Νέα έρευνα αποκαλύπτει έναν πιθανό μηχανισμό με τον οποίο ο εγκέφαλος αντιμετωπίζει τις αντικρουόμενες πληροφορίες και καταλήγει σε μία ενιαία εικόνα του κόσμου.
Η «διαφωνία» του εγκεφάλου
Μια σκιά μπορεί για μια στιγμή να μοιάζει με πρόσωπο. Ένα αντικείμενο μπορεί να θυμίσει κάτι εντελώς διαφορετικό. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η εικόνα που φτάνει στον εγκέφαλο δεν είναι πάντα ξεκάθαρη από την πρώτη στιγμή.
Νέα έρευνα δείχνει ότι ο εγκέφαλος μπορεί να διαθέτει έναν μηχανισμό που βοηθά διαφορετικές περιοχές του να «συμφωνήσουν» μεταξύ τους, μέχρι να διαμορφωθεί μια πιο συνεκτική αντίληψη.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature Neuroscience, πραγματοποιήθηκε από τη Mitra Javadzadeh, Cynthia R. Stebbins Fellow στο Cold Spring Harbor Laboratory, και συνεργάτες της από το University of Cambridge και το University College London.
Οι ερευνητές μελέτησαν τον τρόπο με τον οποίο επικοινωνούν δύο γειτονικές περιοχές του οπτικού φλοιού και διαπίστωσαν ότι τα σήματα που συμφωνούσαν μεταξύ τους παρέμεναν ενεργά για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Αντίθετα, όταν οι δύο περιοχές έστελναν αντικρουόμενα σήματα, η διαφωνία εξασθενούσε μέσα σε κλάσμα του δευτερολέπτου.
Αλτσχάιμερ: Πρωτοποριακή θεραπεία εξαφάνισε τις πλάκες αμυλοειδούς από τον εγκέφαλο 79χρονου
Ο εγκέφαλος συνδυάζει διαφορετικές πληροφορίες
Ο εγκέφαλος δεν επεξεργάζεται όλες τις αισθητηριακές πληροφορίες σε ένα ενιαίο σημείο. Διαφορετικές περιοχές αναλαμβάνουν διαφορετικές λειτουργίες, όμως η τελική εμπειρία που έχουμε από τον κόσμο μοιάζει συνήθως ενιαία.
Το πώς ακριβώς συνεργάζονται αυτά τα εξειδικευμένα συστήματα αποτελεί ένα από τα σημαντικά ερωτήματα της νευροεπιστήμης.
«Προσπαθούμε να κατανοήσουμε πώς μπορείτε να έχετε τόσο υψηλό επίπεδο εξειδίκευσης μεταξύ αυτών των διαφορετικών τμημάτων, και παρ’ όλα αυτά να έχετε πάντα ένα συνεπές, ολιστικό αποτέλεσμα», αναφέρει η Javadzadeh.
Η ερευνητική ομάδα επικεντρώθηκε στον πρωτοταγή οπτικό φλοιό, γνωστό ως V1, και στη lateromedial οπτική περιοχή, την LM.
Οι δύο περιοχές αποτελούν τμήματα του οπτικού συστήματος στον νεοφλοιό και δεν λειτουργούν απλώς σαν διαδοχικοί σταθμοί επεξεργασίας. Αντίθετα, ανταλλάσσουν συνεχώς πληροφορίες μεταξύ τους.
Σε διαφορετική μελέτη, επιστήμονες παρακολούθησαν τον εγκέφαλο ανθρώπων όταν δύο εικόνες «ανταγωνίζονταν» μεταξύ τους για την αντίληψη. Διαπίστωσαν ότι διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου συνεργάζονται για να περιορίσουν τη σύγκρουση και να καταλήξουν τελικά σε μία ενιαία εικόνα. Με άλλα λόγια, ο εγκέφαλος φαίνεται να έχει τον δικό του τρόπο να βάζει τάξη όταν τα οπτικά σήματα μπερδεύονται.
Το πείραμα με τα ποντίκια
Για να μελετήσουν τι συμβαίνει όταν οι δύο περιοχές δεν συμφωνούν, οι ερευνητές εκπαίδευσαν ποντίκια να διακρίνουν ανάμεσα σε δύο οπτικά μοτίβα με αντίθετους προσανατολισμούς.
Τα ζώα λάμβαναν ανταμοιβή όταν αναγνώριζαν τον έναν συγκεκριμένο προσανατολισμό.
