Ο εγκέφαλος επιταχύνει την αντίληψη, μαντέψει τι θα συμβεί στη συνέχεια

Φανταστείτε ότι παίρνετε ένα ποτήρι μεχυμό μήλου, όπως υποψιάζεστε, να πάρετε μια γουλιά και να ανακαλύψετε ότι είναι στην πραγματικότητα μια ελαφριά μπύρα. Ακόμη και αν συνήθως δεν σας πειράζει η μπύρα, αυτή τη φορά μια γεύση γεύση τρομερή. Επειδή το περιβάλλον και οι εσωτερικές καταστάσεις, συμπεριλαμβανομένης της προσδοκίας, επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο όλα τα ζώα αντιλαμβάνονται και επεξεργάζονται αισθητηριακές πληροφορίες, εξηγεί ο Alfredo Fontanini, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο Stony Brook στη Νέα Υόρκη. Στην περίπτωση αυτή, η αναμονή για λάθος ερέθισμα οδηγεί σε μια έκπληξη και αρνητική αντίδραση.

Αλλά αυτό δεν περιορίζεται στην ποιότητα της αντίληψης. Μεταξύ άλλων επιπτώσεων, ένα αισθητήριο σύστημα που αναμένει εισερχόμενα δεδομένα, καλές ή κακές, μπορεί επίσης να αυξήσει την ταχύτητα με την οποία το ζώο εντοπίζει, εντοπίζει και ανταποκρίνεται σε αυτά.

Πριν από μερικά χρόνια, ο Fontanini και η ομάδα τουβρήκαν άμεσες νευρικές αποδείξεις αυτού του επιταχυντικού αποτελέσματος στον φλοιό γεύσης, το τμήμα του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνο για την αντίληψη της γεύσης. Από τότε, προσπάθησαν να προσδιορίσουν τη δομή του συστήματος των φλοιών που τους οδήγησε σε τέτοια αποτελέσματα. Και τώρα, βρίσκεται. Τον περασμένο μήνα δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο Nature Neuroscience: ένα μοντέλο δικτύου με ειδικό τύπο αρχιτεκτονικής που όχι μόνο παρέχει νέες ιδέες για το πώς λειτουργούν οι προσδοκίες αλλά και περιγράφει ευρύτερα ερωτήματα σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες πρέπει να βλέπουν την αντίληψη ευρύτερα. Περισσότερο από αυτό, διατηρεί τη θεωρία λήψης αποφάσεων, η οποία υποθέτει ότι ο εγκέφαλος κάνει πραγματικά βιαστικά συμπεράσματα, αντί να τα κατασκευάζει.

Γρήγορα συναισθήματα και ενεργές καταστάσεις

Η γεύση - το λιγότερο μελετημένο συναίσθημα - έχει γίνειτέλεια για να ξεκινήσετε την αναζήτησή σας. Αφού η γεύση γίνει στη γλώσσα, χρειάζονται αρκετές εκατοντάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου και η δραστηριότητα στην κρούστα γεύσης αρχίζει να αντανακλά τα εισερχόμενα δεδομένα. "Σύμφωνα με τα πρότυπα του εγκεφάλου, η αιωνιότητα περνάει", λέει ο Don Katz, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο Brandeis στη Μασαχουσέτη. «Στον οπτικό φλοιό, αυτό παίρνει λιγότερο χρόνο», γεγονός που καθιστά δύσκολο τον προσδιορισμό της επίδρασης της προσδοκίας, την οποία οι επιστήμονες ήθελαν να μελετήσουν.

Το 2012, ο Fontanini και οι συνεργάτες του διεξήγαγανένα πείραμα στο οποίο οι αρουραίοι ακούσουν έναν ήχο ("προληπτικό σήμα"), και στη συνέχεια έλαβαν ένα μικρό τμήμα γεύσης μέσω ενός σωλήνα στο στόμα. Η ίδια η γεύση θα μπορούσε να είναι γλυκιά, αλμυρή, ξινή ή πικρή και το προληπτικό σήμα δεν περιείχε πληροφορίες για το ποιο από τα τέσσερα θα μπορούσε να ακολουθήσει.

Ωστόσο, οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι τέτοιες κοινέςη αναμονή μπορεί να αναγκάσει τους νευρώνες του γευστικού φλοιού να αναγνωρίσουν το ερέθισμα σχεδόν δύο φορές πιο γρήγορα από ό, τι όταν οι αρουραίοι έλαβαν τη γεύση χωρίς να ακούσουν πρώτα τον ήχο. Η περίοδος καθυστέρησης μειώνεται από περίπου 200 χιλιοστά του δευτερολέπτου στα 120 χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Ο Fontanini ήθελε να μάθει τι είδους νευρωνικό δίκτυομπορεί θεωρητικά να παρέχει ταχύτερη κωδικοποίηση. Και αυτό βοήθησε ο συνάδελφός του στον Stony Brooke, τον νευρο-επιστήμονα Giancarlo La Camera, ο οποίος είχε εργαστεί στο παρελθόν για να μοντελοποιήσει την αυθόρμητη εγκεφαλική δραστηριότητα που εμφανίζεται ακόμη και αν δεν υπήρχαν ερεθίσματα.

