Η εντυπωσιακή «φωταγώγηση» νευρώνων του εγκεφάλου κατά τη διάρκεια λήψης μιας απόφασης

Νευροεπιστήμονες έφτιαξαν τον πρώτο «χάρτη» στην ιστορία του κλάδου τους που παρέχει μια πλήρη εικόνα του τι συμβαίνει σε όλο τον εγκέφαλο τη στιγμή που λαμβάνεται μια απόφαση.

Νευροεπιστήμονες από 22 εργαστήρια ένωσαν τις δυνάμεις τους σε μια άνευ προηγουμένου διεθνή συνεργασία. Το αποτέλεσμα ήταν ένας νευρωνικός «χάρτης» που δείχνει τη δραστηριότητα σε ολόκληρο τον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια λήψης αποφάσεων.

Τα δεδομένα, που συλλέχθηκαν από 139 ποντίκια, καταγράφουν τη δραστηριότητα περισσότερων από 600.000 νευρώνων σε 279 περιοχές του εγκεφάλου — περίπου το 95% του εγκεφάλου ενός ποντικιού. Πρόκειται για τον πρώτο «χάρτη» που παρέχει μια πλήρη εικόνα του τι συμβαίνει σε όλο τον εγκέφαλο τη στιγμή που λαμβάνεται μια απόφαση.

«Δημιούργησαν το μεγαλύτερο σύνολο δεδομένων που μπορούσε κανείς να φανταστεί σε αυτή την κλίμακα», δήλωσε ο Δρ. Paul W. Glimcher, πρόεδρος του τμήματος Νευροεπιστήμης και Φυσιολογίας και διευθυντής του Ινστιτούτου Νευροεπιστήμης στην Ιατρική Σχολή Grossman του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης.

Στον τομέα της Νευροεπιστήμης, «αυτό θα μείνει στην ιστορία ως ένα μείζον γεγονός», είπε ο Glimcher στο CNN.

Για την κατασκευή του «χάρτη», οι ερευνητές πρώτα ανέπτυξαν μια τυποποιημένη διαδικασία που μοιράστηκαν μεταξύ των εργαστηρίων και στη συνέχεια κατέγραψαν τη νευρική δραστηριότητα καθώς τα ποντίκια ανταποκρίνονταν σε οπτικά ερεθίσματα, ενσωματώνοντας όλα τα δεδομένα. Το έργο χρειάστηκε επτά χρόνια και παρουσιάστηκε σε δύο μελέτες που δημοσιεύθηκαν στις 3 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό Nature.

«Υπάρχουν ουσιαστικά δύο μεγάλα συμπεράσματα, γι’ αυτό έχουμε δύο άρθρα», εξήγησε ο Alexandre Pouget, καθηγητής Βασικής Νευροεπιστήμης στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης. Η μία μελέτη περιγράφει την ευρεία κατανομή της ηλεκτρικής δραστηριότητας που σχετίζεται με τη λήψη αποφάσεων, ενώ η άλλη αξιοποιεί τα δεδομένα για να εξετάσει πώς οι προσδοκίες επηρεάζουν τις επιλογές.

«Ξεκινήσαμε από το μηδέν», είπε ο Pouget. «Κανείς δεν είχε επιχειρήσει ξανά κάτι τέτοιο».

Παλαιότερες έρευνες υποδείκνυαν ότι μικρές ομάδες νευρώνων ενεργοποιούνται μόνο σε συγκεκριμένα τμήματα του εγκεφάλου κατά τη λήψη αποφάσεων, κυρίως σε περιοχές που σχετίζονται με την αισθητηριακή επεξεργασία και τη γνωστική λειτουργία. Ο νέος χάρτης, ωστόσο, δείχνει ότι η δραστηριότητα είναι πολύ πιο εκτεταμένη, με ηλεκτρικά σήματα να εκτοξεύονται σχεδόν σε όλο τον εγκέφαλο σε διαφορετικά στάδια της διαδικασίας λήψης αποφάσεων.

Από έναν νευρώνα σε χιλιάδες ταυτόχρονα

Για δεκαετίες, οι επιστήμονες μελετούσαν τη δραστηριότητα του εγκεφάλου κατά τη διάρκεια ορισμένων εργασιών χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια που κατέγραφαν παλμούς από μεμονωμένους νευρώνες. Όμως αυτή η μέθοδος ήταν δύσκολη και αργή· μήνες δουλειάς παρήγαγαν δεδομένα από περίπου 100 νευρώνες, κάτι που την καθιστούσε χρήσιμη μόνο για πολύ περιορισμένες περιοχές.

Την τελευταία δεκαετία, η Νευροεπιστήμη έκανε άλμα με την ανάπτυξη των Neuropixels, ψηφιακών νευρωνικών ανιχνευτών που μπορούν να παρακολουθούν χιλιάδες νευρώνες ταυτόχρονα. Αυτά τα ευαίσθητα ηλεκτρόδια υπήρξαν απαραίτητο εργαλείο για τη δημιουργία του νέου χάρτη.

«Περάσαμε από την παρακολούθηση λίγων εκατοντάδων νευρώνων σε μία περιοχή, σε 600.000 νευρώνες σε όλες τις περιοχές του εγκεφάλου», εξήγησε ο Pouget.

Στα πειράματα, τα ποντίκια φορούσαν «κράνη-ηλεκτρόδια» ενώ γύριζαν ένα μικρό τιμόνι για να μετακινήσουν έναν ασπρόμαυρο κύκλο σε μια οθόνη. Αν τον οδηγούσαν σωστά στο κέντρο, έπαιρναν ζαχαρόνερο ως ανταμοιβή. Καθώς ανταποκρίνονταν, οι ανιχνευτές Neuropixels κατέγραφαν ηλεκτρικά σήματα στον εγκέφαλο: πρώτα στα οπτικά κέντρα στο πίσω μέρος του εγκεφάλου, μετά σε περιοχές κίνησης, και τέλος σε εκτεταμένα δίκτυα όταν λάμβαναν την ανταμοιβή.

Η σημασία της «προηγούμενης γνώσης»

Οι ερευνητές πρόσθεσαν και μια έξτρα δυσκολία: μερικές φορές ο κύκλος εμφανιζόταν πολύ αχνός ή σχεδόν αόρατος. Για να αποφασίσει προς ποια κατεύθυνση να γυρίσει το τιμόνι, το ποντίκι έπρεπε να θυμηθεί τι είχε δει σε προηγούμενες προσπάθειες.

«Αυτό λέγεται προηγούμενη γνώση (prior knowledge)», είπε ο Pouget. «Κάθε απόφαση που παίρνουμε, βασίζεται σε αυτή τη διαδικασία».

Οι νευροεπιστήμονες είχαν υποθέσει παλαιότερα ότι ο εγκέφαλος αξιοποιεί την προηγούμενη γνώση πολύ νωρίς στη διαδικασία λήψης αποφάσεων. «Έτσι, από τη στιγμή που αρχίζεις να επεξεργάζεσαι το αισθητηριακό ερέθισμα, το κάνεις με βάση το τι περιμένεις», είπε ο Pouget.

Ο νέος χάρτης του εγκεφάλου επιβεβαίωσε αυτή την πρόβλεψη, σημείωσε.

Πηγή: https://www.lifo.gr