Știm multe, dar nu suficiente, despre cum se potrivesc toate roțile dințate. Piyushgiri Revagar, CC BY-NC-ND

Deciziile se întind pe o gamă largă de complexitate. Există cu adevărat simple: Vreau un măr sau o bucată de tort cu prânzul meu? Apoi există altele mult mai complicate: ce mașină ar trebui să cumpăr sau care carieră să aleg?

Neurologii ca mine au identificat unele dintre părțile individuale ale creierului care contribuie la luarea unor astfel de decizii. Diferite zone sunete de proces, Obiective sau pertinent cunoștințe anterioare. Dar înțelegerea modului în care acești jucători individuali lucrează împreună ca o echipă este încă o provocare, nu numai în înțelegerea procesului decizional, ci și pentru întregul domeniu al neuroștiințelor.

O parte din motiv este că până acum, neuroștiința a funcționat într-un model tradițional de cercetare științifică: laboratoarele individuale funcționează pe cont propriu, concentrându-se de obicei pe una sau câteva zone cerebrale. Acest lucru face dificil pentru orice cercetător să interpreteze datele colectate de un alt laborator, deoarece toți avem ușoare diferențe în modul în care desfășurăm experimentele.

Neurologii care studiază luarea deciziilor au creat tot felul de jocuri diferite pe care animalele le pot juca, de exemplu, și colectăm date despre ceea ce se întâmplă în creier atunci când animalul face o mișcare. Când toată lumea are o configurare și o metodologie experimentală diferită, nu putem stabili dacă rezultatele unui alt laborator sunt un indiciu despre ceva interesant care se întâmplă de fapt în creier sau doar un produs secundar al diferențelor de echipament.

Inițiativa BRAIN, pe care administrația Obama a lansat-o în 2013, a început să încurajeze tipul de colaborare de care are nevoie neuroștiința. Cred doar că nu a mers suficient de departe. Așa că am cofondat un proiect numit Laboratorul internațional al creierului - un mega-laborator virtual compus din mai multe laboratoare din diferite instituții - pentru a arăta că proverbul „singuri mergem repede, împreună mergem departe” este valabil pentru neuroștiințe. Prima întrebare pe care o abordează colaborarea se concentrează pe luarea deciziilor de către creier.

Echipa de decizie a creierului

Laboratoarele individuale de neuroștiințe au descoperit deja multe despre modul în care anumite zone ale creierului contribuie la luarea deciziilor.

Spuneți că alegeți între un măr sau o bucată de tort pentru a merge cu prânzul. În primul rând, trebuie să știți că merele și tortul sunt cele două opțiuni. Acest lucru necesită acțiune din zonele creierului care procesează informații senzoriale - ochii văd pielea roșie aprinsă a mărului, în timp ce nasul preia mirosul dulce de tort.

Aceste zone senzoriale se conectează adesea la ceea ce numim zone de asociere. Cercetătorii au crezut în mod tradițional că joacă un rol în punând diferite informații împreună. Prin colectarea informațiilor de la ochi, urechi și așa mai departe, zonele de asociere pot oferi un aspect mai coerent, vedere de ansamblu a ceea ce se întâmplă în lume.

Și de ce să alegi o acțiune peste alta? Aceasta este o întrebare pentru creier recompensă, care este critic în cântărind valoarea diferitelor opțiuni. Știți că tortul va avea un gust delicios acum, dar s-ar putea să-l regretați când vă îndreptați mai târziu spre sală.

Apoi, există cortexul frontal, despre care se crede că joacă un rol în controlul acțiunii voluntare. Cercetările sugerează că este implicat în angajarea la o anumită acțiune odată ce au sosit suficiente informații primite. Este partea creierului care vă poate spune că bucata de tort miroase atât de bine încât merită toate caloriile.

Înțelegerea modului în care aceste zone cerebrale diferite funcționează de obicei împreună pentru a lua decizii ar putea ajuta la înțelegerea a ceea ce se întâmplă în creierul bolnav. Pacienții cu tulburări precum autismul, schizofrenia și boala Parkinson folosesc adesea informații senzoriale într-un mod neobișnuit, mai ales dacă sunt complexe și incerte. Cercetările privind luarea deciziilor pot informa, de asemenea, tratamentul pacienților cu alte tulburări, cum ar fi abuzul de substanțe și dependența. Intr-adevar, dependența este probabil un prim exemplu despre modul în care procesul decizional poate merge foarte prost.

