Wiemy dużo, ale nie dość, o tym, jak wszystkie trybiki do siebie pasują. Piyushgiri Revagar, CC BY-NC-ND

Decyzje obejmują szeroki zakres złożoności. Są naprawdę proste: Czy do lunchu mam ochotę na jabłko czy kawałek ciasta? Są też znacznie bardziej skomplikowane: jaki samochód kupić lub jaką karierę wybrać?

Neuronaukowcy tacy jak ja zidentyfikowali niektóre z poszczególnych części mózgu, które przyczyniają się do podejmowania takich decyzji. Różne obszary przetwarzać dźwięki, osobliwości miasta lub adekwatne wcześniejsza wiedza. Jednak zrozumienie, w jaki sposób ci indywidualni gracze współpracują ze sobą jako zespół, nadal jest wyzwaniem, nie tylko w zrozumieniu procesu decyzyjnego, ale dla całej dziedziny neuronauki.

Jednym z powodów jest to, że do tej pory neuronauka działała w tradycyjnym modelu badań naukowych: poszczególne laboratoria pracują samodzielnie, zwykle koncentrując się na jednym lub kilku obszarach mózgu. To sprawia, że ​​każdemu badaczowi trudno jest interpretować dane zebrane przez inne laboratorium, ponieważ wszyscy mamy niewielkie różnice w sposobie przeprowadzania eksperymentów.

Na przykład neuronaukowcy zajmujący się podejmowaniem decyzji stworzyli różne rodzaje gier, w które zwierzęta mogą się bawić, a my zbieramy dane na temat tego, co dzieje się w mózgu, gdy zwierzę wykonuje ruch. Kiedy każdy ma inną konfigurację eksperymentalną i metodologię, nie możemy określić, czy wyniki z innego laboratorium są wskazówką na temat czegoś interesującego, co faktycznie dzieje się w mózgu, czy tylko produktem ubocznym różnic w sprzęcie.

Inicjatywa BRAIN, którą administracja Obamy uruchomiła w 2013 roku, zaczęła zachęcać do współpracy, której potrzebuje neuronauka. Po prostu myślę, że to nie zaszło wystarczająco daleko. Współtworzyłem więc projekt o nazwie Międzynarodowe Laboratorium Mózgu – wirtualne megalaboratorium składające się z wielu laboratoriów w różnych instytucjach – aby pokazać, że przysłowie „sam idziemy szybko, razem idziemy daleko” odnosi się do neuronauki. Pierwsze pytanie, z którym ma do czynienia współpraca, skupia się na podejmowaniu decyzji przez mózg.

Zespół decyzyjny mózgu

Poszczególne laboratoria neurobiologiczne odkryły już wiele na temat wkładu poszczególnych obszarów mózgu w podejmowanie decyzji.

Załóżmy, że do lunchu wybierasz jabłko lub kawałek ciasta. Po pierwsze, musisz wiedzieć, że jabłka i ciasto to dwie opcje. Wymaga to działania obszarów mózgu, które przetwarzają informacje sensoryczne – twoje oczy widzą jaskrawoczerwoną skórkę jabłka, podczas gdy nos chłonie słodki zapach ciasta.

Te obszary sensoryczne często łączą się z tym, co nazywamy obszarami asocjacyjnymi. Naukowcy tradycyjnie uważali, że odgrywają rolę w: umieszczanie różnych informacji razem. Zestawiając informacje z oczu, uszu itd., obszary asocjacji mogą dać bardziej spójny, duży obraz tego, co dzieje się na świecie.

I po co wybierać jedno działanie zamiast drugiego? To pytanie do mózgu zespół nagród, co jest krytyczne w ważenie wartości różnych opcji. Wiesz, że teraz ciasto będzie smakowało słodko, ale możesz tego żałować, gdy pójdziesz później na siłownię.

Następnie mamy do czynienia z korą czołową, o której uważa się, że odgrywa ona rolę rola w kontrolowaniu działań dobrowolnych. Badania sugerują, że jest zaangażowany w podjęcie określonego działania, gdy nadejdzie wystarczająca ilość przychodzących informacji. To ta część mózgu, która może ci powiedzieć, że kawałek ciasta pachnie tak dobrze, że jest wart wszystkich kalorii.

Zrozumienie, w jaki sposób te różne obszary mózgu zazwyczaj współpracują ze sobą, aby podejmować decyzje, może pomóc w zrozumieniu, co dzieje się w chorym mózgu. Pacjenci z zaburzeniami takimi jak autyzm, schizofrenia i choroba Parkinsona często wykorzystują informacje sensoryczne w nietypowy sposób, zwłaszcza jeśli są one złożone i niepewne. Badania nad podejmowaniem decyzji mogą również informować o leczeniu pacjentów z innymi zaburzeniami, takimi jak nadużywanie substancji i uzależnienie. . Rzeczywiście, uzależnienie jest chyba najlepszym przykładem o tym, jak podejmowanie decyzji może pójść bardzo źle.

