Γνωρίζουμε πολλά, αλλά όχι αρκετά, για το πώς όλα τα γρανάζια ταιριάζουν. Piyushgiri Revagar, CC BY-NC-ND

Οι αποφάσεις εκτείνονται σε ένα ευρύ φάσμα πολυπλοκότητας. Υπάρχουν πραγματικά απλά: Θέλω ένα μήλο ή ένα κομμάτι κέικ με το μεσημεριανό μου; Τότε υπάρχουν πολύ πιο περίπλοκα: Ποιο αυτοκίνητο πρέπει να αγοράσω ή ποια καριέρα πρέπει να επιλέξω;

Οι νευροεπιστήμονες σαν εμένα έχουν εντοπίσει μερικά από τα μεμονωμένα μέρη του εγκεφάλου που συμβάλλουν στη λήψη αποφάσεων όπως αυτές. Διαφορετικές περιοχές επεξεργάζονται τους ήχους, αξιοθέατα ή σχετικό πρότερη γνώση. Αλλά η κατανόηση του τρόπου συνεργασίας αυτών των μεμονωμένων παικτών ως ομάδα εξακολουθεί να αποτελεί πρόκληση, όχι μόνο για την κατανόηση της λήψης αποφάσεων, αλλά για ολόκληρο τον τομέα της νευροεπιστήμης.

Μέρος του λόγου είναι ότι μέχρι τώρα, η νευροεπιστήμη έχει λειτουργήσει σε ένα παραδοσιακό ερευνητικό μοντέλο επιστήμης: Τα μεμονωμένα εργαστήρια λειτουργούν μόνα τους, εστιάζοντας συνήθως σε μία ή μερικές περιοχές του εγκεφάλου. Αυτό καθιστά δύσκολο για οποιονδήποτε ερευνητή να ερμηνεύει δεδομένα που συλλέγονται από άλλο εργαστήριο, επειδή όλοι έχουμε μικρές διαφορές στον τρόπο διεξαγωγής πειραμάτων.

Οι νευροεπιστήμονες που μελετούν τη λήψη αποφάσεων δημιουργούν για παράδειγμα διάφορα είδη παιχνιδιών για να παίζουν τα ζώα και συλλέγουμε δεδομένα για το τι συμβαίνει στον εγκέφαλο όταν το ζώο κινείται. Όταν ο καθένας έχει διαφορετική πειραματική ρύθμιση και μεθοδολογία, δεν μπορούμε να καθορίσουμε αν τα αποτελέσματα από άλλο εργαστήριο είναι μια ένδειξη για κάτι ενδιαφέρον που συμβαίνει πραγματικά στον εγκέφαλο ή απλώς ένα υποπροϊόν διαφορών εξοπλισμού.

Η πρωτοβουλία BRAIN, που ξεκίνησε η διοίκηση Ομπάμα το 2013, άρχισε να ενθαρρύνει το είδος συνεργασίας που χρειάζεται η νευροεπιστήμη. Νομίζω ότι δεν έχει προχωρήσει αρκετά. Έτσι ίδρυσα ένα έργο που ονομάζεται Διεθνές εργαστήριο εγκεφάλου -ένα εικονικό μεγάλο εργαστήριο που αποτελείται από πολλά εργαστήρια σε διαφορετικά ιδρύματα-για να δείξει ότι η παροιμία «μόνοι πάμε γρήγορα, μαζί πηγαίνουμε μακριά» ισχύει για τη νευροεπιστήμη. Το πρώτο ερώτημα που αντιμετωπίζει η συνεργασία εστιάζεται στη λήψη αποφάσεων από τον εγκέφαλο.

Η ομάδα αποφάσεων του εγκεφάλου

Μεμονωμένα εργαστήρια νευροεπιστήμης έχουν ήδη ανακαλύψει πολλά για το πώς συμβάλλουν συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου στη λήψη αποφάσεων.

Ας πούμε ότι επιλέγετε ανάμεσα σε ένα μήλο ή ένα κομμάτι κέικ για γεύμα. Πρώτον, πρέπει να γνωρίζετε ότι τα μήλα και το κέικ είναι οι δύο επιλογές. Αυτό απαιτεί δράση από περιοχές του εγκεφάλου που επεξεργάζονται αισθητηριακές πληροφορίες - τα μάτια σας βλέπουν το λαμπερό κόκκινο δέρμα του μήλου, ενώ η μύτη σας παίρνει τη γλυκιά μυρωδιά του κέικ.

Αυτές οι αισθητηριακές περιοχές συχνά συνδέονται με αυτό που ονομάζουμε περιοχές σύνδεσης. Οι ερευνητές πιστεύουν παραδοσιακά ότι παίζουν ρόλο βάζοντας διαφορετικές πληροφορίες μαζί. Συγκεντρώνοντας πληροφορίες από τα μάτια, τα αυτιά και ούτω καθεξής, οι περιοχές συσχέτισης μπορεί να δώσουν μια πιο συνεκτική, μεγάλη εικόνα για το τι συμβαίνει στον κόσμο.

