Koordinisana aktivnost moždanih ćelija, poput ptica koje lete u formaciji, pomaže nam da se ponašamo inteligentno u novim situacijama, prema studiji koju su vodili istraživači Cedars-Sinai. Rad, objavljen u časopisu Priroda, prvi je koji osvetljava neurološke procese poznate kao apstrakcija i zaključivanje u ljudskom mozgu.
„Apstrakcija nam omogućava da ignorišemo nebitne detalje i da se fokusiramo na informacije koje su nam potrebne da bismo delovali, a zaključivanje je upotreba znanja za stvaranje obrazovanih nagađanja o svetu oko nas“, rekao je dr Ueli Rutišauzer, profesor i odbor. guvernera katedre za neuronauke u Cedars-Sinai i ko-korespondent autor studije. „Oboje su važni delovi saznanja i učenja.“
Ljudi često koriste ova dva kognitivna procesa zajedno kako bi brzo naučili o novim okruženjima i ponašali se na odgovarajući način. Jedan primer za to je američki vozač koji prvi put iznajmljuje automobil u Londonu.
„Englezi voze po desnoj strani automobila i po levoj strani puta, suprotno od načina na koji mi vozimo u SAD“, rekao je Rutishauzer. „Za nekoga iz SAD, vožnja u Londonu znači preokrenuti mnoga pravila koja su naučili, a stvaranje tog mentalnog pomaka zahteva apstrakciju da se fokusira na vožnju sa strane i izvođenje zaključaka kako bi se izbeglo direktno uvlačenje u nadolazeći saobraćaj.
U studiji, istraživači su radili sa 17 hospitalizovanih pacijenata kojima su elektrode hirurški implantirane u mozak kao deo procedure za dijagnostikovanje epilepsije. Ukupno, istraživači su snimili paljenje hiljada moždanih ćelija dok su učesnici izvodili zadatak zaključivanja na računaru.
Gledanje aktivnosti tolikog broja moždanih ćelija zahtevalo je korišćenje veštačke inteligencije da bi se izdvojili odgovori koji su bili relevantni, omogućavajući istražiteljima da vide koordinaciju između neurona tokom uspešnog zaključivanja.
„Ovo su visokodimenzionalni geometrijski oblici koje ne možemo zamisliti ili vizualizovati na kompjuterskom monitoru“, rekao je dr Stefano Fusi, glavni istraživač na Institutu za ponašanje mozga Zuckerman Univerziteta Kolumbija i ko-korespondentni autor studije. „Ali možemo da koristimo matematičke tehnike da vizualizujemo njihove pojednostavljene prikaze u 3D.
Tokom snimanja, učesnicima su više puta pokazivane četiri slike — osoba, majmun, automobil i lubenica. Kao odgovor na svaku sliku, od njih se tražilo da pritisnu levo ili desno dugme. Pojedinci su tada dobijali „tačnu“ ili „netačnu“ poruku.
Kroz ponavljanje, učesnici su na kraju naučili tačan odgovor za svaku od četiri slike. U tom trenutku, pravila igre su preokrenuta bez obaveštenja učesnika, a suprotan odgovor za svaku sliku se računao kao tačan.
Nakon promene, neki učesnici su bili u mogućnosti da brzo shvate promenu pravila i zaključe tačne odgovore bez ponovnog učenja, što znači da su izveli zaključak.
Istraživači su videli upečatljive geometrijske obrasce u mozgovima tih učesnika. Grupe neurona su pucale zajedno, slično kao ptice koje lete u formaciji ili gomila ljudi koja spontano zapeva na sportskom događaju.
Način na koji su neuroni koordinirali svoju aktivnost i kodirali relevantne informacije ukazivao je na to da su subjekti stekli konceptualno znanje potrebno za obavljanje zadatka. Istraživači nisu videli takve obrasce u mozgovima učesnika koji nisu bili uspešni u zaključivanju.
„Izgradnja konceptualnog znanja je važan aspekt učenja“, rekao je dr Hristos Kurelis, istraživač u Cedars-Sinai i prvi autor studije. „U našoj studiji identifikovali smo neuronsku osnovu za ovaj proces, koji se u kognitivnoj psihologiji naziva apstrakcija.“
Neki subjekti u početku nisu bili u stanju da izvode zaključak iz iskustva samo sa zadatkom. Za ove subjekte, istraživači su dali usmena uputstva koja su im omogućila da zaključe tačne odgovore.
„Izvanredno otkriće je da su se iste neuronske geometrije pojavile kod učesnika koji su dobili verbalna uputstva kao i kod onih čija je sposobnost zaključivanja bila zasnovana na iskustvenom učenju“, rekao je Adam Mamelak, MD, direktor Programa funkcionalne neurohirurgije i profesor neurohirurgije u Cedars-u. Sinaj i koautor studije.
„Ovo ključno otkriće pokazuje da verbalni unos može rezultirati neuronskim reprezentacijama za koje bi inače moglo biti potrebno mnogo vremena da se uče kroz iskustvo.“
Studiju, koja se oslanjala na podatke Cedars-Sinai i Univerziteta u Torontu, vodio je Cedars-Sinai i sproveden je kao deo multiinstitucionalnog konzorcijuma.
„Ova studija pruža nove uvide u to kako nam naš mozak omogućava da učimo i izvršavamo zadatke fleksibilno i kao odgovor na promenljive uslove i iskustva“, rekao je dr Merav Sabri, programski direktor za The BRAIN Initiative. „Ovi uvidi se zasnivaju na korpusu znanja koje bi nas jednog dana moglo dovesti do intervencija za neurološka i psihijatrijska stanja koja uključuju deficite u pamćenju i donošenju odluka.“
Iznenađenje za istraživače bilo je otkriće da su se ovi konkretni obrasci moždane aktivnosti pojavili samo u hipokampusu, regionu duboko u centru mozga za koji se zna da je ključan za formiranje novih dugoročnih sećanja.
„Naše otkriće proširuje naše znanje o ulozi hipokampusa u učenju“, rekao je Rutishauzer.
„Ovo je prva direktna demonstracija uključenosti ljudskog hipokampusa u učenje apstraktnog znanja i ponašanja zaključivanja. Mnoga neurološka stanja, uključujući Alchajmerovu bolest, opsesivno-kompulzivni poremećaj i šizofreniju, utiču na ovaj region mozga, a naše otkriće bi moglo pomoći u objašnjenju narušeno donošenje odluka koje vidimo kod ovih pacijenata.“