Współpraca laboratoryjna rozprzestrzeniła się na cały świat

W tej chwili neuronaukowcy robią wiele zbliżeń tego, co dzieje się w poszczególnych obszarach mózgu, kiedy podejmuje decyzję. Ale nie są ze sobą zbytnio koordynowane, więc te zbliżenia nie pasują do siebie, aby dać nam pełny obraz procesu podejmowania decyzji, którego potrzebujemy.

Dlatego zespół z nas połączył się, tworząc Międzynarodowe Laboratorium Mózgu. Przy wsparciu International Neuroinformatics Coordinating Facility, Wellcome Trust i Simons Foundation (również fundatora The Conversation US) staramy się stworzyć ten szeroki obraz, projektując jeden eksperyment na dużą skalę, który wykorzystuje dokładnie to samo podejście do badania wielu różne obszary mózgu. Ponieważ mózg jest tak złożony, potrzebujemy wiedzy wielu różnych laboratoriów, z których każde specjalizuje się w określonych obszarach mózgu. Ale potrzebujemy ich koordynowania i stosowania tego samego podejścia, abyśmy mogli połączyć wszystkie ich różne części obrazu.

Łączymy zespół 21 naukowców, którzy będą ściśle współpracować, aby zrozumieć, jak miliardy neuronów współpracują ze sobą w jednym mózgu, aby podejmować decyzje. Około tuzina różnych laboratoriów przeprowadzi część jednego dużego eksperymentu, mierząc aktywność neuronów u zwierząt zaangażowanych w dokładnie tę samą grę. Członkowie naszego zespołu będą rejestrować aktywność setek neuronów w mózgu każdego zwierzęcia. Zbierzemy dziesiątki tysięcy nagrań neuronowych, które będziemy mogli wspólnie analizować.

Keep it simple

W rzeczywistych decyzjach łączysz wiele różnych informacji – sygnały zmysłowe, wewnętrzną wiedzę o tym, co jest satysfakcjonujące, a co ryzykowne. Ale wdrożenie tego w kontekście laboratoryjnym jest dość trudne.

Mamy nadzieję, że uda nam się odtworzyć naturalne wrażenia z żerowania myszy. W prawdziwym życiu istnieje wiele różnych ścieżek, którymi może podążać zwierzę, gdy nawiguje po świecie w poszukiwaniu czegoś do jedzenia. Chce znaleźć pożywienie, bo jedzenie daje satysfakcję. Wykorzystuje przychodzące sygnały sensoryczne, takie jak: „Och, widzę tam świerszcza!” Zwierzę może połączyć to ze wspomnieniem nagrody, na przykład: „Wiem, że ten obszar ma bujne krzewy jagodowe, pamiętam to z wczoraj, więc pojadę tam”. Albo: „Wiem, że ostatnim razem był tu kot, więc lepiej omijam ten obszar”.

W pierwszym przejściu konfiguracja, której używamy w Międzynarodowym Laboratorium Mózgu, wcale nie wygląda zbyt naturalnie. Mysz ma małe urządzenie, które służy do raportowania decyzji – to właściwie koło z zestawu Lego. Na przykład może się nauczyć, że gdy zobaczy obraz pionowej kraty i obraca kołem, aż obraz zostanie wyśrodkowany, otrzyma nagrodę. Jeśli pomyślisz o tym, czym jest zdobywanie pożywienia – eksploracja środowiska, próba znalezienia nagrody, wykorzystanie sygnałów zmysłowych i wcześniejszej wiedzy – ta prosta czynność z kołem Lego oddaje jej istotę.

Naprawdę musieliśmy pomyśleć o kompromisie między zachowaniem, które było wystarczająco złożone, aby dać nam wgląd w interesujące obliczenia neuronowe, a takim, które było na tyle proste, że można je wdrożyć w ten sam sposób w wielu różnych laboratoriach eksperymentalnych. Równowagę, którą osiągnęliśmy, stanowiło zadanie decyzyjne, które zaczyna się proste i staje się coraz bardziej złożone, gdy pojedyncze zwierzę osiąga różne etapy treningu.

Nawet w najprostszym, najwcześniejszym etapie, na który patrzymy, kiedy zwierzęta po prostu wykonują dobrowolne ruchy, decydują, kiedy wykonać ruch, aby zebrać nagrodę. Jestem pewien, że możemy zajść znacznie dalej, ale nawet jeśli do tego dojdziemy, pomiary neuronowe z całego mózgu podczas tak prostego zachowania będą bardzo interesujące. Nie wiemy, jak to się dzieje w mózgu, kiedy decydujesz, kiedy podjąć określone działanie i jak je wykonać. Posiadanie pomiarów neuronalnych z całego mózgu tego, co wydarzyło się tuż przed tym, jak zwierzę spontanicznie zdecydowało się pójść po nagrodę, będzie ogromnym krokiem naprzód.

O autorze

Anne Churchland, profesor nadzwyczajny neuronauki, Cold Spring Harbor Laboratory

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon