Μια μικρή αλλά καθοριστική περιοχή του εγκεφάλου, η αποκαλούμενη κοιλιακή τμηματική ζώνη (VTA), φαίνεται να επιτελεί έναν πολύ πιο πολύπλοκο ρόλο από ό,τι πιστευόταν μέχρι πρόσφατα. Νευροεπιστήμονες από τα πανεπιστήμια της Γενεύης (UNIGE), του Harvard και του McGill αποκάλυψαν, σε συνεργασία με ειδικούς στην τεχνητή νοημοσύνη, ότι οι νευρώνες της VTA δεν περιορίζονται απλώς στην πρόβλεψη πιθανών ανταμοιβών, αλλά γνωρίζουν και πότε ακριβώς αυτές αναμένονται.
Η ανακάλυψη αυτή, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, επιβεβαιώνει πως ο εγκέφαλος διαθέτει μια εντυπωσιακά ακριβή εσωτερική «χρονομέτρηση της ντοπαμίνης». Μέσω ενός αλγορίθμου μηχανικής μάθησης, οι ερευνητές έδειξαν ότι η συγκεκριμένη περιοχή του εγκεφάλου, γνωστή για την παραγωγή της ντοπαμίνης, ενός νευροδιαβιβαστή άμεσα συνδεδεμένου με την ανταμοιβή και τα κίνητρα, κάνει πολύ περισσότερα από το να «φωτογραφίζει» μια ευχάριστη εμπειρία.
Όπως εξηγεί ο Alexandre Pouget, καθηγητής στο Τμήμα Βασικών Νευροεπιστημών της Ιατρικής Σχολής του UNIGE, η VTA είχε ερμηνευτεί αρχικά ως το «κέντρο της ανταμοιβής» στον εγκέφαλο. Από τη δεκαετία του 1990, ωστόσο, είχε γίνει κατανοητό ότι στην πραγματικότητα δεν κωδικοποιεί την ανταμοιβή αυτή καθαυτή, αλλά την πρόβλεψή της. Σε πειράματα με ζώα, όταν ένα φωτεινό σήμα προηγούνταν σταθερά μιας ανταμοιβής, η απελευθέρωση ντοπαμίνης από τη VTA μετατοπιζόταν σταδιακά από τη στιγμή της ανταμοιβής στο χρονικό σημείο εμφάνισης του σήματος. Με άλλα λόγια, ο εγκέφαλος μάθαινε να προβλέπει τι έρχεται, αντί να αντιδρά απλώς όταν αυτό συμβεί.
Η νέα έρευνα δείχνει ότι αυτή η λειτουργία πρόβλεψης είναι ακόμη πιο εξελιγμένη. Η VTA δεν υπολογίζει απλώς την πιθανότητα μιας μελλοντικής ανταμοιβής, αλλά καταγράφει και τη χρονική της τοποθέτηση. Κάθε ενδεχόμενη ανταμοιβή κωδικοποιείται ξεχωριστά, με τον εγκέφαλο να γνωρίζει πότε ακριβώς να την περιμένει, σε λίγα δευτερόλεπτα, σε ένα λεπτό ή και ακόμα αργότερα. Μάλιστα, διαφορετικοί νευρώνες φαίνεται να εξειδικεύονται σε διαφορετικά χρονικά πλαίσια, επιτρέποντας στο σύστημα μάθησης του εγκεφάλου να προσαρμόζεται σε βραχυπρόθεσμους ή μακροπρόθεσμους στόχους, ανάλογα με τις ανάγκες και τις επιθυμίες του ατόμου.
Αυτή η πιο ακριβής, χρονικά διαφοροποιημένη κωδικοποίηση είναι που δίνει στο σύστημα μάθησης του εγκεφάλου την ικανότητα να αναγνωρίζει πότε αξίζει να επιλέξει την άμεση ικανοποίηση και πότε να περιμένει για κάτι καλύτερο στο μέλλον. Το παλιό ρητό «κάλιο πέντε και στο χέρι» αποκτά τώρα επιστημονική υποστήριξη και εντυπωσιακή πολυπλοκότητα.
Η συνεργασία μεταξύ των ομάδων του Alexandre Pouget, του Naoshige Uchida από το Harvard και του Paul Masset από το McGill στηρίχτηκε σε έναν διάλογο μεταξύ τεχνητής νοημοσύνης και βιολογίας. Ο Pouget ανέπτυξε έναν μαθηματικό αλγόριθμο που υπολογίζει τη χρονική κατανομή των ανταμοιβών, ενώ οι ερευνητές από το Harvard συνέλεξαν εκτενή νευροφυσιολογικά δεδομένα από ζώα που συμμετείχαν σε πειράματα με ανταμοιβές. Όταν τα δεδομένα αυτά συνδυάστηκαν με τον αλγόριθμο, τα αποτελέσματα ταίριαξαν πλήρως, επιβεβαιώνοντας τη θεωρητική πρόβλεψη.
Η έρευνα αυτή υπογραμμίζει μια σημαντική αλήθεια: αν και η τεχνητή νοημοσύνη εμπνέεται από τη λειτουργία του εγκεφάλου, μπορεί επίσης να αποδειχθεί πολύτιμο εργαλείο για την αποκωδικοποίηση της βιολογίας του. Σε έναν κόσμο όπου η τεχνολογία και η επιστήμη του νου συναντιούνται, το ανθρώπινο μυαλό αποδεικνύεται πιο ακριβές, ευέλικτο και προνοητικό απ’ όσο φανταζόμασταν.
[via]
