У нейронауках зростає консенсус щодо того, що прогрес у розумінні природи розуму та поведінки має починатися з серйозного розгляду еволюції та розвитку людського мозку. Ця перспективна стаття розширює гіпотези, знайдені в попередній роботі авторів, які припускають, що однією з основних функцій мозку є ефективна координація та регулювання енергетичних потреб свого тіла, що узгоджується з даними еволюції мозку хребетних, ембріологічного розвитку та обробки сигналів.
Зокрема, Yuta Katsumi, et. al узагальнюють теоретичні та емпіричні дані, отримані з двох потоків літератури: (а) ієрархічні градієнти функціонального зв’язку, які відображають великомасштабну структурну архітектуру мозку (наприклад, градієнт шарування в корі головного мозку) і (b) прогностичне регулювання енергетичних ресурсів організму, що називається алостазом.
Алостаз — це процес, за допомогою якого мозок передбачає потреби тіла та намагається задовольнити ці потреби до того, як вони виникнуть, і є специфічною інстанцією для більш широкої обробки прогнозування, яка, в свою чергу, розвинулась для розуміння моторних рухів, сприйняття, когнітивних процесів, емоцій, і навіть свідомості.
Автори пропонують що два великомасштабних функціональних градієнти ідентифіковані у декількох структурах головного мозку – в корі головного мозку, включаючи градієнти в ізокортексі та в гіппокампі (тобто , алокортексі), а також у мозочку – можуть бути змістовно проінтерпретовані як внутрішня нейронна архітектура, яка підтримує прогностичну обробку, включаючи алостаз.
На думку Yuta Katsumi, et. al, цей аналіз розширює літературу про тілесну регуляцію, припускаючи, що алостаз є феноменом всього мозку, а не намагаючись локалізувати його в невеликому наборі областей мозку.
Автори також розширюють літературу про ієрархічні градієнти, припускаючи, що вони можуть служити загальним функціям у мозку, пропонуючи можливість зрозуміти, як пізнання, емоції, сприйняття та інші психологічні явища можуть виникати із загального набору обчислень.
Виявлення алостазу як ключового елемента в просторі станів мозку, який існує як складна нелінійна динамічна система, яка постійно взаємодіє з тілом і навколишнім світом, на думку авторів відкриває нові можливості для побудови єдиної науки про мозок, тіло та розум.
Дослідження еволюції, розвитку та анатомії мозку хребетних свідчать про те, що його основна робота полягає в ефективному регулюванні внутрішніх систем організму, коли тварина орієнтується у своїй екологічній ніші.
Прогностичне регулювання є кращим у порівнянні з реакцією, оскільки реактивні системи адаптуються лише в разі помилки, але будь-яка помилка є потенційно фатальною.
Прогнозування також обмежує ступінь кодування вхідних сигналів, що може зберегти метаболічні витрати на вивчення передбачуваної інформації.
Протягом часу хребетні отримали більші тіла в ході еволюції, що зробило нові біологічні системи необхідними. До них належать системи утилізації відходів, розподілу поживних речовин (наприклад, ниркова система, дихальна система, серцево-судинна система), а також системи для того щоб відчувати свою нішу, яка розширюється (наприклад, зір, слух, нюх). У міру поширення біологічних систем зростала потреба в тому, щоб мозок активно координував і регулював їх. Відповідно, рудиментарні нейрони гангліїв, що знаходилися на вершині спинного мозку, стали стовбуром мозку (оптичний тектум або верхній пагорб у ссавців; вентральний гіпоталамус), і, зрештою з’явилися нові структури, такі як проміжний і кінцевий мозок (включаючи кору головного мозку).
Ембріологічний розвиток узгоджується з цим еволюційним наративом, оскільки мозок, вісцеральні системи та екстероцептивні системи виникають із суміжних місць на нервовій пластинці. Цей наратив і ембріологічні докази свідчать про те, що регуляція організму є ключовим фактором еволюції мозку, його розвитку та функціонування.
Неконтрольований кластерний аналіз як карт відкриття (виявлення), так і карт реплікації виявив два ансамблі, які накладаються просторово та які найпоширеніше згадуються як «мережа пасивного режиму роботи мозку» (DNS) і «мережа визначення значущості» (SN), і які становлять внутрішню систему алостазу мозку. Інтерпретація пасивного режиму роботи мозку і мережі визначення значущості та їх перетин як внутрішньої алостатичної нейронної системи узгоджується з профілями зв’язності двох мереж.
Кортикальні лімбічні вузли в обох мережах мають широкий функціональний зв’язок із підкірковими та стовбуровими структурами мозку, які вважаються важливими для аллостазу. Ці лімбічні вузли також демонструють зв’язок із мозочком і гіпокампом. Це узгоджується з доказами відстеження тракту, за допомогою яких визначають ці зв’язки зі структурами, що обробляють вихідні вісцеромоторні та вхідні інтероцептивні сигнали. Докази функціональної візуалізації також вказують на активність у пасивному режимі роботи мозку і мережі визначення значущості з тілесною регуляцією.