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες ανέστειλαν προσωρινά είτε τη V1 είτε την LM. Με αυτόν τον τρόπο μπορούσαν να παρατηρήσουν πώς συμπεριφερόταν η άλλη περιοχή όταν δεν είχε τον συνήθη συνεργάτη της.
Οι παρατηρήσεις αυτές χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια για τη δημιουργία ενός μοντέλου τεχνητού νευρωνικού δικτύου που αναπαριστούσε το κύκλωμα V1-LM.
Το μοντέλο επέτρεψε στους ερευνητές να εξετάσουν πώς θα μπορούσε να αντιδράσει το σύστημα όταν τροποποιούνταν συγκεκριμένοι νευρώνες.
Τι συμβαίνει όταν δύο περιοχές του εγκεφάλου διαφωνούν
Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν μια αξιοσημείωτη διαφορά ανάμεσα στα σήματα που συμφωνούσαν και σε εκείνα που συγκρούονταν.
Τα αντικρουόμενα μοτίβα δραστηριότητας ανάμεσα στις δύο περιοχές εξασθενούσαν γρήγορα.
Τα μοτίβα που ήταν κοινά και στις δύο περιοχές παρέμεναν ενεργά για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Η διαδικασία αυτή υποδεικνύει ότι οι συνδέσεις μεταξύ των περιοχών μπορούν να οδηγήσουν το σύστημα προς μια κοινή ερμηνεία.
«Διαπιστώνουμε ότι, με την πάροδο του χρόνου, αυτοί οι τύποι συνδέσεων μεταξύ των περιοχών εφαρμόζουν έναν μηχανισμό που αποκαλούμε οικοδόμηση συναίνεσης», εξηγεί η Javadzadeh.
Ένας μηχανισμός που μπορεί να λειτουργεί σε ολόκληρο τον νεοφλοιό
Η συγκεκριμένη μελέτη περιορίστηκε σε δύο περιοχές που σχετίζονται με την όραση. Ωστόσο, οι ερευνητές εξετάζουν πλέον αν ένας παρόμοιος μηχανισμός μπορεί να υπάρχει και σε άλλες περιοχές του νεοφλοιού.
Το ερώτημα γίνεται ακόμη πιο ενδιαφέρον όταν οι πληροφορίες που λαμβάνει ο εγκέφαλος προέρχονται από διαφορετικές αισθήσεις.
«Για παράδειγμα, όταν αυτό που βλέπετε έρχεται σε αντίθεση με αυτό που ακούτε, εξακολουθείτε να χρησιμοποιείτε τους ίδιους μηχανισμούς για να συμφιλιώσετε αυτά τα δύο;» αναρωτιέται η Javadzadeh.
Εάν η διαδικασία της δυναμικής «οικοδόμησης συναίνεσης» αποδειχθεί ότι λειτουργεί ευρύτερα, θα μπορούσε να προσφέρει ένα νέο πλαίσιο για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ο εγκέφαλος μετατρέπει ανταγωνιστικά σήματα σε μια σταθερή αντίληψη της πραγματικότητας.
Παράλληλα, θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να εξετάσουν τι συμβαίνει όταν διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου δεν καταφέρνουν να καταλήξουν σε κοινό συμπέρασμα.
Τι μπορεί να σημαίνει για την τεχνητή νοημοσύνη
Η ιδέα δεν περιορίζεται απαραίτητα στη νευροεπιστήμη. Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι παρόμοιες αρχές θα μπορούσαν να προσφέρουν έναν τρόπο σκέψης για το πώς τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης μπορούν να διαχειρίζονται διαφορετικές και αντικρουόμενες ροές πληροφοριών.
Το βασικό ερώτημα, ωστόσο, παραμένει ο ίδιος ο ανθρώπινος εγκέφαλος: πώς μπορούν τόσα εξειδικευμένα συστήματα να συνεργάζονται και τελικά να δημιουργούν μία ενιαία εμπειρία;
«Ενώ κατανοούμε τα επιμέρους δομικά στοιχεία του εγκεφάλου, ποια είναι η κόλλα που τα ενώνει;» ρωτά η Javadzadeh.
Τα οικονομικά προβλήματα μπορεί να «γερνούν» πιο γρήγορα τον εγκέφαλο – Τι έδειξε μελέτη δεκαετιών
«Το να το γνωρίζουμε αυτό μπορεί επιτέλους να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος ως σύνολο».