Νευροεπιστήμη: Πώς ο εγκέφαλός μας βγάζει συμπεράσματα

Στη Νέα Υόρκη και το Λονδίνο ισχύουν διαφορετικοί κανόνες κυκλοφορίας. Ο εγκέφαλός μας πρέπει να αντιδράσει σε αυτό, να αφαιρέσει την υπάρχουσα γνώση και να αντλήσει κανόνες για τη νέα κατάσταση. © Columbia's Zuckerman Institute

 17/8/2024 

Τα εγκεφαλικά κύματα αποκαλύπτουν την διαδικασία μάθησης στην αφηρημένη σκέψη

Σκέψη έξω από τα συνηθισμένα πλαίσια: Αν θέλουμε να εφαρμόσουμε τις γνώσεις μας σε νέες καταστάσεις, πρέπει να σκεφτόμαστε αφηρημένα. Αν το κάνουμε αυτό, αντανακλάται σε ένα γεωμετρικό νευρωνικό μοτίβο στον εγκέφαλό μας, όπως ανακάλυψαν οι νευροεπιστήμονες. Σύμφωνα με αυτό, τα νευρικά μας κύτταρα συνεργάζονται με συντονισμένο τρόπο, σαν σχηματισμός πουλιών, για να αντλήσουμε έξυπνες αποφάσεις από την εμπειρία μας σε άγνωστες καταστάσεις. Αυτή η διαδικασία μάθησης λαμβάνει χώρα στον ιππόκαμπο, όπως αναφέρει η επιστημονική ομάδα στο «Nature».

Όταν πλοηγούμαστε στην κυκλοφορία του Λονδίνου για πρώτη φορά, πρέπει να προσαρμοστούμε στην άγνωστη κυκλοφορία στα αριστερά στη Μεγάλη Βρετανία. Αυτό απαιτεί διανοητική αντιστροφή των κανόνων οδικής κυκλοφορίας που έχετε μάθει στο παρελθόν και την εφαρμογή τους στη νέα κατάσταση. Για παράδειγμα, ως πεζοί πρέπει να κοιτάμε από την άλλη πλευρά όταν διασχίζουμε το δρόμο και ως οδηγοί πρέπει να οδηγούμε από την άλλη πλευρά.

«Για να συγκεντρωθείτε στην πλευρά του οδηγού και να μην μπείτε στην αντίθετη κυκλοφορία, απαιτείται αφαίρεση και συμπέρασμα», εξηγεί ο επικεφαλής συγγραφέας Ueli Rutishauser από το Cedars-Sinai Medical Center στο Λος Άντζελες. «Η αφαίρεση μας επιτρέπει να αγνοούμε άσχετες λεπτομέρειες και να επικεντρωνόμαστε στις πληροφορίες που χρειαζόμαστε για να δράσουμε. Το συμπέρασμα είναι η εφαρμογή της γνώσης για να κάνουμε μορφωμένες εικασίες για το περιβάλλον μας." Για να συμπεριφερόμαστε σωστά σε νέες καταστάσεις, χρειαζόμαστε λοιπόν και τις δύο γνωστικές διαδικασίες. «Και τα δύο είναι σημαντικά μέρη της σκέψης και της μάθησης», λέει ο Rutishauser.

Τι συμβαίνει στον εγκέφαλο όταν αλλάζουν οι κανόνες;

Τι συμβαίνει όμως στον εγκέφαλό μας; Μια ομάδα με επικεφαλής τον Rutishauser και τον συγγραφέα Χρήστο Κουρέλλη από το Ιατρικό Κέντρο Cedars-Sinai το διερεύνησε τώρα. Για να γίνει αυτό, οι νευροεπιστήμονες ανέλυσαν την εγκεφαλική δραστηριότητα 17 ασθενών με επιληψία που είχαν εμφυτευμένα ηλεκτρόδια στον ιππόκαμπο και σε άλλες περιοχές του εγκεφάλου για διαγνωστικούς σκοπούς. Αυτό επέτρεψε στην ομάδα να καταγράψει την απόκριση σε μεμονωμένους νευρώνες.

Ο νευρολόγος Chrystal Reed με έναν ασθενή με επιληψία στο νοσοκομείο. Οι νευροεπιστήμονες εξέτασαν την εγκεφαλική δραστηριότητα χρησιμοποιώντας εμφυτευμένα ηλεκτρόδια στον εγκέφαλο. © Cedars Sinai

Κατά τη διάρκεια των μετρήσεων, τα υποκείμενα της δοκιμής ολοκλήρωσαν μια εργασία αντιστοίχισης: Τους έδειχναν επανειλημμένα τέσσερις εικόνες - ενός ατόμου, μιας μαϊμούς, ενός αυτοκινήτου και ενός πεπονιού. Μέσω της ανατροφοδότησης, τα υποκείμενα της δοκιμής έμαθαν για ποιο από αυτά τα μοτίβα έπρεπε να πατήσουν ένα αριστερό ή το δεξί κουμπί. Ωστόσο, οι ερευνητές στη συνέχεια αντέστρεψαν τους κανόνες, έτσι ώστε το αντίθετο κουμπί ήταν το «σωστό» κουμπί - αλλά χωρίς να ενημερώσουν τα υποκείμενα της δοκιμής. Έπρεπε να μεταφέρουν τους κανόνες που είχαν μάθει προηγουμένως στη νέα κατάσταση και να βγάλουν συμπεράσματα από αυτούς.

