Νοητική προσομοίωση: Τι συμβαίνει στον εγκέφαλό μας όταν κάνουμε σχέδια;

Νοητική προσομοίωση: Ενώ είναι κεντρική για το πώς σχεδιάζουμε και παίρνουμε αποφάσεις στην καθημερινή ζωή, το πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος για να το πετύχει αυτό δεν είναι καλά κατανοητό.

Σταματώντας να σκεφτούμε πριν λάβουμε μια σημαντική απόφαση, μπορούμε να φανταστούμε τα πιθανά αποτελέσματα διαφορετικών επιλογών που θα μπορούσαμε να κάνουμε. Ενώ αυτή η «νοητική προσομοίωση» είναι κεντρική για το πώς σχεδιάζουμε και παίρνουμε αποφάσεις στην καθημερινή ζωή, το πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος για να το πετύχει αυτό δεν είναι καλά κατανοητό.

Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων έχει τώρα αποκαλύψει νευρικούς μηχανισμούς που χρησιμοποιούνται στον προγραμματισμό. Τα αποτελέσματά του, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Neuroscience, υποδηλώνουν ότι μια αλληλεπίδραση μεταξύ του προμετωπιαίου φλοιού του εγκεφάλου και του ιππόκαμπου μας επιτρέπει να φανταστούμε μελλοντικά αποτελέσματα προκειμένου να καθοδηγήσουμε τις αποφάσεις μας.

«Ο προμετωπιαίος φλοιός λειτουργεί ως «προσομοιωτής», δοκιμάζοντας διανοητικά πιθανές ενέργειες χρησιμοποιώντας έναν γνωστικό χάρτη που είναι αποθηκευμένος στον ιππόκαμπο», εξηγεί ο Marcelo Mattar, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Ψυχολογίας του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης και ένας από τους συγγραφείς της εργασίας.

“Αυτή η έρευνα ρίχνει φως στους νευρικούς και γνωστικούς μηχανισμούς του προγραμματισμού – ένα βασικό συστατικό της ανθρώπινης και ζωικής νοημοσύνης. Μια βαθύτερη κατανόηση αυτών των μηχανισμών του εγκεφάλου θα μπορούσε τελικά να βελτιώσει τη θεραπεία διαταραχών που επηρεάζουν τις ικανότητες λήψης αποφάσεων.”

Οι ρόλοι τόσο του προμετωπιαίου φλοιού—που χρησιμοποιείται στον προγραμματισμό και στη λήψη αποφάσεων— όσο και του ιππόκαμπου—που χρησιμοποιείται στον σχηματισμό και την αποθήκευση της μνήμης— έχουν καθιερωθεί εδώ και καιρό. Ωστόσο, τα συγκεκριμένα καθήκοντά τους στη διαβουλευτική λήψη αποφάσεων, που είναι οι τύποι αποφάσεων που απαιτούν από εμάς να σκεφτούμε πριν δράσουμε, είναι λιγότερο σαφείς.

Για να φωτίσουν τους νευρικούς μηχανισμούς σχεδιασμού, ο Mattar και οι συνάδελφοί του -Kristopher Jensen, υπολογιστικός νευροεπιστήμονας στο University College του Λονδίνου και Guillaume Hennequin, καθηγητής υπολογιστικής νευροεπιστήμης στο Πανεπιστήμιο του Cambridge- ανέπτυξαν ένα υπολογιστικό μοντέλο για την πρόβλεψη της εγκεφαλικής δραστηριότητας κατά τον προγραμματισμό. Στη συνέχεια ανέλυσαν δεδομένα τόσο από ανθρώπους όσο και από εργαστηριακούς αρουραίους για να επιβεβαιώσουν την εγκυρότητα του μοντέλου – ένα επαναλαμβανόμενο νευρωνικό δίκτυο (RNN), το οποίο μαθαίνει μοτίβα με βάση τις εισερχόμενες πληροφορίες.