Και γιατί να επιλέξετε μια δράση από την άλλη; Αυτή είναι μια ερώτηση για τον εγκέφαλο κυκλώματος ανταμοιβής, το οποίο είναι κρίσιμο σταθμίζοντας την αξία των διαφορετικών επιλογών. Γνωρίζετε ότι η τούρτα θα έχει γλυκιά νόστιμη γεύση τώρα, αλλά μπορεί να το μετανιώσετε όταν πηγαίνετε αργότερα στο γυμναστήριο.

Στη συνέχεια, υπάρχει ο μετωπικός φλοιός, ο οποίος πιστεύεται ότι παίζει α ρόλος στον έλεγχο της εθελοντικής δράσης. Η έρευνα δείχνει ότι εμπλέκεται στη δέσμευση για μια συγκεκριμένη ενέργεια μόλις φτάσουν αρκετές εισερχόμενες πληροφορίες. Είναι το μέρος του εγκεφάλου που μπορεί να σας πει ότι το κομμάτι του κέικ μυρίζει τόσο καλά που αξίζει όλες τις θερμίδες.

Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αυτές οι διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου συνήθως συνεργάζονται για τη λήψη αποφάσεων θα μπορούσε να βοηθήσει στην κατανόηση του τι συμβαίνει στους ασθενείς εγκεφάλους. Οι ασθενείς με διαταραχές όπως ο αυτισμός, η σχιζοφρένεια και η νόσος του Πάρκινσον συχνά χρησιμοποιούν αισθητηριακές πληροφορίες με ασυνήθιστο τρόπο, ειδικά εάν είναι περίπλοκες και αβέβαιες. Η έρευνα σχετικά με τη λήψη αποφάσεων μπορεί επίσης να ενημερώσει τη θεραπεία ασθενών με άλλες διαταραχές, όπως η κατάχρηση ουσιών και ο εθισμός. Πράγματι, ο εθισμός είναι ίσως ένα εξαιρετικό παράδειγμα για το πώς η λήψη αποφάσεων μπορεί να πάει πολύ λάθος.

Μια εργαστηριακή συνεργασία εξαπλώθηκε σε όλο τον κόσμο

Αυτή τη στιγμή, οι νευροεπιστήμονες λαμβάνουν πολλά στιγμιότυπα από το τι συμβαίνει σε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου όταν παίρνει μια απόφαση. Αλλά δεν συντονίζονται μεταξύ τους πολύ, οπότε αυτά τα κομμάτια από κοντινό πλάνο δεν ταιριάζουν μεταξύ τους για να μας δώσουν τη μεγάλη εικόνα λήψης αποφάσεων που χρειαζόμαστε.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο μια ομάδα από εμάς ενώθηκε για να δημιουργήσει το Διεθνές Εργαστήριο Εγκεφάλου. Με την υποστήριξη της Διεθνούς Διευκόλυνσης Συντονισμού Νευροπληροφορικής, του Wellcome Trust και του Ιδρύματος Simons (επίσης funder των The Conversation US), στοχεύουμε να δημιουργήσουμε αυτήν τη μεγάλη εικόνα σχεδιάζοντας ένα πείραμα μεγάλης κλίμακας που χρησιμοποιεί την ίδια ακριβώς προσέγγιση για να μελετήσει πολλούς διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου. Επειδή ο εγκέφαλος είναι τόσο πολύπλοκος, χρειαζόμαστε την εμπειρία πολλών διαφορετικών εργαστηρίων που το καθένα εξειδικεύεται σε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου. Χρειαζόμαστε όμως να συντονίσουν και να χρησιμοποιήσουν την ίδια προσέγγιση ώστε να μπορέσουμε να βάλουμε όλα τα διαφορετικά κομμάτια της εικόνας μαζί.

Συγκεντρώνουμε μια ομάδα 21 επιστημόνων που θα εργαστούν πολύ στενά για να καταλάβουν πώς δισεκατομμύρια νευρώνες συνεργάζονται σε έναν μόνο εγκέφαλο για τη λήψη αποφάσεων. Περίπου δώδεκα διαφορετικά εργαστήρια θα κάνουν το καθένα μέρος ενός μεγάλου πειράματος μετρώντας τη δραστηριότητα νευρώνων σε ζώα που ασχολούνται με το ίδιο ακριβώς παιχνίδι. Τα μέλη της ομάδας μας θα καταγράψουν δραστηριότητα από εκατοντάδες νευρώνες στον εγκέφαλο κάθε ζώου. Θα συλλέξουμε δεκάδες χιλιάδες νευρωνικές εγγραφές που μπορούμε να αναλύσουμε μαζί.

