A redők, amelyeknek az emberi agynak a jól ismert diószerű megjelenését köszönheti, jelentős hatással vannak az agyi aktivitásra, hasonlóan ahhoz, ahogyan a harang alakja meghatározza a hang minőségét, állítják egy tanulmány szerzői. Az eredmények ellentmondanak egy általánosan elterjedt elméletnek arról, hogy az agyi anatómia mely aspektusa vezérli elsősorban a működést.

A tanulmány szerzői az agy fizikai szerkezete kapcsán két összetevő hatásait hasonlították össze: az agykéreg külső redőit – ez az a területet, ahol a legtöbb magasabb szintű agyi tevékenység zajlik – és a konnektomot, az agykéreg különböző régióit összekötő idegi hálózatot. A kutatócsoport úgy találta, hogy a külső felszín alakja jobb indikátora volt az agyhullám-adatoknak, mint a konnektom. Ez pedig ellentmond annak a feltevésnek, amely szerint a konnektom domináns szerepet játszik az agyi aktivitás irányításában.

A neuronok ingerlése azok elsülését okozza, és ezt az üzenetet a többi kapcsolódó neuron értelmezni tudja. Az agykéregben lévő gerjesztett neuronok képesek közölni gerjesztettségi állapotukat közvetlen felszíni szomszédaikkal. De minden neuron rendelkezik egy axonnak nevezett hosszú nyúlvánnyal is, amely összeköti egy távoli régióval az agykéregben vagy azon túl, így a neuronok üzeneteket küldhetnek a távoli agysejteknek is. Az elmúlt két évtizedben az idegkutatók aprólékos munkával számos különböző fajban, köztük az emberben is feltérképezték ezt a hálózatot – a konnektomot.

Az új tanulmány szerzői azt akarták megérteni, hogyan befolyásolják az agyi aktivitást a neuronális gerjesztés terjedési módjai: vagyis hogy vajon az agy felszínén vagy a távoli összeköttetéseken keresztül terjedő jelek a meghatározóak. Ehhez a hullámok matematikai elméletét használták fel. A természeti jelenségek között számos hullámtípus megtalálható, a földrengéseket alkotó szeizmikus hullámoktól kezdve a fény elektromágneses hullámaiig. De mindezeket a jelenségeket ugyanaz az egyszerű matematikai egyenlet írja le. Ez az egyenlet lehetővé teszi a kutatók számára, hogy kiszámítsák a hullámok mintázatát egy felületen, kizárólag annak geometriája alapján. Ezek a mintázatok pedig alapvető összetevőkre, módusokra bonthatók, amelyeket a tárgy geometriája befolyásol.

Egy gömbön terjedő rezgéshullámok esetében például az alapvető módusok közé tartozik egy, a felső félgömbről az alsó félgömbre előre-hátra mozgó „dudor”, valamint egy másik, balról jobbra haladó „dudor”. Egy harangnak ugyanakkor nincs alsó félgömbje, ezért a gömbtől eltérő módusai vannak. A tárgy geometriája befolyásolja a módusok jellemző frekvenciáit és relatív „hangerejét” is.

Az agy neuronális gerjesztése is hullámokban történik, amelyek az agyban terjednek. A kutatók kiszámították az agyhullámok terjedési módusait az agykérgi felszínre és a konnektomra. Ezután több mint 10 ezer funkcionális MRI-felvétel adatait elemezték, amelyek a véráramláson alapuló agyi aktivitást képezik le. Az elemzés azt mutatta, hogy az agyhullám-módusokat a nyugalmi állapotban lévő agyban, valamint különböző tevékenységek során – például vizuális ingerek feldolgozása közben – jobban megmagyarázza a felszíni geometria modellje, mint a konnektomé.

David Van Essen, a Washington Egyetem idegkutatója, egy konnektom-projekt vezetője szerint a csapat által használt MRI-adatoknak jól dokumentált hátrányai vannak, amelyek miatt az összehasonlítás nem igazán állja meg a helyét. A kutató szerint a csapatnak az egyszerű ingerekből származó agyi aktivitást is vizsgálnia kellett volna, amelyek csak az agykéreg helyi régióit aktiválják.

James Pang, a Monash Egyetem kutatója, a tanulmány egyik szerzője szerint kétségkívül érdekes lenne a modelljüket ilyen ingerekkel is tesztelni, de az általa és szerzőtársaival eddig elvégzett elemzések már így is elvi bizonyítékot jelentettek. A kutatás során a szerzők egy idealizált agyszerkezetet modelleztek, de az agykéreg diószerű redői köztudottan személyenként eltérő alakúak. A szerzők technikája segíthet annak feltárásában, hogy az ilyen eltérések hogyan befolyásolják a megfelelő módusokat.