Геометрия нейронной динамики вдоль кортикального ландшафта притяжения отражает изменения внимания

Как наши блуждающие мысли следуют скрытым дорожкам

Мы все знаем ощущение глубокого погружения в задачу в отличие от рассеянного просмотра шоу. В этом исследовании звучит простой, но ёмкий вопрос: движется ли крупномасштабная активность мозга по-разному в этих ситуациях, словно путешествуя по ландшафту с холмами и долинами? Рассматривая активность мозга как движущуюся точку на таком ландшафте, исследователи показывают, что изменения внимания — будь то концентрация на требовательной задаче или вовлечённость в ситком — тесно связаны с тем, как активность мозга течёт по этой скрытой территории.

Ландшафт мозговых состояний

Авторы представляют общую активность мозга как точку, движущуюся в «пространстве состояний», где каждая позиция отражает уровень активности различных областей мозга. В этом пространстве некоторые паттерны активности особенно устойчивы и тянут активность мозга к себе, как долины в холмистом ландшафте. Эти долины, называемые аттракторами, соответствуют повторяющимся крупномасштабным паттернам активности мозга, или «состояниям мозга». Применив математические модели к данным функциональной МРТ, полученным в сотнях сеансов отдыха, выполнения задач и просмотра фильмов, авторы показывают, что в большинстве случаев активность мозга, при отсутствии новых воздействий, склонна скользить в небольшой набор таких долин, а не бесконечно блуждать.

Картирование устойчивых паттернов по коре

Чтобы установить, где лежат эти долины, исследователи подогнали модель динамических систем к данным мозга из двух общедоступных наборов. Модель разделяет внутренние влияния — как разные области мозга влияют друг на друга — и внешние воздействия, такие как визуальные и звуковые стимулы. Затем они симулировали развитие смоделированной активности мозга, запуская её вперёд во времени с множества разных начальных точек. Эти симуляции почти всегда сходились к нескольким устойчивым паттернам. При группировке этих паттернов выяснилось, что полученные аттракторы соответствовали хорошо известным крупномасштабным сетям мозга: областям, вовлечённым во внутренние размышления (часто называемым зонами сети режима покоя), и областям, обрабатывающим сенсорную информацию и движение. Иначе говоря, «долины» ландшафта во многом определяются базовой проводкой мозга и известными функциональными сетями.

Внимание меняет путь мозга, но не ориентиры

Хотя основные долины оставались примерно на тех же местах, мозг не всегда передвигался по ландшафту одинаково. Команда изучила, момент за моментом, насколько быстро и в каком направлении смоделированная активность мозга двигалась относительно ближайшего аттрактора. Они различали движение, вызванное внутренней динамикой мозга, и движение, подталкиваемое внешними стимулами. Во время требовательных задач на внимание — когда участникам нужно было надёжно реагировать на быстро сменяющиеся изображения — внутренняя динамика мозга была направлена прямо к конкретному аттрактору, связанному с сетью режима покоя, и быстро втягивала активность в него, словно эта часть ландшафта стала круче и более воронкообразной. Напротив, при просмотре ситкома, когда участники сообщали о высокой вовлечённости, внутренняя динамика мозга чаще двигалась медленнее и отвлекалась от аттракторов, бродя по более плоской, центральной части ландшафта.

Разный контекст — разные склоны

Эти контрастные паттерны свидетельствуют о том, что внимание — это не просто «высоко» или «низко», а проявляется по-разному в зависимости от выполняемой деятельности. При напряжённых задачах внимательность соответствует быстрому погружению мозга в релевантную долину, делая его динамику более стабильной и целенаправленной. Во время увлекательных историй внимательная вовлечённость, наоборот, совпадает с тем, что мозг парит в более мелкой области между долинами, меньше притягиваясь к какому‑то одному фиксированному состоянию. Важно, что эти изменения управлялись внутренней динамикой мозга, а не простой силой сенсорных входов, что подразумевает: внутренние механизмы — возможно, включающие химические сигнальные системы мозга — перепрофилируют то, как переживается ландшафт, не перемещая сами его долины.

Что это значит для понимания фокуса

Для неспециалиста вывод таков: «карта» возможных состояний вашего мозга довольно стабильна, но то, как вы перемещаетесь по этой карте, меняется в зависимости от уровня внимания и ситуации. Когда вы сосредоточены на требовательной задаче, активность мозга быстро падает в определённую глубокую канаву, поддерживающую стабильную и точную работу. Когда вы погружены в фильм, мозг скорее скользит по более плоскому участку, оставаясь гибким и не зацикливаясь на одном паттерне. Моделируя эти динамики как движение по ландшафту, работа предлагает геометрический способ понять, как сменяющиеся внутренние состояния, такие как внимание, возникают из крупномасштабных паттернов активности мозга.

Цитирование: Song, H., Chen, R., Botch, T.L. et al. Geometry of neural dynamics along the cortical attractor landscape reflects changes in attention. Nat Commun 17, 2673 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69041-8

Ключевые слова: внимание, мозговые сети, нейронная динамика, ландшафт притяжения, фМРТ