Tiedämme paljon, mutta ei tarpeeksi, siitä, miten hampaat sopivat yhteen. Piyushgiri Revagar, CC BY-NC-ND

Päätökset kattavat laajan valikoiman monimutkaisuutta. On todella yksinkertaisia: haluan lounaan kanssa omenan tai kakun? Sitten on paljon monimutkaisempia: mitä autoa minun pitäisi ostaa tai minkä uran pitäisi valita?

Minun kaltaiset neurotieteilijät ovat tunnistaneet joitakin aivojen yksittäisiä osia, jotka edistävät tällaisten päätösten tekemistä. Eri alueet prosessi kuulostaa, nähtävyydet tai asiaankuuluva ennakkotieto. Mutta ymmärtää, miten nämä yksittäiset pelaajat työskentelevät yhdessä tiiminä, on edelleen haaste, ei vain päätöksenteon ymmärtämisessä vaan koko neurotieteen alalla.

Syynä tähän on se, että neurotiede on tähän asti toiminut perinteisessä tieteen tutkimusmallissa: Yksittäiset laboratoriot työskentelevät yksin, yleensä keskittyen yhteen tai muutamaan aivojen alueeseen. Siksi jokaiselle tutkijalle on haastavaa tulkita toisen laboratorion keräämiä tietoja, koska meillä kaikilla on pieniä eroja kokeiden suorittamisessa.

Neurotieteilijät, jotka opiskelevat päätöksentekoa, perustavat kaikenlaisia ​​erilaisia ​​pelejä eläimille esimerkiksi pelaamiseen, ja keräämme tietoja siitä, mitä aivoissa tapahtuu, kun eläin liikkuu. Kun jokaisella on erilainen kokeellinen asennus ja metodologia, emme voi selvittää, ovatko toisen laboratorion tulokset aavistustakaan siitä, mikä on mielenkiintoista, mikä on aivoissa tapahtumassa tai vain laitteiden erojen sivutuote.

BRAIN-aloite, jonka Obaman hallinto lanseerasi 2013issa, alkoi kannustaa sellaista yhteistyötä, jota neurotieto tarvitsee. Mielestäni se ei ole mennyt tarpeeksi pitkälle. Joten olen perustanut hankkeen nimeltä Kansainvälinen aivolaboratorio - virtuaalinen megalaboratorio, joka koostuu useista laboratorioista eri laitoksissa - osoittamaan, että sananlasku ”yksin menemme nopeasti, yhdessä menemme pitkälle” pätee neurotieteeseen. Ensimmäinen kysymys, jota yhteistyö käsittelee, keskittyy aivojen päätöksentekoon.

Aivojen päätösryhmä

Yksittäiset neurotieteen laboratoriot ovat jo paljastaneet paljon siitä, miten tietyt aivojen alueet vaikuttavat päätöksentekoon.

Sano, että olet valinnut joko omenan tai kakun välillä lounaalla. Ensinnäkin sinun täytyy tietää, että omenat ja kakku ovat kaksi vaihtoehtoa. Se vaatii aivojen alueita, jotka käsittelevät aistinvaraisia ​​tietoja - silmäsi näkevät omenan kirkkaan punaisen ihon, kun nenäsi vie makean kakun tuoksun.

Nämä aistinvaraiset alueet yhdistyvät usein siihen, mitä kutsumme yhdistyksen alueiksi. Tutkijat ovat perinteisesti pitäneet rooliaan eri tiedot yhdessä. Yhdistämällä tietoja silmistä, korvista ja niin edelleen, yhdistysalueet voivat antaa yhtenäisemmän, iso kuva siitä, mitä maailmassa tapahtuu.

Ja miksi valita yksi toimenpide toisen päälle? Tämä on aivojen kysymys palkita piirejä, joka on kriittinen punnitaan eri vaihtoehtojen arvoa. Tiedätte, että kakku maistuu nyt herkullisen herkullisena, mutta saatat pahoillani siitä, kun olet menossa kuntosalille myöhemmin.

Sitten on etummainen aivokuori, jonka uskotaan olevan a rooli vapaaehtoistoiminnan valvonnassa. Tutkimukset viittaavat siihen, että se on sitoutunut sitoutumaan tiettyyn toimintaan, kun tarpeeksi saapuvat tiedot ovat saapuneet. Se on aivojen osa, joka saattaa kertoa teille, että kakku on niin hyvä, että se kannattaa kaikkia kaloreita.