Φροντίστε να είναι απλή

Στις πραγματικές αποφάσεις, συνδυάζετε πολλές διαφορετικές πληροφορίες-τα αισθητήρια σας σήματα, τις εσωτερικές σας γνώσεις για το τι ανταμείβει και τι είναι επικίνδυνο. Αλλά η εφαρμογή αυτού σε εργαστηριακό πλαίσιο είναι αρκετά δύσκολη.

Ελπίζουμε να αναδημιουργήσουμε τη φυσική εμπειρία αναζήτησης ποντικιού. Στην πραγματική ζωή, υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί δρόμοι που μπορεί να ακολουθήσει ένα ζώο καθώς περιηγείται στον κόσμο αναζητώντας κάτι για φαγητό. Θέλει να βρει φαγητό, γιατί το φαγητό είναι ικανοποιητικό. Χρησιμοποιεί εισερχόμενα αισθητήρια στοιχεία, όπως, "Ω, βλέπω ένα κρίκετ εκεί έξω!" Ένα ζώο μπορεί να το συνδυάσει με τη μνήμη της ανταμοιβής, όπως, "Ξέρω ότι αυτή η περιοχή έχει πλούσιους θάμνους μούρων, το θυμάμαι από χθες, οπότε θα πάω εκεί." Ή, "Ξέρω εδώ υπήρχε μια γάτα την τελευταία φορά, οπότε καλύτερα να αποφύγω αυτήν την περιοχή."

Στο πρώτο πέρασμα, η εγκατάσταση που χρησιμοποιούμε για το International Brain Laboratory δεν φαίνεται καθόλου φυσική. Το ποντίκι διαθέτει μια μικρή συσκευή που χρησιμοποιεί για να αναφέρει αποφάσεις - είναι στην πραγματικότητα ένας τροχός από ένα σετ Lego. Για παράδειγμα, μπορεί να μάθει ότι όταν βλέπει μια εικόνα κάθετου πλέγματος και γυρίζει τον τροχό έως ότου κεντραριστεί η εικόνα, παίρνει μια ανταμοιβή. Εάν σκέφτεστε τι είναι η αναζήτηση τροφής - εξερεύνηση του περιβάλλοντος, προσπάθεια εύρεσης ανταμοιβών, χρήση αισθητηριακών σημάτων και προηγούμενων γνώσεων - αυτή η απλή δραστηριότητα του τροχού Lego αποτυπώνει την ουσία της.

Έπρεπε πραγματικά να σκεφτούμε την αντιστάθμιση ανάμεσα σε μια συμπεριφορά που ήταν αρκετά περίπλοκη για να μας δώσει γνώσεις για ενδιαφέροντες νευρικούς υπολογισμούς, και μια τέτοια που ήταν αρκετά απλή ώστε να μπορεί να εφαρμοστεί με τον ίδιο τρόπο σε πολλά διαφορετικά πειραματικά εργαστήρια. Η ισορροπία που επιτύχαμε ήταν μια διαδικασία λήψης αποφάσεων που ξεκινά απλή και γίνεται όλο και πιο περίπλοκη καθώς ένα μεμονωμένο ζώο επιτυγχάνει διαφορετικά στάδια εκπαίδευσης.

Ακόμα και στο πιο απλό, πολύ πρώιμο στάδιο που εξετάζουμε, όπου τα ζώα κάνουν εθελοντικές κινήσεις, αποφασίζουν πότε θα κάνουν μια κίνηση για να πάρουν μια ανταμοιβή. Είμαι βέβαιος ότι μπορούμε να προχωρήσουμε πολύ περισσότερο, αλλά ακόμα κι αν φτάσουμε όσο μπορούμε, οι νευρικές μετρήσεις από όλο τον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια μιας απλής συμπεριφοράς όπως αυτή θα είναι πολύ ενδιαφέρουσα. Δεν γνωρίζουμε πώς συμβαίνει στον εγκέφαλο να αποφασίζετε πότε θα κάνετε μια συγκεκριμένη ενέργεια και πώς θα εκτελέσετε αυτήν την ενέργεια. Το να έχουμε νευρικές μετρήσεις από όλο τον εγκέφαλο για το τι συνέβη λίγο πριν το ζώο αποφασίσει αυθόρμητα να πάει και να πάρει μια ανταμοιβή θα είναι ένα τεράστιο βήμα μπροστά.

Σχετικά με το Συγγραφέας

Anne Churchland, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Νευροεπιστήμης, Cold Spring Harbor Laboratory

Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στις Η Συνομιλία. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Σχετικά βιβλία

at InnerSelf Market και Amazon