当我们执行复杂的任务时 大脑会发生什么

大脑和思维中心的James(Mac)Shine博士写道，研究人员开始通过脑成像技术和类似数独的谜题来解开复杂的大脑活动背后的原因。

您是否曾经坐下来完成早上的填字游戏或数独游戏，并且想知道大脑中发生了什么?代码在大脑中数十亿个神经元的活动中的某个地方，可以让您记住一个关键字或应用完成拼图所需的逻辑的代码。

考虑到大脑的复杂性，您可能会认为这些模式非常复杂，并且对于每个任务都是唯一的。但是最近的研究表明，事情实际上比这更直接。

事实证明，大脑中的许多结构以精确的方式协同工作，以协调其活动，使它们的行为适应您要达到的目标。

我们将这些协调模式称为“低维流形”，您可以将其视为与上下班通勤所使用的主要道路类似。大部分交通沿这些主要公路流动，这是从A到B的一种有效途径。

我们发现有证据表明大多数大脑活动遵循这些类型的模式。简单来说，这使您的大脑无需在执行任务时从头开始进行所有工作。例如，如果有人向您扔球，低维歧管可使您的大脑迅速协调接球所需的肌肉运动，而不是您的大脑每次都需要学习如何重新接球。

这给我们提出了一个重要的问题：大脑如何达到这种协调水平?

詹姆斯博士(Mac)闪耀

在今天发表在《神经元》杂志上的一项研究中，我和我的同事们进一步研究了这些模式。具体来说，我们想了解在真正需要挑战的认知任务中，他们是否会在塑造大脑活动中发挥作用。

我们在人们执行拉丁方块任务时使用高分辨率功能磁共振成像(fMRI)扫描了人的大脑，该任务类似于数独难题，但使用形状而不是数字。任何在早间喝咖啡前玩过数独游戏的人都知道解决这个问题需要多少专注力和专注力。

假设每个形状在每一行和每一列中只能显示一次，则拉丁方任务背后的想法是识别网格中特定位置的缺失形状。我们创建了三种不同的难度级别，这些级别定义了需要检查多少不同的行和列才能得出正确的答案。

指挥交通

我们的预测是，执行更困难的任务版本将导致低维歧管的重新配置。回到高速公路的比喻，一项棘手的任务可能是将一些大脑活动从高速公路上拉到后街，以帮助解决拥堵问题。

我们的结果证实了我们的预测。较困难的试验表明，大脑的激活方式与简单的大脑激活方式不同，就好像大脑的交通沿不同的道路改道一样。任务越棘手，模式变化就越多。

更重要的是，我们还发现，这些变化的大脑激活模式与在较硬的Latin Squares测试中犯错的可能性增加之间存在联系。

从某种意义上说，尝试一项艰巨的任务就像在早上通勤时尝试一只新老鼠一样，虽然您可能会成功，但是在匆忙和压力下，您也有可能走错了路。

总的来说，这些结果表明我们的大脑活动可能并不像我们以前想象的那样复杂。大多数时候，我们的大脑会沿着非常完善的路线引导流量，即使需要创意，它仍会尝试将流量发送到同一最终目的地。

这给我们提出了一个重要的问题：大脑如何达到这种协调水平?

因此，下次您坐下来玩Sudoku时，请为您的丘脑多加思考。

詹姆斯博士(Mac)闪耀

一种可能性是丘脑可以实现这种功能，丘脑位于大脑深处，但几乎与大脑的其余部分相连。

重要的是，丘脑的电路可以充当过滤器，以过滤大脑皮层(大脑的主要信息处理中心)中正在进行的活动，因此可以发挥我们一直在寻找的影响力。

在传统的神经影像实验中，难以破解丘脑的活动模式。但幸运的是，我的同事Luca Cocchi和Luke Hearne收集了我们研究中使用的高分辨率MRI扫描器，使我们可以对其进行详细观察。

果然，我们看到丘脑中的活动与低维流形中的活动流之间有明确的联系。这表明，当执行特定任务时，丘脑有助于塑造和约束皮层中的活动，有点像警务人员指挥繁忙的交通。

因此，下次您坐下来玩Sudoku时，请为您的丘脑和它有助于创造的低维流形保留一个思路。他们共同塑造了大脑活动，最终将帮助您解决难题。

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