Не существует простой, однозначной связи между структурным сигналом МРТ и лежащей в основе “истинной” структурой мозга. Сигналы МРТ отражают смешанный вклад различных структурных компонентов в вокселе и эти компоненты влияют на функции мозга по-разному. Например, увеличение количественного сигнала МРТ T1 может быть результатом снижения миелинизации или увеличения диаметра аксона. Такая неоднозначность соответствия сигнала МРТ и структуры мозга значительно осложняет картирование мозга и поведения.

В настоящее время ведутся разработки для устранения этой проблемы, в частности, исследования многомерной и мультимодальной МРТ. С помощью этих методов на основании полученного множества структурных сигналов МРТ, где каждый сигнал отражает различную взвешенную сумму структурных компонентов, можно выделить и измерить отдельные структурные компоненты, такие как уровень миелина, диаметр аксона и морфологию клетки. Эти показатели представляют более релевантные функциональные элементы мозга и облегчают понимание механизма процессов в мозге.

Другой проблемой картирования структуры мозга и поведения является связь типа “многие к одному” между структурой мозга и поведением. В этой области долгое время полагались на представление о линейной взаимосвязи структуры и поведения. Однако недавние исследования поставили под сомнение это предположение, указав вместо этого на взаимосвязь структуры и поведения типа “многие к одному”, также известную как “множественная реализуемость”. Например, наблюдалась U-образная зависимость между зрительной функциональностью и объемом зрительной коры, говорящая о том, что ухудшение зрительной функциональности может быть результатом увеличения толщины коры или уменьшения площади кортикальной поверхности. Аналогичным образом, существует взаимосвязь типа “многие к одному” между структурой сети и сетевым поведением.

Отсутствие взаимосвязи типа “один-к-одному” между структурой мозга и поведением является важной причиной для использования многомерного и машинного обучения. Этот подход позволяет исследовать все пространство взаимосвязей структура–поведение с минимальными пресуппозициями. Перспективным применением такого подхода является поиск оптимальной структуры мозга, при котором появляется возможность решить, какое соотношение миелина и аксона является оптимальным для передачи сигнала, какое соотношение белого и серого вещества оптимально для различных поведенческих доменов, и другие концептуально важные вопросы.

Проблема заключается в том, что МРТ нельзя однозначно сопоставить со структурой мозга и провести такую же связь типа “один-к-одному” от структуры мозга к поведению. Дальнейший прогресс в значительной степени зависит от успешного преодоления разрыва между МРТ и структурой мозга и исследований “множественной реализуемости” поведения в структуре мозга. Недавние разработки в этом направлении, такие как передовые методы МРТ и передовые статистические подходы, открывают возможности для улучшения концептуального понимания того, как структура мозга определяет многогранное поведение человека.

Перевод: Филиппов Д. С.

Источник: Song, C., Sandberg, K., Rutiku, R. et al. Linking human behaviour to brain structure: further challenges and possible solutions. Nat Rev Neurosci 23, 517–518 (2022).