Ο εγκέφαλος έχει μια μοναδική ικανότητα: μπορεί να αποσπάται εύκολα, αλλά και να επανέρχεται με ακρίβεια σε αυτό που κάνει. Ερευνητές του Picower Institute for Learning and Memory στο MIT αποκάλυψαν έναν απροσδόκητο μηχανισμό που φαίνεται να επιτρέπει αυτή την επιστροφή στην εστίαση. Όπως δείχνει νέα μελέτη, κύματα εγκεφαλικής δραστηριότητας που «περιστρέφονται» συγχρονισμένα μέσα στον φλοιό λειτουργούν σαν ένα είδος βιολογικού μετρονόμου που επαναφέρει τη σκέψη στον σωστό δρόμο μετά από μια απόσπαση.
Η έρευνα, με επικεφαλής τον Tamal Batabyal και τον Earl K. Miller –καθηγητή στο Picower Institute και στο Department of Brain and Cognitive Sciences του MIT– δημοσιεύτηκε στο Journal of Cognitive Neuroscience στις 3 Νοεμβρίου. Οι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι τα λεγόμενα περιστρεφόμενα εγκεφαλικά κύματα δρουν σαν «καθοδηγητές» που επαναφέρουν τον εγκέφαλο στη σωστή πορεία σκέψης. Όπως το έθεσε ο Miller, «τα κύματα αυτά λειτουργούν σαν βοσκοί που μαζεύουν το κοπάδι της νευρωνικής δραστηριότητας όταν έχει διασκορπιστεί».
Η ομάδα διεξήγαγε πειράματα σε ζώα που εκτελούσαν μια οπτική δοκιμασία μνήμης, ενώ εκτίθεντο σε δύο τύπους περισπασμών. Όπως ήταν αναμενόμενο, οι αποσπάσεις μείωναν την απόδοση, προκαλώντας καθυστερημένες αντιδράσεις ή λάθη. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών, οι επιστήμονες κατέγραφαν ηλεκτρικά σήματα από εκατοντάδες νευρώνες στον προμετωπιαίο φλοιό, την περιοχή που συνδέεται με τη λήψη αποφάσεων, την προσοχή και τις ανώτερες γνωστικές λειτουργίες.
Για να αναλύσουν πώς μεταβαλλόταν αυτή η δραστηριότητα με τον χρόνο, η ομάδα χρησιμοποίησε μια μαθηματική τεχνική που ονομάζεται subspace coding. Η μέθοδος αυτή επιτρέπει στους ερευνητές να χαρτογραφήσουν πώς συνεργάζονται μεγάλες ομάδες νευρώνων, δημιουργώντας ένα είδος «γεωμετρικού χορού» της σκέψης. Ο Miller παρομοίασε αυτό το φαινόμενο με ένα σμήνος πουλιών που πετά συντονισμένα στον ουρανό.
Μετά από κάθε απόσπαση, οι επιστήμονες παρατήρησαν μια χαρακτηριστική περιστροφική κίνηση μέσα σε αυτό το υποχώρο δραστηριότητας: οι νευρώνες έμοιαζαν να επιστρέφουν σταδιακά στον αρχικό ρυθμό τους, όπως τα πουλιά που ξαναβρίσκουν τον σχηματισμό τους μετά από διασπορά. Αυτή η περιστροφή, όπως αποδείχθηκε, δεν ήταν τυχαία, αλλά αποτελούσε το σημάδι ότι ο εγκέφαλος ανακτούσε τον συντονισμό του.
Όταν η περιστροφή ολοκληρωνόταν πλήρως, τα ζώα εκτελούσαν σωστά το έργο. Όταν όμως η κίνηση παρέμενε ατελής –περίπου 30 μοίρες μικρότερη– τα λάθη αυξάνονταν και ο ρυθμός επανόδου ήταν πιο αργός. Ουσιαστικά, ο βαθμός της «περιστροφής» προέβλεπε πόσο καλά θα επανερχόταν η προσοχή.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι ο εγκέφαλος χρειαζόταν χρόνο για να ολοκληρώσει αυτή τη μαθηματική περιστροφή. Όσο περισσότερο διάστημα μεσολαβούσε ανάμεσα στην απόσπαση και την επόμενη ενέργεια, τόσο πιο ομαλή ήταν η ανάκαμψη. Με άλλα λόγια, η προσοχή δεν επιστρέφει στιγμιαία, αλλά χρειάζεται έναν φυσικό ρυθμό αποκατάστασης, σαν να κάνει ένα πλήρες «κύκλο» πριν επανέλθει στην εστίαση.
Ενδιαφέρον είναι ότι οι περιστροφές αυτές εμφανίστηκαν μόνο όταν υπήρχε κάποια απόσπαση. Σε περιπτώσεις χωρίς διακοπή, ο εγκέφαλος δεν έδειχνε το ίδιο μοτίβο. Αυτό υποδηλώνει πως ο μηχανισμός ενεργοποιείται ειδικά για να βοηθήσει τον νου να ξαναβρεί τη συγκέντρωσή του μετά από διατάραξη.
Η ομάδα προχώρησε ένα βήμα παραπέρα, εξετάζοντας αν οι μαθηματικές αυτές περιστροφές αντιστοιχούν σε πραγματικά φυσικά φαινόμενα μέσα στον εγκέφαλο. Αναλύοντας άμεσα τις νευρικές εκκενώσεις, οι επιστήμονες εντόπισαν ότι η δραστηριότητα όντως σχηματίζει ένα πραγματικό κύμα που ταξιδεύει κυκλικά στην επιφάνεια του εγκεφαλικού φλοιού. Το εντυπωσιακό είναι πως η ταχύτητα αυτής της φυσικής περιστροφής ταυτιζόταν με εκείνη της μαθηματικής αναπαράστασης στο subspace coding.
«Δεν υπήρχε κανένας λόγος να πιστεύουμε ότι μια μαθηματική περιστροφή θα αντικατοπτριζόταν και φυσικά στην επιφάνεια του εγκεφάλου — αλλά συμβαίνει», σχολιάζει ο Miller. «Αυτό μας οδηγεί να σκεφτούμε ότι ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί κυριολεκτικά αυτά τα κυλιόμενα κύματα για να υπολογίζει, με έναν τρόπο πιο αναλογικό παρά ψηφιακό. Οι βιολογικές διεργασίες προτιμούν την ενεργειακή αποδοτικότητα, και η αναλογική υπολογιστική είναι πολύ πιο φιλική προς την ενέργεια από τη ψηφιακή».
Η ανακάλυψη αυτή ανοίγει νέες προοπτικές για την κατανόηση της προσοχής, της μνήμης και της γνωστικής ευελιξίας. Αν ο εγκέφαλος πράγματι βασίζεται σε τέτοια «αναλογικά κύματα» για να οργανώνει τη σκέψη, τότε η επιστήμη μπορεί να βρίσκεται ένα βήμα πιο κοντά στο να κατανοήσει πώς η συνείδηση μεταβαίνει από τη διάσπαση στη συγκέντρωση και ίσως, στο μέλλον, να αναπτύξει τρόπους να ενισχύσει αυτή τη φυσική ικανότητα.
[source]
