Promena između spore i brze integracije informacija, mozak može fleksibilno da modulira vremenske okvire u kojima radi. Ovo je rezultat nove studije međunarodnog tima istraživača, koja je sada objavljena u časopisu Nature Communications. Njihova analiza eksperimentalnih podataka iz vizuelnog korteksa i njihove kompjuterske simulacije takođe pružaju objašnjenje za to kako različiti vremenski okviri mogu nastati i kako se mogu promeniti: struktura neuronskih mreža određuje koliko brzo ili sporo se integrišu informacije.
Različiti procesi u mozgu se dešavaju u različitim vremenskim razmacima: dok se senzornim unosom može upravljati u roku od desetina milisekundi, donošenje odluka ili drugi složeni kognitivni procesi mogu zahtevati integraciju informacija do nekoliko minuta. Shodno tome, neke oblasti u mozgu su brže od drugih.
Ovi unutrašnji vremenski okviri nisu kruti i nepromenljivi. Međutim, do sada se malo znalo o tome kako se mogu prilagoditi različitim situacijama i zadacima. Tim istraživača iz Tibingena, Prinstona, Stanforda, Njukasla i Vašingtona sada je istražio kako vremenska skala područja mozga može da varira tokom izvršavanja zadatka. Konkretno, pitali su: kada subjekt fokusira svoju vizuelnu pažnju ili je preusmeri na određenu tačku u prostoru, kako to menja vremensku skalu neuronske aktivnosti u odgovarajućoj oblasti mozga? Da bi odgovorili na ovo, istraživači su analizirali ranije objavljene podatke snimljene iz vizuelnog korteksa V4 – područja mozga uključenog u vizuelnu pažnju – majmuna makakija tokom dva različita zadatka vizuelne pažnje.
Za oba zadatka, tim je primetio da se neuronska aktivnost ne odvija na jednom vremenskom okviru, već na najmanje dva različita: spora i brza vremenska skala. Zanimljivo je da se spora vremenska skala takođe promenila tokom izvršavanja zadatka: kad god je pažnja bila usmerena na oblast u vidnom polju, spora aktivnost u odgovarajućim neuronskim populacijama postajala je još sporija. Štaviše, primetili su da što je aktivnost sporija, to je kraće vreme reakcije.
„Ovo može izgledati kontraintuitivno, ali je zapravo prilično uverljivo“, komentariše Rokana Zeraati, istraživač na Univerzitetu u Tibingenu i na Institutu Maks Plank za biološku kibernetiku. „Spora vremenska skala znači da postoji jača korelacija između sadašnjeg stanja mozga i njegovog stanja pre nekoliko trenutaka. Kada neuroni prisustvuju nečemu, oni bolje pamte svoju prošlu aktivnost, a to implicira sporiju vremensku skalu.“
Istraživači su se pitali kako mreža neurona može stvoriti ove različite vremenske okvire. „Kompjuterskim simulacijama smo testirali tri različite hipoteze“, kaže Ana Levina, docent u Tibingenu i Zeraatijev dr. savetnik. „Da li vidimo različite vremenske skale samo zato što neki neuroni rade brže, a drugi sporije? Ili, kao druga opcija, mogu biti odgovorna njihova različita biofizička svojstva? Samo se naša treća pretpostavka pokazala istinitom: odgovor ne leži u svojstvima pojedinačnih neurona , već u strukturi mreže“.
U zavisnosti od toga kako su neuroni međusobno povezani, nastaju različite vremenske skale: takozvane klasterske mreže, na primer, generišu spore vremenske skale. „Možete da uporedite klastersku mrežu sa evropskim putnim sistemom“, objašnjava Levina, koja je vodila projekat zajedno sa svojom koleginicom Tatjanom Engel sa Prinstona. „Bilo koja dva mesta u Parizu su veoma dobro povezana jedno sa drugim, ali je mnogo teže doći od sela u Burgundiji do plaže u Portugalu. U isto vreme, mreža avio-kompanija može izgledati gotovo slučajno. Veoma je teško da stignete do obližnjeg grada, ali možete ići skoro svuda bez mnogo povezujućih letova. Mreže koje više liče na avio-kompanije ne bi se razvijale tako dugo kao mreža puteva.“
Tim je bio u stanju da konstruiše mreže koje su u kompjuterskoj simulaciji replicirale tačno vremenske okvire iz eksperimentalnih podataka. Modeli takođe uzimaju u obzir uočene modulacije u vremenskim okvirima tokom zadataka: efikasnost interakcija između neurona se blago povećava, a to zauzvrat menja tempo neuronskih događaja.
Nalazi bi mogli da promene naš pogled na mozak: „Naša eksperimentalna zapažanja u kombinaciji sa računarskim modelom pružaju osnovu za proučavanje veze između strukture mreže, funkcionalne dinamike mozga i fleksibilnog ponašanja“, zaključuje se u publikaciji.
