• Tweet

Ceea ce vezi în acest moment nu este analizat de creier în mod izolat. Oamenii de știință au identificat un circuit cerebral care compară informația vizuală prezentă cu ceea ce ai văzut cu doar câteva clipe înainte, iar această comparație poate influența o decizie simplă, aceea de a păstra un răspuns anterior sau de a-l schimba.

Cercetătorii de la MIT au identificat o conexiune-cheie între două regiuni ale creierului care pare să joace un rol important în acest proces. Experimentele au fost realizate pe șoareci, iar rezultatele sugerează că o structură aflată în profunzimea creierului transmite către cortexul frontal un fel de „raport" permanent despre cât de mult s-a schimbat ceea ce este perceput.

Cortexul frontal poate folosi apoi această informație pentru a decide dacă răspunsul anterior trebuie păstrat sau actualizat, potrivit earth.com.

„Acest circuit organizează o comparație între ceea ce tocmai s-a întâmplat și ceea ce se întâmplă acum în lumea senzorială, într-un mod care poate fi folosit pentru a acționa", a explicat Mriganka Sur, autoarea principală a studiului, profesoară la Institutul Picower pentru Învățare și Memorie și la Departamentul de Științe ale Creierului și Cognitive de la MIT.

Talamusul, mai mult decât un simplu filtru

Structura analizată de cercetători face parte din talamus, regiunea creierului care transmite cea mai mare parte a informațiilor senzoriale către cortex. În interiorul talamusului se află pulvinarul, iar șoarecii au o structură corespunzătoare.

Timp de decenii, această zonă a fost studiată mai ales pentru rolul său în atenție, inclusiv pentru modul în care creierul decide ce informații vizuale să prioritizeze și ce să ignore.

Echipa coordonată de Sur a pornit însă de la o altă întrebare. Dacă pulvinarul comunică deja cu regiuni ale cortexului frontal implicate în evaluarea dovezilor și alegerea unei acțiuni, este posibil ca informația transmisă să reprezinte chiar o comparație între prezent și trecutul imediat.

Yi Ning Leow, autorul principal al studiului, a condus experimentele în perioada în care era student absolvent în laboratorul lui Sur și este în prezent cercetător postdoctoral la Institutul de Biologie Moleculară și Celulară din Singapore.

„Creierul nu evaluează fiecare eveniment nou de la zero", a spus Leow, potrivit sursei citate. Cercetătorul a explicat că pulvinarul, cunoscut pentru rolul său în atenție și filtrarea informațiilor vizuale, este implicat și în compararea informațiilor actuale cu experiența imediat anterioară, evidențiind schimbările care pot determina menținerea sau modificarea unei decizii.

Joc video pentru șoareci

Pentru a testa această ipoteză, cercetătorii au conceput un experiment asemănător unui joc video pentru șoareci.

Pe un ecran erau afișate puncte, iar o parte dintre acestea se deplasau împreună, fie spre stânga, fie spre dreapta. Șoarecele trebuia să lingă recipientul corespunzător direcției de mișcare pentru a primi apă.

Un răspuns greșit era urmat de zgomot alb și de o imagine care pâlpâia pe ecran.

Douăzeci și patru de șoareci au fost antrenați pentru acest test. Cercetătorii au modificat gradul în care mișcarea era evidentă, de la situații în care doar 16% dintre puncte se deplasau împreună până la cazuri în care toate punctele aveau aceeași direcție.

Unele teste erau, prin urmare, foarte ușoare, în timp ce altele erau mult mai greu de interpretat.

Rezultatele au arătat că experiența imediat anterioară conta. Atunci când două teste consecutive semănau, șoarecii care răspunseseră corect aveau tendința să repete alegerea.

Când cele două teste erau foarte diferite, animalele își schimbau mai des răspunsul. După un răspuns greșit, tendința era inversată.