Το μοντέλο έλαβε υπόψη την υπάρχουσα γνώση του σχεδιασμού και πρόσθεσε νέα επίπεδα πολυπλοκότητας, συμπεριλαμβανομένων των «φαντασιακών ενεργειών», καταγράφοντας έτσι πώς η λήψη αποφάσεων περιλαμβάνει τη στάθμιση του αντίκτυπου των πιθανών επιλογών – παρόμοιο με το πώς ένας σκακιστής οραματίζεται ακολουθίες κινήσεων προτού δεσμευτεί σε μία . Αυτές οι νοητικές προσομοιώσεις πιθανών μελλοντικών, που διαμορφώνονται ως αλληλεπιδράσεις μεταξύ του προμετωπιαίου φλοιού και του ιππόκαμπου, μας επιτρέπουν να προσαρμοστούμε γρήγορα σε νέα περιβάλλοντα, όπως η παράκαμψη αφού διαπιστώσουμε ότι ένας δρόμος είναι αποκλεισμένος.

Οι επιστήμονες επικύρωσαν αυτό το υπολογιστικό μοντέλο χρησιμοποιώντας δεδομένα συμπεριφοράς και νευρωνικά δεδομένα. Για να αξιολογήσουν την ικανότητα του μοντέλου να προβλέπει τη συμπεριφορά, οι επιστήμονες διεξήγαγαν ένα νέο πείραμα που μέτρησε τον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι περιηγήθηκαν σε έναν διαδικτυακό λαβύρινθο σε μια οθόνη υπολογιστή και πόσο καιρό έπρεπε να σκεφτούν πριν από κάθε βήμα.

Για να επικυρώσουν τις προβλέψεις του μοντέλου σχετικά με τον ρόλο του ιππόκαμπου στο σχεδιασμό, ανέλυσαν νευρωνικές καταγραφές από τρωκτικά που περιηγούνταν σε έναν φυσικό λαβύρινθο που είχε διαμορφωθεί με τον ίδιο τρόπο όπως στο ανθρώπινο πείραμα. Δίνοντας ένα παρόμοιο έργο σε ανθρώπους και αρουραίους, οι ερευνητές θα μπορούσαν να κάνουν παραλληλισμούς μεταξύ των δεδομένων συμπεριφοράς και των νευρικών δεδομένων – μια ιδιαίτερα καινοτόμος πτυχή αυτής της έρευνας.

Τα πειραματικά αποτελέσματα ήταν συνεπή με το υπολογιστικό μοντέλο, δείχνοντας μια περίπλοκη αλληλεπίδραση μεταξύ του προμετωπιαίου φλοιού και του ιππόκαμπου. Στα πειράματα με ανθρώπους, η εγκεφαλική δραστηριότητα των συμμετεχόντων αντανακλούσε περισσότερο χρόνο σκέψης πριν ενεργήσουν στην πλοήγηση στο λαβύρινθο. Στα πειράματα με εργαστηριακούς αρουραίους, οι νευρικές αποκρίσεις των ζώων κατά την κίνηση μέσα στο λαβύρινθο έμοιαζαν με τις προσομοιώσεις του μοντέλου.

«Συνολικά, αυτή η εργασία παρέχει θεμελιώδεις γνώσεις για το πώς αυτά τα κυκλώματα του εγκεφάλου μας επιτρέπουν να σκεφτόμαστε πριν ενεργήσουμε για να πάρουμε καλύτερες αποφάσεις», παρατηρεί ο Mattar. «Επιπλέον, μια μέθοδος στην οποία οι συμμετέχοντες σε πειραματισμούς σε ανθρώπους και ζώα και οι RNN εκπαιδεύτηκαν όλοι για να εκτελούν την ίδια εργασία προσφέρει έναν καινοτόμο και θεμελιώδη τρόπο για να αποκτήσουμε γνώσεις για συμπεριφορές».

Συνήθεις διαταραχές υγείας που ίσως υποδηλώνουν άνοια

Οι αρχαίοι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν χειρουργική επέμβαση για τη θεραπεία του καρκίνου του εγκεφάλου;

Μπορεί πραγματικά να αντιστραφεί το Αλτσχάιμερ;

Πώς βοηθά η μουσικοθεραπεία τους επιζώντες από εγκεφαλικό να ανακτήσουν τη χαμένη ομιλία τους;