Ερευνητές χαρτογράφησαν την εγκεφαλική δραστηριότητα ενός θηλαστικού στο πλαίσιο δυο πρωτοποριακών μελετών, επαναπροσδιορίζοντας τον τρόπο που οι αντιλαμβανόμαστε τη διαδικασία λήψης αποφάσεων.
Η έρευνα, η οποία περιλάμβανε δεδομένα από περισσότερα από 600.000 εγκεφαλικά κύτταρα ποντικών και κάλυψε περιοχές που αντιστοιχούν σε πάνω από 95% του εγκεφάλου, δημοσιεύθηκε σε δύο άρθρα στο επιστημονικό περιοδικό Nature. Τα ευρήματα των δυο μελετών δείχνουν ότι η διαδικασία λήψης αποφάσεων εμπλέκει πολύ περισσότερες περιοχές του εγκεφάλου από όσες εκτιμούσαν οι επιστήμονες.
Η κολοσσιαία αυτή προσπάθεια διεξήχθη από το Διεθνές Εργαστήριο Εγκεφάλου (IBL), μια συνεργασία πειραματικών και θεωρητικών νευροεπιστημόνων από την Ευρώπη και τις ΗΠΑ.
Το πρόβλημα με τις προηγούμενες μελέτες
Στο παρελθόν, πολλές ανεξάρτητες ερευνητικές ομάδες επιχείρησαν να απαντήσουν σε θεμελιώδη ερωτήματα, όπως η σχέση ανάμεσα στην εγκεφαλική δραστηριότητα και τη συμπεριφορά. Ωστόσο, κάθε εργαστήριο μελετούσε διαφορετικούς εγκεφάλους ποντικών και διεξήγαγε ελαφρώς διαφορετικά συμπεριφορικά πειράματα για κάθε ομάδα τρωκτικών. Αυτό οδήγησε σε δεδομένα που ήταν ασυνεπή και δύσκολα συγκρίσιμα.
«Δεν ξέραμε αν συμφωνούμε ή διαφωνούμε, γιατί τόσα πράγματα ήταν διαφορετικά», εξήγησε ο Ματέο Καραντίνι, νευροεπιστήμονας στο University College London και βασικό μέλος του IBL.
Ένα ενιαίο, γιγαντιαίο πείραμα
Για να ξεπεράσουν αυτό το εμπόδιο, οι επιστήμονες του IBL σχεδίασαν ένα ενιαίο, αυστηρά τυποποιημένο πείραμα σε κλίμακα που κανένα μεμονωμένο εργαστήριο δεν θα μπορούσε να υλοποιήσει. Συνδύασαν το πείραμα με εξαιρετικά ακριβή εργαλεία καταγραφής εγκεφαλικής δραστηριότητας και προκαθορισμένες μεθόδους ανάλυσης, ώστε τα αποτελέσματα να είναι όσο το δυνατόν πιο αναπαραγώγιμα.
Η μελέτη περιλάμβανε 139 ποντίκια, κατανεμημένα σε 12 εργαστήρια παγκοσμίως, στα οποία εμφυτεύτηκαν συσκευές καταγραφής εγκεφαλικής δραστηριότητας που ονομάζονται Neuropixels. Οι συσκευές αυτές μπορούν να καταγράφουν ταυτόχρονα έως και 1.000 μεμονωμένους νευρώνες.
Οι ερευνητές υπέβαλαν τα ποντίκια σε ένα απλό συμπεριφορικό τεστ, το οποίο μπορούσαν να αναπαράγουν με αξιοπιστία και τα δώδεκα εργαστήρια: τοποθετούσαν τα ποντίκια μπροστά σε μια οθόνη, όπου εμφανιζόταν ένα ασπρόμαυρο ριγέ σημάδι είτε δεξιά είτε αριστερά. Αν τα ποντίκια γύριζαν έναν μικρό τροχό προς την ίδια κατεύθυνση με το σήμα, λάμβαναν μια ανταμοιβή.