O colaborare de laborator răspândită în întreaga lume

Chiar acum, neurologii fac o mulțime de instantanee de ansamblu a ceea ce se întâmplă în anumite zone ale creierului atunci când ia o decizie. Dar nu se coordonează prea mult între ele, așa că aceste piese primordiale nu se potrivesc pentru a ne oferi imaginea de ansamblu a procesului decizional de care avem nevoie.

De aceea, o echipă dintre noi s-a alăturat pentru a forma Laboratorul Internațional al Creierului. Cu sprijinul Facilității Internaționale de Coordonare Neuroinformatică, Wellcome Trust și Fundația Simons (de asemenea, un finanțator al The Conversation US), ne propunem să creăm această imagine de ansamblu prin proiectarea unui experiment la scară largă care utilizează exact aceeași abordare pentru a studia multe diferite zone ale creierului. Deoarece creierul este atât de complex, avem nevoie de expertiza multor laboratoare diferite, fiecare specializat în anumite zone ale creierului. Dar avem nevoie ca aceștia să se coordoneze și să folosească aceeași abordare, astfel încât să putem pune toate piesele lor diferite din imagine.

Adunăm o echipă formată din 21 de oameni de știință care vor lucra foarte strâns pentru a înțelege modul în care miliarde de neuroni lucrează împreună într-un singur creier pentru a lua decizii. Aproximativ o duzină de laboratoare diferite vor face fiecare parte dintr-un mare experiment, măsurând activitatea neuronilor la animalele angajate exact în același joc. Membrii echipei noastre vor înregistra activitatea de la sute de neuroni din creierul fiecărui animal. Vom colecta zeci de mii de înregistrări neuronale pe care le putem analiza împreună.

Păstrați-l simplu

În deciziile din lumea reală, combinați o mulțime de informații diferite - semnale senzoriale, cunoștințe interne despre ceea ce este plin de satisfacții, ceea ce este riscant. Dar implementarea acestui lucru într-un context de laborator este destul de grea.

Sperăm să recreăm experiența naturală de hrănire a unui șoarece. În viața reală, există multe căi diferite pe care le poate lua un animal pe măsură ce navighează în lume în căutarea a ceva de mâncare. Vrea să găsească mâncare, pentru că mâncarea este plină de satisfacții. Folosește indicii senzoriale primite, de genul „Oh, văd un greier acolo!” Un animal ar putea combina acest lucru cu o amintire de recompensă, cum ar fi: „Știu că această zonă are tufe luxuriante de boabe, îmi amintesc asta de ieri, așa că voi merge acolo”. Sau „Știu că a fost o pisică ultima dată, așa că ar fi bine să evit acea zonă”.

La prima trecere, configurația pe care o folosim pentru Laboratorul Internațional al Creierului nu pare deloc naturală. Mouse-ul are un dispozitiv mic pe care îl folosește pentru a raporta deciziile - este de fapt o roată dintr-un set Lego. De exemplu, ar putea afla că atunci când vede o imagine a unei rețele verticale și întoarce roata până când imaginea este centrată, primește o recompensă. Dacă vă gândiți la ce înseamnă hrănirea - explorarea mediului înconjurător, încercarea de a găsi recompense, utilizarea semnalelor senzoriale și a cunoștințelor anterioare - această activitate simplă a roții Lego își surprinde esența.

Trebuia cu adevărat să ne gândim la compromisul dintre a avea un comportament suficient de complex pentru a ne oferi o perspectivă asupra calculelor neuronale interesante și unul suficient de simplu încât să poată fi implementat în același mod în multe laboratoare experimentale diferite. Echilibrul pe care l-am obținut a fost o sarcină de luare a deciziilor care începe simplu și devine din ce în ce mai complexă pe măsură ce un animal individual realizează diferite etape de antrenament.

Chiar și în cea mai simplă, foarte timpurie etapă pe care o privim, în care animalele fac doar mișcări voluntare, decid când să facă o mișcare pentru a recolta o recompensă. Sunt sigur că putem merge mult mai departe, dar chiar dacă e cât de departe ajungem, să avem măsurători neuronale din tot creierul în timpul unui comportament simplu ca acesta va fi foarte interesant. Nu știm cum se întâmplă în creier să decideți când să luați o anumită acțiune și cum să executați acțiunea respectivă. Având măsurători neuronale din tot creierul a ceea ce s-a întâmplat chiar înainte ca animalul să decidă în mod spontan să meargă și să obțină o recompensă va fi un mare pas înainte.

Despre autor

Anne Churchland, profesor asociat de neuroștiințe, Laboratorul Cold Spring Harbor

Acest articol a fost publicat inițial Conversaţie. Citeste Articol original.

Cărți conexe

at InnerSelf Market și Amazon