بحث

الدماغ يسرع الإدراك ، تخمين ما سيحدث بعد ذلك

تخيل أنك تلتقط الزجاجعصير التفاح ، كما تشك ، لاتخاذ رشفة واكتشاف أنه في الواقع البيرة الخفيفة. حتى إذا كنت لا تمانع في تناول البيرة ، فهذه المرة تذوق الرشف. لأن السياق والحالات الداخلية ، بما في ذلك التوقع ، تؤثر على كيفية إدراك جميع الحيوانات للمعلومات الحسية ومعالجتها ، كما يوضح ألفريدو فونتانيني ، عالم الأعصاب في جامعة ستوني بروك في نيويورك. في هذه الحالة ، يؤدي انتظار التحفيز الخاطئ إلى رد فعل مفاجئ وسلبي.

ولكن هذا لا يقتصر على نوعية الإدراك. من بين التأثيرات الأخرى ، قد يزيد النظام الحسي الذي يتوقع الحصول على بيانات واردة ، جيدة أو سيئة ، من السرعة التي يكتشف بها الحيوان ويعرفها ويستجيب لها.

قبل بضع سنوات ، وفونتانيني وفريقهوجدت أدلة عصبية مباشرة لهذا التأثير التسارع في القشرة الذوق ، وهو جزء من الدماغ هو المسؤول عن الإدراك الذوق. منذ ذلك الحين ، حاولوا تحديد بنية المخطط القشري الذي أدى بهم إلى هذه النتائج. والآن ، وجدت. في الشهر الماضي ، نشروا النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Nature Neuroscience: نموذج شبكي له نوع خاص من الهندسة المعمارية لا يوفر رؤى جديدة حول كيفية عمل التوقعات فحسب ، بل يتطرق أيضًا إلى أسئلة أوسع حول كيف ينبغي للعلماء أن ينظروا إلى التصور على نطاق أوسع. أكثر من ذلك ، فإنه يتماشى مع نظرية صنع القرار ، التي تفترض أن الدماغ ينتج استنتاجات متسرعة ، بدلاً من بنائها.

مشاعر سريعة وحالات نشطة

أصبح المذاق - الشعور الأقل دراسةمثالي لبدء البحث. بعد ذوق اللسان ، يستغرق الأمر عدة مئات من الميلي ثانية ويبدأ النشاط في قشرة التذوق في عكس البيانات الواردة. يقول دون كاتز ، عالم الأعصاب في جامعة برانديز في ماساتشوستس: "وفقًا لمعايير الدماغ ، يمر الأبدية". "يستغرق الأمر وقتًا أقل في القشرة البصرية" ، مما يجعل من الصعب تحديد تأثير الانتظار الذي أراد العلماء دراسته.

في عام 2012 ، أجرى Fontanini وزملاؤههي تجربة سمعت فيها الفئران صوتًا ("إشارة وقائية") ، ثم تلقت جزءًا صغيرًا من الذوق من خلال أنبوب في الفم. قد يكون الطعم بحد ذاته حلوًا أو مالحًا أو حامضًا أو مريرًا ، ولم تشير الإشارة الوقائية إلى أي من الأربعة يمكن أن يتبع.

ومع ذلك ، فقد وجد العلماء أن هذا شائعقد يتسبب الانتظار في أن تتعرف الخلايا العصبية الموجودة في اللحاء المنقط على الحافز أسرع مرتين تقريبًا مما كانت عليه عندما تلقت الفئران الطعم دون سماع الصوت أولاً. يتم تقليل فترة التأخير من حوالي 200 ميلي ثانية إلى 120 ميلي ثانية.

أراد Fontanini معرفة نوع الشبكة العصبيةيمكن أن توفر نظريا الترميز أسرع. وقد ساعد ذلك زميله ستوني بروك ، عالم الأعصاب جيانكارلو لا كاميرا ، الذي سبق له العمل على نمذجة نشاط الدماغ التلقائي الذي يحدث حتى في غياب المنبهات.

في العقود القليلة الماضية ، على نحو متزايديتم التأكيد على أن معظم النشاط في شبكات الاستشعار يتم توليده من الداخل أكثر من تأثير المحفزات الخارجية. إذا قارنت نشاط القشرة البصرية لحيوان في ظلام دامس مع نشاط حيوان ينظر حوله ، سيكون الفرق ضئيلاً. حتى في حالة عدم وجود ضوء ، تبدأ مجموعات من الخلايا العصبية في القشرة في العمل معًا ، إما في وقت واحد أو في أمواج يمكن التنبؤ بها. يتم حفظ هذا التحريك المشترك كحالة تسمى النقيلي من بضع مئات من ميلي ثانية إلى بضع ثوان ، ثم التبديل صورة النشاط. يستمر الانبثاث ، أو الميل إلى الانتقال بين حالات الانتقال ، بعد إدخال الحافز (التحفيز) ، لكن بعض الحالات ، مثل القواعد ، تظهر في كثير من الأحيان في بعض المحفزات وبالتالي تعتبر "حالات ترميز".

لا كاميرا وغيرها (بما في ذلك كاتز) في وقت سابقمحاكاة metastability ، وخلق شبكة الكتلة يسمى. في ذلك ، كانت مجموعات الخلايا العصبية المثيرة مترابطة بقوة ، ولكن الخلايا العصبية المثبطة كانت مرتبطة بشكل عشوائي مع الخلايا العصبية المثيرة الفردية. يقول فونتانيني: "هذه البنية العنقودية ضرورية لإنشاء النقائل".

لقد اكتشف العلماء أن نفس بنية الشبكةكان هناك حاجة أيضا لإعادة آثار الانتظار. في نموذج قابل للتحويل ذو بنية عنقودية ، قلد العلماء إشارة استباقية شائعة مع ظهور حافز ذوق معين لاحقًا. بعد القيام بذلك ، نجحوا في إعادة إنتاج نمط الترميز المتسارع الذي لاحظه Fontanini في الفئران في عام 2012: أصبحت الانتقال من حالة ثابتة إلى أخرى أسرع من السماح للنظام أيضًا بالوصول إلى حالات الترميز بشكل أسرع.

أظهرت هذه النتائج أنه ببساطة عن طريق إنشاء شبكةيوضح فونتانيني ، الذي يوضح أنماط النشاط الثابتة هذه ، "يمكنك التقاط الكثير من ردود الفعل العصبية عند تقليد مشاعر الذوق".

عمل العلماء كان ملحوظا في ذلكقدمت معلومات عن أي بنية للبحث عنها في قشرة الذوق ، وكذلك ، في طبقات قشرية حسية أخرى. الآن ، يقرر علماء الأعصاب كيفية معالجة المذاق: يقول البعض إن عددًا من الخلايا العصبية يمكن أن يشفر كلمة "حلوة" و "أخرى مالحة" ، مما يخلق توقيعات عصبية محددة للغاية لبعض الأذواق. ويعزو آخرون ذلك إلى نماذج أوسع تستجيب فيها معظم الخلايا العصبية لمعظم الأذواق. يدعم العمل الذي أنجزه Fontanini وزملاؤه النظرية الأخيرة ، بينما يوفر في الوقت نفسه تنبؤات حول كيفية ظهور هذه العلاقة.

الدماغ معقد ، هل توافق؟ دعنا نناقش هذا في الدردشة في Telegram.