Τις τελευταίες δεκαετίες, όλο και περισσότεροτονίζεται ότι το μεγαλύτερο μέρος της δραστηριότητας στα δίκτυα αισθητήρων παράγεται περισσότερο από μέσα παρά από την επίδραση εξωτερικών ερεθισμάτων. Εάν συγκρίνετε τη δραστηριότητα του οπτικού φλοιού ενός ζώου σε απόλυτο σκοτάδι με τη δραστηριότητα ενός ζώου που κοιτάζει γύρω, η διαφορά θα είναι μικρή. Ακόμη και αν δεν υπάρχει φως, τα σύνολα νευρώνων στον φλοιό αρχίζουν να συνεργάζονται, είτε ταυτόχρονα είτε σε προβλέψιμα κύματα. Αυτή η κοινή ενεργοποίηση αποθηκεύεται ως μια μεταβαλλόμενη κατάσταση από μερικές εκατοντάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου σε μερικά δευτερόλεπτα και στη συνέχεια αλλάζει η εικόνα της δραστηριότητας. Η μεταστασιμότητα ή η τάση να μεταπηδούν μεταξύ μεταβατικών καταστάσεων συνεχίζεται μετά την εισαγωγή ενός ερεθίσματος (ερέθισμα), αλλά ορισμένα κράτη, όπως οι κανόνες, εμφανίζονται πιο συχνά για ορισμένα ερεθίσματα και ως εκ τούτου θεωρούνται ως «καταστάσεις κωδικοποίησης».

La Camera και άλλων (συμπεριλαμβανομένου του Katz) νωρίτεραπροσομοίωση μεταστατότητας, δημιουργώντας ένα λεγόμενο δίκτυο συμπλέγματος. Σε αυτό, οι ομάδες διεγερτικών νευρώνων ήταν ισχυρά διασυνδεδεμένες, αλλά οι ανασταλτικοί νευρώνες συνδέονταν τυχαία με μεμονωμένους διεγερτικούς νευρώνες. "Αυτή η αρχιτεκτονική συμπλέγματος είναι απαραίτητη για τη δημιουργία μεταστατότητας", λέει ο Fontanini.

Οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει ότι η ίδια διάρθρωση του δικτύουήταν επίσης αναγκαία για την αναδημιουργία των αποτελεσμάτων της αναμονής. Σε ένα μεταστατικό μοντέλο με μια αρχιτεκτονική συμπλέγματος, οι επιστήμονες μιμούνται ένα κοινό αναμενόμενο σήμα με την επακόλουθη εμφάνιση ενός συγκεκριμένου ερεθίσματος γεύσης. Έχοντας κάνει αυτό, αναπαράγουν επιτυχώς το πρότυπο επιταχυνόμενης κωδικοποίησης που παρατηρείται από τους Fontanini στους αρουραίους το 2012: οι μεταβάσεις από μία μεταστατική κατάσταση στην άλλη γίνονται ταχύτερες από ό, τι επιτρέπει επίσης στο σύστημα να φτάσει ταχύτερα στις καταστάσεις κωδικοποίησης.

Αυτά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι απλά δημιουργώντας ένα δίκτυοπου δείχνει αυτά τα μεταστατικά πρότυπα δραστηριότητας, "μπορείτε να πιάσετε πολλές νευρολογικές αντιδράσεις όταν μιμείται αισθήσεις γεύσης", λέει ο Fontanini.

Το έργο των επιστημόνων ήταν αξιοσημείωτο σε αυτόπαρείχαν πληροφορίες για την οποία αρχιτεκτονική να αναζητήσουν στην κρούστα γεύσης, και επίσης, ενδεχομένως, σε άλλα αισθητήρια φλοιώδη στρώματα. Οι νευροεπιστήμονες αποφασίζουν τώρα πώς επεξεργάζεται μια γεύση: κάποιοι λένε ότι ορισμένοι νευρώνες μπορούν να κωδικοποιήσουν το "γλυκό" και άλλο "αλμυρό", δημιουργώντας πολύ συγκεκριμένες νευρικές υπογραφές για ορισμένα γούστα. Άλλοι το αποδίδουν σε ευρύτερα μοντέλα στα οποία οι περισσότεροι νευρώνες ανταποκρίνονται στα περισσότερα γούστα. Το έργο του Fontanini και των συναδέλφων του υποστηρίζει την τελευταία θεωρία, ενώ ταυτόχρονα παρέχει προβλέψεις σχετικά με τον τρόπο εμφάνισης αυτής της σχέσης.

Ο εγκέφαλος είναι περίπλοκος, συμφωνείς; Ας συζητήσουμε αυτό στο chat μας στο Telegram.