Γεωμετρικό σχέδιο στον εγκέφαλο

Όπως ήταν αναμενόμενο, δεν αντιμετώπισαν όλα τα άτομα εξίσου καλά την αλλαγή του κανόνα. Κάποιοι μπόρεσαν να συμπεράνουν γρήγορα ποια αρχή διέπει τις εικόνες και τα κουμπιά μετά την αλλαγή, άλλοι δεν μπόρεσαν να το κάνουν.

Αυτό αντικατοπτρίστηκε και στον εγκέφαλο των υποκειμένων της δοκιμής, όπως έδειξε η αξιολόγηση των δεδομένων μέτρησης με υποστήριξη AI: μόνο όσοι ήταν σε θέση να αφαιρέσουν και να εφαρμόσουν τους κανόνες που είχαν μάθει προηγουμένως έδειξαν εντυπωσιακά γεωμετρικά μοτίβα στην εγκεφαλική τους δραστηριότητα. Διαφορετικές ομάδες νευρώνων ήταν ενεργές ταυτόχρονα και σχημάτισαν έναν οργανωμένο σχηματισμό - παρόμοιο με τα πουλιά κατά την πτήση.

Ο Courellis και οι συνεργάτες του καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι αυτοί οι νευρώνες συντονίζονται με αυτόν τον τρόπο προκειμένου να είναι σε θέση να επεξεργαστούν τις πληροφορίες που είναι απαραίτητες για την εργασία και να τις εφαρμόσουν στη νέα κατάσταση. Το νευρωνικό πρότυπο είναι επομένως θεμελιώδες για την αφηρημένη σκέψη και τα συμπεράσματα.

Ο Ιππόκαμπος ως κεντρικός πρωταγωνιστής

Ωστόσο, ορισμένα υποκείμενα της δοκιμής μπόρεσαν να λύσουν την εργασία μόνο αφού οι ερευνητές τους εξήγησαν ρητά την αλλαγή του κανόνα. Παραδόξως, στη συνέχεια εμφανίστηκαν παρόμοια εγκεφαλικά κύματα όπως και στα άτομα που δεν χρειάζονταν καμία εξήγηση. «Οι συμμετέχοντες που έλαβαν προφορικές οδηγίες είχαν τις ίδιες νευρικές γεωμετρίες με εκείνους των οποίων η ικανότητα λογικής βασιζόταν στη βιωματική μάθηση», αναφέρει ο συν-συγγραφέας Adam Mamelak από το Cedars-Sinai Hospital. «Αυτό δείχνει ότι η λεκτική εισαγωγή μπορεί να προκαλέσει νευρικές αναπαραστάσεις που διαφορετικά θα χρειαζόταν πολύ χρόνο για να μάθουν μέσω της εμπειρίας».

Τα δεδομένα επιφύλασσαν επίσης μια άλλη έκπληξη: τα συγκεκριμένα πρότυπα εγκεφαλικής δραστηριότητας κατά την διάρκεια της αφηρημένης σκέψης εμφανίζονταν μόνο στον ιππόκαμπο. Αυτή η περιοχή βρίσκεται βαθιά στο κέντρο του εγκεφάλου και είναι ζωτικής σημασίας, μεταξύ άλλων, για τη μακροπρόθεσμη μνήμη και τον προσανατολισμό στο χώρο. Προφανώς και ο ιππόκαμπος παίζει ακόμη μεγαλύτερο ρόλο από τον αναμενόμενο στην αφηρημένη σκέψη και στις δεξιότητες μεταφοράς. «Αυτή είναι η πρώτη άμεση απόδειξη της εμπλοκής του ανθρώπινου ιππόκαμπου στην αφηρημένη σκέψη και συλλογισμό», λέει ο Rutishauser.

Χρήσιμες πληροφορίες για νευρολογικές παθήσεις

Η μελέτη δείχνει πώς ο εγκέφαλός μας μας δίνει τη δυνατότητα να εκτελούμε νέες εργασίες, ενώ αντιδρούμε ευέλικτα στις μεταβαλλόμενες συνθήκες και μαθαίνουμε από τις εμπειρίες. Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν στο μέλλον στην καλύτερη αντιμετώπιση των νευρολογικών και ψυχιατρικών παθήσεων που περιλαμβάνουν ελλείμματα στη μνήμη και στην λήψη αποφάσεων.

«Πολλές νευρολογικές ασθένειες, συμπεριλαμβανομένου του Αλτσχάιμερ, της ιδεοψυχαναγκαστικής διαταραχής και της σχιζοφρένειας, επηρεάζουν αυτή την περιοχή του εγκεφάλου. Τα αποτελέσματά μας θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην εξήγηση της εξασθενημένης λήψης αποφάσεων που βλέπουμε σε αυτούς τους ασθενείς», δήλωσε ο Rutishauser. (Nature, 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07799-x)

Πηγές: Cedars-Sinai Medical Center, Columbia University & scinexx.de