Σύμφωνα με τα εγχειρίδια νευροεπιστημών, εξήγησε ο Καραντίνι, η εγκεφαλική δραστηριότητα που παρατηρήθηκε κατά τη διάρκεια του πειράματος θα έπρεπε να ακολουθεί μια γραμμική πορεία. Αρχικά, θα ενεργοποιούνταν τα κύτταρα του οπτικού φλοιού που αναγνωρίζουν τις εικόνες και κατόπιν οι νευρώνες σε άλλες περιοχές του εγκεφάλου, όπως ο προμετωπιαίος φλοιός, ο οποίος εμπλέκεται σε σύνθετες νοητικές διαδικασίες, όπως η λήψη αποφάσεων και η λογική σκέψη. Αυτές οι πληροφορίες μπορεί να ενσωματώνονταν με επιπλέον δραστηριότητα που αντιπροσωπεύει τις προηγούμενες εμπειρίες του ποντικού — δηλαδή τις μνήμες του — πριν μεταβούν στις κινητικές περιοχές του εγκεφάλου που ελέγχουν τις μυϊκές αντιδράσεις.
Κάποια από αυτά τα βήματα επιβεβαιώθηκαν, αλλά οι ερευνητές βρήκαν κάτι πολύ πιο εντυπωσιακό:
«Βρήκαμε σήματα λήψης αποφάσεων και σήματα που σχετίζονται με προηγούμενες εμπειρίες σε πολύ περισσότερες περιοχές του εγκεφάλου απ’ ό,τι περιμέναμε», είπε ο Καραντίνι.
Η δραστηριότητα σχεδόν σε όλες τις περιοχές του εγκεφάλου που μελετήθηκαν μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να προβλεφθεί αν το ποντίκι είχε λάβει ανταμοιβή ή όχι.
Σε ορισμένα πειράματα, το οπτικό σήμα ήταν σχεδόν αόρατο, ώστε τα ποντίκια να πρέπει να μαντεύουν την απάντηση. Εκεί, η εγκεφαλική δραστηριότητα που σχετιζόταν με προσδοκίες βασισμένες σε προηγούμενες εμπειρίες αποδείχθηκε επίσης πολύ πιο διαδεδομένη στον εγκέφαλο απ’ ό,τι περίμεναν οι ερευνητές.
Η προσέγγιση των ερευνητών του IBL θυμίζει μεγάλα διεθνή επιστημονικά έργα, όπως τα πειράματα στο CERN ή η αποκωδικοποίηση του ανθρώπινου γονιδιώματος. Ο Καραντίνι παρομοίασε την πρόοδο αυτή με την ανακάλυψη του τηλεσκοπίου, λέγοντας ότι οι πρώτοι αστρονόμοι μπορούσαν να κοιτάξουν τον νυχτερινό ουρανό και να εντοπίσουν το κάθε αστέρι, αλλά με πολύ περιορισμένες λεπτομέρειες. Με την έλευση του τηλεσκοπίου, μπορούσαν να μελετήσουν μεμονωμένα ουράνια σώματα. Όπως εξήγησε ο Καραντίνι, μέχρι τώρα, οι νευροεπιστήμονες ήταν σαν να έστρεφαν ένα τηλεσκόπιο μόνο προς έναν γαλαξία, ενώ άλλοι ερευνητές μελετούσαν διαφορετικούς γαλαξίες. Στο νέο έργο, επεσήμανε ο ερευνητής, μπορούμε να παρατηρήσουμε ολόκληρο τον νυχτερινό ουρανό και όλες τις λεπτομέρειές του ταυτόχρονα και από κοντά.
Τέτοιου είδους έρευνα κατέστη δυνατή μόνο χάρη στις πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις και τη βελτιωμένη συνεργασία μεταξύ εργαστηρίων, όμως ο Καραντίνι ελπίζει ότι τώρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να απαντηθούν άλλα μεγάλα ερωτήματα σχετικά με τη λειτουργία του εγκεφάλου. Επεσήμανε, ωστόσο, πως η παρούσα μελέτη παρέχει συσχετίσεις ανάμεσα στην εγκεφαλική δραστηριότητα και τη λήψη αποφάσεων, αλλά δεν αποδεικνύει αιτιότητα.
«Το επόμενο σύνορο είναι να καταλάβουμε πώς η εγκεφαλική δραστηριότητα προκαλεί τις ίδιες τις αποφάσεις» κατέληξε ο ερευνητής.
πηγή ertnews.gr
Φωτογραφία: Dan Birman, International Brain Laboratory
