Da li inteligentni ljudi brže razmišljaju? Istraživači sa BIH i Charite—Universitatsmedizin Berlin, zajedno sa kolegom iz Barselone, došli su do iznenađujućeg otkrića da su učesnici sa višim rezultatima inteligencije bili brži samo kada su se bavili jednostavnim zadacima, dok im je za rešavanje teških zadataka trebalo duže od ispitanika sa nižim IK rezultatima.
U personalizovanim simulacijama mozga 650 učesnika, istraživači su mogli da utvrde da mozgovi sa smanjenom sinhronizacijom između moždanih područja bukvalno „skoče na zaključke“ kada donose odluke, umesto da čekaju dok uzvodni regioni mozga ne završe korake obrade potrebne za rešavanje problema.
U stvari, modelima mozga za učesnike sa višim rezultatima takođe je bilo potrebno više vremena za rešavanje izazovnih zadataka, ali su napravili manje grešaka. Naučnici su sada objavili svoje nalaze u časopisu Nature Communications.
U ljudskom mozgu postoji oko 100 milijardi neurona. Svaki od njih je povezan sa oko 1.000 susednih ili udaljenih neurona. Ova nedokučiva mreža je ključ za neverovatne mogućnosti mozga, ali je takođe ono što čini tako teškim da se razume kako mozak funkcioniše.
Prof. Petra Riter, šef odseka za simulaciju mozga na berlinskom Institutu za zdravlje u Charite-u (BIH) i na Odeljenju za neurologiju i eksperimentalnu neurologiju Charite-Universitatsmedizin Berlin, simulira ljudski mozak pomoću kompjutera. „Želimo da razumemo kako funkcionišu procesi donošenja odluka u mozgu i zašto različiti ljudi donose različite odluke“, kaže ona, opisujući trenutni projekat.
Da bi simulirali mehanizme ljudskog mozga, Riter i njen tim koriste digitalne podatke iz skeniranja mozga kao što je magnetna rezonanca (MRI), kao i matematičke modele zasnovane na teorijskom znanju o biološkim procesima. Ovo u početku rezultira „opštim“ modelom ljudskog mozga. Naučnici zatim preciziraju ovaj model koristeći podatke pojedinačnih ljudi, stvarajući tako „personalizovane modele mozga“.
Za ovu studiju, naučnici su radili sa podacima od 650 učesnika Human Connectome projekta, američke inicijative koja proučava neuronske veze u ljudskom mozgu od septembra 2010. „Prava ravnoteža ekscitacije-inhibicije neurona utiče na odluku- stvaranje i manje-više omogućava čoveku da reši probleme“, objašnjava Riter. Njen tim je znao kako su učesnici prošli na opsežnim kognitivnim testovima i koji su njihovi rezultati inteligencije.
„Možemo veoma efikasno da reprodukujemo aktivnost pojedinačnih mozgova“, kaže Riter. „U procesu smo otkrili da se ovi mozgovi u silikonu ponašaju drugačije jedan od drugog — i na isti način kao i njihovi biološki kolege. Naši virtuelni avatari odgovaraju intelektualnim performansama i vremenu reakcije njihovih bioloških analoga.“
Zanimljivo je da su „sporiji“ mozgovi i kod ljudi i kod modela bili više sinhronizovani, odnosno u vremenu jedan sa drugim. Ova veća sinhronizacija omogućila je neuronskim krugovima u frontalnom režnju da zadrže odluke duže od mozgova koji su bili slabije koordinisani. Modeli su otkrili kako smanjena vremenska koordinacija dovodi do toga da informacije potrebne za donošenje odluka nisu dostupne kada je to potrebno niti se čuvaju u radnoj memoriji.
Funkcionalna magnetna rezonanca u stanju mirovanja pokazala je da sporiji rešavači imaju višu prosečnu funkcionalnu povezanost, ili vremensku sinhronizaciju, između regiona mozga. U personalizovanim simulacijama mozga 650 učesnika, istraživači su mogli da utvrde da mozgovi sa smanjenom funkcionalnom vezom bukvalno „skoče na zaključke“ kada donose odluke, umesto da čekaju da uzvodni regioni mozga završe korake obrade potrebne za rešavanje problema.
Od učesnika je zatraženo da identifikuju logička pravila u nizu obrazaca. Ova pravila su sa svakim zadatkom postajala sve složenija i stoga ih je bilo teže dešifrovati. U svakodnevnom smislu, lak zadatak bi se sastojao od brzog kočenja na crveno svetlo, dok bi težak zadatak zahtevao metodično utvrđivanje najbolje rute na mapi puta. U modelu, takozvano takmičenje „pobednik uzima sve“ dešava se između različitih neuronskih grupa uključenih u odluku, pri čemu preovlađuju neuronske grupe za koje postoje jači dokazi. Ipak, u slučaju složenih odluka, takvi dokazi često nisu dovoljno jasni za brzo donošenje odluka, što bukvalno primorava neuronske grupe da prerano donose zaključke.
„Sinhronizacija, odnosno formiranje funkcionalnih mreža u mozgu, menja svojstva radne memorije, a samim tim i sposobnost da se ‘izdrži’ dugi period bez odluke“, objašnjava Michael Schirner, vodeći autor studije i naučnik u Ritterovoj laboratoriji. .
„U izazovnijim zadacima morate da uskladištite prethodni napredak u radnoj memoriji dok istražujete druge puteve rešenja, a zatim ih integrišete jedno u drugo. Ovo prikupljanje dokaza za određeno rešenje ponekad može trajati duže, ali takođe dovodi do boljih rezultata. Bili smo u mogućnosti da koristimo model da pokažemo kako ravnoteža ekscitacije-inhibicije na globalnom nivou cele moždane mreže utiče na donošenje odluka i radnu memoriju na detaljnijem nivou pojedinačnih neuronskih grupa.“
Riter je zadovoljan što se rezultati primećeni u kompjuterski baziranim „mozganim avatarima“ poklapaju sa rezultatima viđenim kod „pravih“ zdravih subjekata. Na kraju krajeva, njen glavni interes je da pomogne pacijentima obolelim od neurodegenerativnih bolesti poput demencije i Parkinsonove bolesti.
„Tehnologija simulacije koja se koristi u ovoj studiji napravila je značajan napredak i može se koristiti za poboljšanje personalizovanog in siliko planiranja hirurških intervencija i intervencija lekovima, kao i terapeutske stimulacije mozga. Na primer, lekar već može da koristi kompjutersku simulaciju da proceni koja intervencija ili bi lek mogao najbolje funkcionisati za određenog pacijenta i imao bi najmanje neželjenih efekata.“