Lumina a putut schimba decizia

Observarea comportamentului nu era însă suficientă pentru a demonstra că pulvinarul este implicat direct în comparație.

Cercetătorii au introdus, prin urmare, o proteină sensibilă la lumină în celulele pulvinare care trimit semnale către cortexul frontal. Apoi au stimulat aceste terminații nervoase cu lumină în timp ce șoarecii efectuau sarcina.

Rezultatul a fost surprinzător de precis.

Stimularea părții stângi a redus probabilitatea ca șoarecii să răspundă că punctele se mișcă spre dreapta. Stimularea părții drepte a produs efectul opus.

Mai important, intensitatea efectului depindea de cât de diferită era imaginea curentă față de cea precedentă.

„Asta a arătat că respectiva cale este implicată cauzal în procesul de comparație care influențează modul în care sunt interpretate dovezile actuale, mai degrabă decât să transmită doar informațiile", a spus Leow.

Cercetătorii au testat apoi mecanismul în alte două moduri. Atunci când ambele părți ale circuitului erau stimulate simultan, tendința de a favoriza o anumită direcție dispărea. În schimb, stimularea în perioada de pauză dintre două teste nu a produs aproape niciun efect.

O regiune compară, cealaltă transformă informația în alegere

Pentru a afla exact ce transmite circuitul, cercetătorii au urmărit activitatea cerebrală în timpul experimentului.

Un microscop a monitorizat 1.035 de terminații pulvinare din cortexul frontal, împreună cu 126 de neuroni aflați în regiunea care primea aceste semnale.

Activitatea terminațiilor nervoase reflecta informația vizuală, inclusiv direcția și intensitatea mișcării. În plus, aceste semnale diferențiau mai clar imaginile atunci când testul curent se schimba brusc față de cel precedent.

Un detaliu esențial: activitatea lor nu indica direcția în care urma să lingă șoarecele.

Neuronii care primeau semnalul se comportau diferit. Activitatea acestora putea anticipa alegerea pe care animalul urma să o facă.

„Pulvinarul nu pare să ia decizia singur. În schimb, trimite acea comparație senzorială bazată pe referințe istorice către cortexul frontal", a explicat Leow.

Pentru a înțelege de ce stimularea unei singure părți a circuitului influența alegerea animalului, echipa a construit și o simulare a circuitului, împreună cu Mehrdad Jazayeri de la Institutul McGovern pentru Cercetarea Creierului de la MIT.

Modelul sugerează că cele două emisfere concurează pentru controlul răspunsului. Astfel, stimularea unei singure părți poate dezechilibra competiția, în timp ce stimularea ambelor părți produce un efect de anulare.

Ce legătură ar putea avea cu autismul

Descoperirea ar putea avea implicații și pentru cercetarea autismului. Mriganka Sur a remarcat că unele teorii privind această afecțiune au pus în discuție diferențele în modul în care creierul folosește experiența anterioară pentru a interpreta informațiile noi.

Cercetătorii atrag însă atenția că rezultatele trebuie interpretate cu prudență.

Experimentele au fost realizate pe șoareci, cu animalele ținute cu capul fixat, iar structura analizată la rozătoare reprezintă echivalentul unei regiuni umane, nu aceeași structură în sens strict.

De asemenea, nu este încă limpede cum transformă cortexul frontal comparația dintre trecutul imediat și prezent într-o acțiune concretă.

Terminațiile pulvinarului ajung în mare parte în straturile superioare ale cortexului, alături de alte semnale care furnizează context, însă cercetătorii nu au identificat încă exact celulele care le interpretează.

O altă întrebare rămâne deschisă: comparația ajută creierul să ia decizii mai bune sau este pur și simplu rezultatul modului în care este construit acest circuit?

Pentru a afla, cercetătorii ar trebui să repete experimentul în situații în care experiența imediat anterioară nu este un indicator util și să observe dacă circuitul continuă să influențeze comportamentul în același mod.

Studiul complet a fost publicat în revista Science.