Джазовое трио играет в полумраке клуба. Пианист ведёт мелодию, контрабасист держит ритм, барабанщик рассыпает дробь. Если слушать только пары музыкантов, можно уловить, как пианист подстраивается под бас или бас под барабаны. Но главное рождается, когда все трое импровизируют одновременно: одна фраза пианиста меняет игру барабанщика, а та, в свою очередь, подталкивает контрабасиста к новому ходу. Мозг в моменты активной работы похож на такое трио: несколько областей могут действовать сообща, и эта совместная игра не сводится к сумме отдельных дуэтов.

До недавнего времени нейробиологи измеряли связи в мозге почти исключительно попарно. Брали сигнал от одной области, сигнал от другой и смотрели, насколько они согласованы во времени. Такой подход упускал ситуации, когда три или более областей координируются вместе: например, одна область может управлять работой двух других, а те, в свою очередь, влиять на неё. Авторы новой работы предложили метод, который оценивает именно тройные взаимодействия, опираясь на теорию информации. Они смотрели на 105 внутренних сетей покоя — групп областей, которые активируются согласованно, когда человек ничем не занят. Для каждой тройки сетей вычислялась мера общей зависимости, называемая полной корреляцией.

Результаты оказались неожиданными. В состоянии покоя тройные связи несли заметно больше информации, чем парные, и с ростом числа взаимодействующих областей — от трёх до десяти — количество захваченной информации монотонно увеличивалось. Когда участники смотрели мультфильм, разница между покоем и задачей становилась особенно заметной на высоких порядках взаимодействия. Иными словами, выполнение задания вовлекает более скоординированные коллективные процессы, которые попарный анализ просто не видит. Всего для 105 сетей существует 187 460 уникальных троек — в 34 раза больше, чем пар, — но вместо хаоса эти тройки образуют организованные кластеры, отражающие биологически значимые связи.

Метод, использованный в работе, опирается на матричную оценку энтропии Реньи — математический приём, который позволяет вычислять сложные меры зависимости без громоздких оценок плотности вероятности. Благодаря этому удалось обработать данные 600 здоровых испытуемых в покое и 66 участников (детей и взрослых) во время просмотра короткометражного мультфильма «Partly Cloudy». Оказалось, что тройные связи не сводятся к парным: они несут дополнительную информацию и по-разному проявляются в покое и при задании. Это открывает путь к более реалистичным моделям коннектома, где учитываются коллективные эффекты, а не только изолированные дуэты.

Возвращаясь к джазовому трио: парные взаимодействия — это как репетиция, где каждый музыкант отдельно подстраивается под другого. Но настоящая музыка рождается, когда все трое слышат друг друга одновременно. Так и мозг: его истинная работа видна не в отдельных парах областей, а в их совместной импровизации. Новый метод позволяет услышать эту музыку — и, возможно, понять, что происходит, когда ансамбль расстраивается при болезни.