Una din marile enigme ale neurologiei este modul în care creierul codifică gânduri, percepţii şi amintiri la nivel celular. Unele dovezi sugerează că ansambluri de neuroni constituie fiecare informaţie, dar nimeni nu ştie cum arată acestea sau cum se formează.
Un nou studiu al cercetătorilor de la MIT şi de la Universitatea din Boston clarifică felul în care ansamblurile neuronale formează gânduri şi sprijină flexibilitatea în schimbare a minţii umane.
Undele cerebrale codifică reguli comportamentale. Fluctuaţiile în activitatea electrică probabil permit creierului şi să îşi formeze gânduri şi amintiri.
Echipa de cercetători condusă de Earl Miller, profesor de neurologie la institutul Picower, MIT, a identificat grupuri de neuroni care codifică reguli de comportament specifice oscilând sincronic unele cu altele.
Rezultatele sugerează că natura gândului conştient poate fi ritmică, potrivit cercetătorilor, care au publicat aceste descoperiri în numărul 21 din noiembrie al publicaţiei Neuron.
“În timp ce vorbim, gândurile intră şi ies din minţile noastre. Toate acestea sunt ansambluri care se formează pentru ca mai apoi să se reconfigureze în altceva. Este un mister cum face creierul acest lucru“, a spus Miller, care este şi membru al Institutului Picower pentru Învăţare şi Memorie din cadrul MIT. “Aceasta este problema fundamentală despre care vorbim – natura însăşi a gândului!”
Reguli de comportament
Cercetătorii au identificat două ansambluri neuronale în creierul maimuţelor antrenate să reacţioneze la obiecte în funcţie de culoarea sau de orientarea acestora. Această sarcină necesită flexibilitate cognitivă – capacitatea de comutare între două seturi distincte de norme de comportament.
“Efectiv, ceea ce fac este să se concentreze pe anumite segmente de informaţii şi să ignore altele. Comportamentul adoptat depinde de context,” a spus Tim Buschman, unul dintre coordonatorii lucrării de cercetare şi postdoctorand la MIT.
Pe măsură ce animalele schimbau sarcinile, cercetătorii măsurau undele cerebrale produse în locaţii diferite, de-a lungul cortexului prefrontal, locul unde au loc cel mai mult procesele de planificare şi de gândire. Aceste unde sunt generate de fluctuaţiile ritmice ale activităţii electrice a neuronilor.
Atunci când animalele răspundeau la obiecte bazate pe orientare, cercetătorii au descoperit că anumiţi neuroni oscilau la frecvenţe înalte care produc aşa-numitele unde beta. Când regula cerută era culoarea, un ansamblu diferit de neuroni oscilau în frecvenţe beta. Unii neuroni se suprapuneau aparţinând mai multor grupuri, dar fiecare ansamblu avea modelul său distinct.
Interesant este că cercetătorii au observat şi oscilaţiile în frecvenţe joase din gama alfa printre neuronii care configurează ansamblul regulii de orientare, dar numai atunci când se aplica şi regula culorii. Ei sunt deci de părere că undele alfa, care au fost asociate cu suprimarea activităţii creierului, contribuie la liniştirea neuronilor care declanşează regula orientării.
“Acest fapt sugerează că orientarea a fost dominantă, iar culoarea mai slabă. Creierul a aruncat această explozie de unde alfa înspre ansamblul de orientare pentru a-l ”reduce la tăcere”, astfel încât animalul să poată folosi ansamblul mai slab,” a spus Miller.
Noile descoperiri ar putea explica modul cum poate crea creierul orice răspuns comportamental adecvat la nenumăratele combinaţii de stimuli posibile, precum şi regulile şi acţiunile necesare,” este de părere Pascal Fries, director la Institutul Strungmann Ernst de Neuroştiinţe din Germania.
”Am putea compune probabil ”din zbor” ansamblul neuronal corespunzător prin sincronizare,” a mai spus Fries, care nu a făcut parte direct din echipa de cercetare. ”Numărul posibilităţilor combinatorii este enorm, la fel ca şi combinaţiile posibile ale celor 10 taste de la un telefon.”
Un alt coordonator al studiului este şi Eric Denovellis, absolvent al Universităţii Boston. Printre autori se mai numără şi Cinira Diogo, fostă postdoctorandă a Institutului Picower, cât şi Daniel Bullock, profesor în domeniul sistemelor neuronale cognitive de la Universitatea Boston.
Oscilaţia drept conştiinţă
Cercetătorii încearcă în prezent să îşi dea seama cum îşi coordonează activitatea aceste ansambluri neuronale pe măsură ce creierul comută înainte şi înapoi între diferitele norme, sau gânduri. Unii neurologi au teoretizat că structurile profunde ale creierului, cum ar fi talamusul, se ocupă cu această coordonare, dar nimeni nu ştie sigur. Miller susţine că: ”Rămâne unul dintre cele mai mari mistere ale cunoaşterii ce anume ne controlează gândurile”.
Acest studiu ar putea ajuta, de asemenea, la descoperirea bazei neuronale a conştiinţei.
”Cea mai fundamentală caracteristică a conştiinţei este capacitatea sa limitată. Avem posibilitatea de a reţine la un loc în minte, un număr foarte limitat de gânduri în acelaşi timp”, este de părere Miller. Aceste oscilaţii pot explica de ce se întâmplă astfel. Studii anterioare au arătat că atunci când un animal are două gânduri în minte, două ansambluri diferite oscilează în frecvenţe beta, defazate unul de celălalt.
“Aceasta ne sugerează imediat că există o capacitate limitată a conştiinţei: numai cu atâtea mingi se poate jongla în aer în acelaşi timp, numai o capacitate limitată de informaţii se potriveşte într-un singur ciclu oscilatoriu,” a spus Miller. Întreruperile acestor oscilaţii pot fi răspunzătoare pentru tulburări neurologice, cum ar fi schizofrenia; studiile au arătat că pacienţii care suferă de schizofrenie au oscilaţii beta reduse.
Studiul a fost finanţat de Fundaţia naţională de Ştiinţă şi de Institutul Naţional de Sănătate Mintală.
Traducere realizată de Daniela Albu după Brain waves encode rules for behavior.
