Ένα επιστημονικό εγχείρημα χωρίς προηγούμενο έρχεται να ανατρέψει θεμελιωμένες αντιλήψεις για τον τρόπο που ο εγκέφαλος παίρνει αποφάσεις. Δώδεκα εργαστήρια σε Ευρώπη και ΗΠΑ συνεργάστηκαν στο πλαίσιο του International Brain Laboratory (IBL), δημιουργώντας τον πρώτο λεπτομερή χάρτη δραστηριότητας σχεδόν ολόκληρου εγκεφάλου θηλαστικού.
Τα αποτελέσματα, δημοσιευμένα σε δύο άρθρα στο περιοδικό Nature, βασίζονται σε δεδομένα από περισσότερα από 600.000 εγκεφαλικά κύτταρα ποντικών και δείχνουν ότι η διαδικασία της απόφασης εμπλέκει πολύ περισσότερες περιοχές του εγκεφάλου απ’ ό,τι πιστεύαμε μέχρι σήμερα.
Ο Matteo Carandini, νευροεπιστήμονας στο University College London και μέλος του IBL, εξηγεί ότι το πρόβλημα με τις παλαιότερες έρευνες ήταν η αποσπασματικότητα. Κάθε εργαστήριο δούλευε με διαφορετικά ποντίκια, εφάρμοζε ελαφρώς διαφορετικά πειράματα και όριζε με τον δικό του τρόπο τα όρια κάθε εγκεφαλικής περιοχής. Το αποτέλεσμα ήταν τα δεδομένα να μην μπορούν να συγκριθούν αξιόπιστα.
Για να ξεπεραστεί αυτό το εμπόδιο, το IBL σχεδίασε ένα κοινό πείραμα, αναπαράξιμο σε κάθε εργαστήριο, με προκαθορισμένες μεθόδους ανάλυσης. Συνολικά 139 ποντίκια εφοδιάστηκαν με ειδικούς ανιχνευτές Neuropixels, ικανούς να καταγράφουν έως και 1.000 νευρώνες ταυτόχρονα. Το πείραμα ήταν απλό: στην οθόνη εμφανιζόταν ένα ασπρόμαυρο μοτίβο είτε δεξιά είτε αριστερά και τα ποντίκια έπρεπε να γυρίσουν έναν μικρό τροχό προς την ίδια κατεύθυνση για να κερδίσουν επιβράβευση.
Με βάση τα μέχρι τώρα εγχειρίδια νευροεπιστήμης, η αλληλουχία που θα περίμενε κανείς ήταν σαφής: πρώτα ενεργοποιείται ο οπτικός φλοιός, στη συνέχεια περιοχές όπως ο προμετωπιαίος φλοιός που σχετίζονται με αφηρημένη σκέψη, μετά η πρόσβαση σε μνήμες και, τέλος, η ενεργοποίηση των κινητικών κέντρων. Όμως τα δεδομένα έδειξαν μια πιο σύνθετη εικόνα.
Η αρχική ενεργοποίηση πράγματι εντοπίστηκε στον οπτικό φλοιό. Όμως σήματα που σχετίζονταν με αποφάσεις ή με προηγούμενες εμπειρίες καταγράφηκαν σε πολύ περισσότερες περιοχές απ’ ό,τι είχε ποτέ φανταστεί η επιστήμη. Η δραστηριότητα ήταν τόσο εκτεταμένη που οι ερευνητές μπορούσαν να προβλέψουν αν το ποντίκι θα λάμβανε ανταμοιβή απλώς αναλύοντας τη συνολική εικόνα του εγκεφάλου.
Σε ορισμένες δοκιμές, το οπτικό ερέθισμα ήταν τόσο αχνό που τα ποντίκια έπρεπε ουσιαστικά να μαντέψουν. Εκεί αποδείχτηκε ότι οι αποφάσεις βασίζονταν σε προηγούμενα μοτίβα εμπειριών. Το δεύτερο άρθρο στο Nature εστίασε ακριβώς σε αυτή τη διαδικασία: πώς οι αναμνήσεις από παλαιότερες δοκιμές κατεύθυναν τις μαντεψιές. Και εδώ, η σχετική εγκεφαλική δραστηριότητα απλωνόταν πολύ ευρύτερα από το αναμενόμενο.
Ο Federico Turkheimer, νευροεπιστήμονας στο King’s College London, τόνισε ότι το έργο αυτό αντιμετώπισε ένα από τα πιο επίμονα προβλήματα του κλάδου: πώς οι διαφορές στη δομή και λειτουργία του εγκεφάλου αντιστοιχούν σε διαφορές στη συμπεριφορά. Το επίτευγμα του IBL ήταν η ενοποίηση μεθόδων σε κλίμακα που κανένα μεμονωμένο εργαστήριο δεν θα μπορούσε να διαχειριστεί.
Η σύγκριση που χρησιμοποιεί ο Carandini είναι χαρακτηριστική. Η προηγούμενη έρευνα μοιάζει, λέει, με αστρονόμους που κοιτούν διαφορετικούς γαλαξίες με διαφορετικά τηλεσκόπια και βγάζουν αντιφατικά συμπεράσματα. Το νέο πρόγραμμα είναι σαν να έχουμε για πρώτη φορά ένα τηλεσκόπιο που δείχνει ολόκληρο τον ουρανό με λεπτομέρεια.
Το εύρος του εγχειρήματος θυμίζει τις διεθνείς συνεργασίες στη φυσική σωματιδίων στο CERN ή το Human Genome Project στη βιολογία. Και, όπως σε εκείνα τα παραδείγματα, η τεχνολογική πρόοδος έπαιξε καθοριστικό ρόλο: οι ανιχνευτές Neuropixels και οι νέες υπολογιστικές μέθοδοι έκαναν εφικτό κάτι που μέχρι πριν λίγα χρόνια έμοιαζε αδύνατο.
Παρόλα αυτά, οι συγγραφείς των μελετών διευκρινίζουν ότι τα ευρήματα είναι συσχετιστικά. Δηλαδή, γνωρίζουμε ποιες περιοχές ενεργοποιούνται, αλλά όχι αν η δραστηριότητα αυτή προκαλεί την απόφαση ή απλώς συμβαδίζει με αυτήν. «Η επόμενη πρόκληση είναι να εισαγάγουμε την έννοια της αιτιότητας στη μελέτη», λέει ο Carandini.
Η σημασία του χάρτη αυτού δεν περιορίζεται στην κατανόηση της λήψης αποφάσεων, αλλά ανοίγει τον δρόμο για να μελετηθούν με ενιαίο και συγκρίσιμο τρόπο πλήθος άλλων σύνθετων γνωστικών λειτουργιών.
[via]
