачи одновременно всё равно может возникнуть задержка. Эта задержка приведёт к тому, что одна из двух задач будет отложена на второстепенный процесс

Хотя CEN может испытывать трудности с многозадачностью, в здоровом мозге он всё равно может быстро и эффективно выполнять множество задач по мере необходимости.

При этом, когда CEN или одна из его тесно связанных или антикоррелирующих сетей работает неправильно, изменения в обработке информации могут проявляться во многих видах психических заболеваний.


Влияние CEN на патологию и медицину

Поскольку CEN тесно взаимодействует с другими крупномасштабными сетями мозга, он участвует во многих нервно-психических расстройствах.

Аномальное переключение между CEN и DMN в результате чрезмерной или недостаточной активности сети внимания было продемонстрировано как симптом шизофрении и посттравматического стрессового расстройства (ПТСР).

Исследование, проведённое в 2018 году, показало, что нарушение функциональной связи между мозжечком и CEN может быть симптомом биполярной депрессии II типа из-за трудностей с поддержанием когнитивного и эмоционального контроля.

Аналогичным образом, если CEN становится гиперактивным, он может быть вовлечён в обсессивно-компульсивное расстройство, когда не может должным образом контролировать торможение реакций или планирование.

Кроме того, снижение функциональной связи с миндалевидным телом может способствовать развитию генерализованного тревожного расстройства, а также проблем с когнитивным контролем социальной тревожности.

Изменения в крупномасштабных доминирующих управляющих сетях также могут способствовать развитию синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ).

Между сетями может быть ослаблена связь, а межсетевые взаимодействия могут быть менее устойчивыми, что может привести к невнимательности или гиперактивности.

Интересно, что, поскольку нарушения в работе CEN могут быть связаны с отсутствием концентрации внимания или аномальным уровнем реакции, также было высказано предположение, что упражнения на осознанность, используемые в медитации, могут быть связаны с увеличением или усилением функциональной связи CEN.

Поскольку CEN — это относительно недавнее открытие, многое ещё предстоит изучить в отношении того, как изменения в этой сети могут влиять на мозг, а также возможные способы лечения.

Благодаря пластичности мозга и его способности к изменениям, продолжающиеся исследования CEN и её связей с другими сетями мозга открывают многообещающие возможности для изменений.

Оригинал статьи:

www.o8t.com/blog/central-executive-network