纽约州水牛城 - 与管弦乐队中的乐器一样，人类大脑的不同部分协同工作，帮助我们发挥日常生活的功能，从呼吸，睡眠到阅读，散步和学习。

但是，大脑的哪些区域协调工作以完成某些类型的任务?这种协调如何因人而异?将于4月3日在Science Advances上发表的一项新研究探讨了这些问题。该研究的重点是与大脑内九种认知系统相关的大脑活动，每种系统由与某些功能相关的大脑区域网络组成。例如，听觉系统帮助我们处理声音，而腹侧时间关联系统被认为可以帮助我们识别物体，面部，颜色等。

“我们正在使用计算机模型来研究大脑的内部运作，”布法罗大学数学助理教授Sarah Muldoon博士说。“当大脑的一个区域受到刺激时，其他哪些区域变得活跃，这些同步模式如何在认知系统中分布?”

本新闻稿中的研究和所有信息将于美国东部时间4月3日星期三下午2点被禁止。Muldoon领导了与Kanika Bansal博士的合作研究，他完成了UB和美国陆军研究实验室(ARL)的联合博士后数学研究员的工作。Bansal现在是ARL和哥伦比亚大学的博士后研究员。

关于认知系统的两个重要发现为了完成这项研究，研究人员绘制了大脑的不同区域如何通过称为白质的组织在30个不同的人中相互连接。(连接不同大脑区域的特定连接模式因人而异。)

接下来，科学家将这些地图转换为每个受试者大脑的计算模型，并使用计算机模拟人类大脑的单个区域受到刺激时会发生什么。然后，研究人员使用他们开发的数学框架来测量大脑活动在模拟中如何在各种认知系统中同步。

该研究有两个广泛的发现：当某些认知系统被激活时，大脑活动中的大规模模式可能因人而异。相反，其他认知系统的激活可能导致个体之间的可重复模式。

进一步解释：在计算机模拟中，一些认知系统受到刺激时出现的大脑活动模式在不同的人群中非常稳定。例如，对于听觉和内侧默认模式系统，情况就是如此：在这些系统中刺激一个大脑区域通常会导致模拟中不同人群的大脑活动模式类似，同一组认知系统变得活跃。

对于其他认知系统，例如腹侧时间关联和额顶系统，刺激时大脑活动的模式在计算机模拟中的人之间变化很大。在同一认知系统中刺激两个不同的大脑区域可能导致同一个人的大规模大脑活动的不同模式 - 但仅限于某些认知系统(例如听觉系统)。对于其他认知系统，无论您在该系统中刺激哪个大脑区域，都可能出现类似的大脑活动模式。例如，这适用于注意力和皮质下系统。

探索心灵的架构

这些发现可能对认知科学家和医疗保健专业人员有用。例如，该研究表明，为什么对于脑刺激(一种疾病治疗技术)而言，在刺激位置方面高度精确，并且针对不同个体进行个性化，这可能是重要的。

“大脑非常有活力，”班萨尔说。“大脑不同区域之间的联系可能会随着年龄或神经系统疾病的变化而随着学习或恶化而变化。人与人之间的联系也会有所不同。我们的研究有助于我们了解这种可变性，并评估大脑组织的微小变化如何影响大规模的模式。大脑活动与各种认知系统有关。“

该研究指出计算建模是认知科学的有力工具。

“计算建模使我们能够进行其他方式无法实现的实验，”Muldoon说道，他是UB计算和数据支持的科学与工程和神经科学课程的教员，此外还有她在UB数学系的职位。“对真人进行这类测试是不可行的，因此计算机模拟可以让我们进行虚拟实验。”