Ymmärtäminen, miten nämä eri aivojen alueet tyypillisesti toimivat yhdessä päätösten tekemiseksi, voivat auttaa ymmärtämään, mitä tapahtuu sairaissa aivoissa. Potilaat, joilla on autismin, skitsofrenian ja Parkinsonin taudin kaltaisia ​​häiriöitä, käyttävät usein aistinvaraisia ​​tietoja epätavallisella tavalla, varsinkin jos se on monimutkainen ja epävarma. Päätöksentekotutkimus voi myös antaa tietoa potilaille, joilla on muita häiriöitä, kuten aineen väärinkäyttö ja riippuvuus. Todellakin, riippuvuus on ehkä erinomainen esimerkki siitä, miten päätöksenteko voi mennä hyvin väärin.

Laboratorioyhteistyö levisi ympäri maailmaa

Juuri nyt neurotieteilijät ottavat paljon lähikuvia, mitä tapahtuu aivojen tietyillä alueilla, kun se tekee päätöksen. Mutta ne eivät sovi yhteen toistensa kanssa, joten nämä lähikappaleet eivät sovi yhteen antamaan meille suurta kuvaa päätöksenteosta, jota tarvitsemme.

Siksi joukko meitä yhdistyi muodostamaan kansainvälisen aivolaboratorion. Kansainvälisen neuroinformatiikan koordinointilaitoksen, Wellcome Trustin ja Simons-säätiön (myös The Conversation US: n tukija) tuella pyrimme luomaan tämän suuren kuvan suunnittelemalla yhden suuren mittakaavan kokeilun, joka käyttää samaa lähestymistapaa monien oppimisessa eri aivojen alueille. Koska aivot ovat niin monimutkaisia, tarvitsemme monien eri laboratorioiden asiantuntemusta, jotka ovat erikoistuneet erityisesti aivojen alueisiin. Mutta me tarvitsemme heitä koordinoimaan ja käyttämään samaa lähestymistapaa, jotta voimme laittaa kaikki niiden eri kappaleet yhteen.

Me koomme yhteen 21-tutkijoiden tiimin, joka työskentelee hyvin tarkasti ymmärtääkseen, kuinka miljardit neuronit työskentelevät yhdessä aivoissa tekemään päätöksiä. Noin kymmenen erilaista laboratoriota tekee osan yhdestä suuresta kokeesta mittaamalla neuroniaktiivisuutta eläimissä, jotka harjoittavat täsmälleen samaa peliä. Tiimimme jäsenet tallentavat aktiivisuutta sadoista neuroneista kunkin eläimen aivoissa. Keräämme kymmeniä tuhansia neuronaalisia tallenteita, joita voimme analysoida yhdessä.

Keep it simple

Reaalimaailmassa tehdyissä päätöksissä yhdistät paljon erilaisia ​​tietoja - aistinvaraiset signaalit, sisäiset tiedot siitä, mikä on palkitsevaa, mikä on riskialtista. Mutta sen toteuttaminen laboratoriossa on melko vaikea.

Toivomme luoda uudelleen hiiren luonnollisen kokemuksen. Todellisessa elämässä on monia eri polkuja, joita eläin voi ottaa, kun se navigoi maailmassa etsimään jotain syötävää. Se haluaa löytää ruokaa, koska ruoka on palkitsevaa. Se käyttää tulevia aistinvaraisia ​​vihjeitä, kuten: ”Voi nähdä kriketin siellä!” Eläin saattaa yhdistää sen palkkion muistiin, kuten: ”Tiedän, että tällä alueella on reheviä marjojen pensaita, muistan sen eilen, joten minä menen sinne. ”Tai:” Tiedän täällä siellä oli kissa viime kerralla, joten minun olisi parempi välttää tätä aluetta. ”

Ensin kulkee kansainvälisen aivolaboratorion käyttämä asennus, ei näytä ollenkaan luonnolliselta. Hiirellä on pieni laite, jota se käyttää raportoimaan päätöksistä - se on oikeastaan ​​Lego-sarjan pyörä. Saattaa esimerkiksi oppia, että kun se näkee pystysuuntaisen ritilän kuvan ja kääntää pyörää, kunnes kuva on keskitetty, se saa palkinnon. Jos ajattelet, mitä ruokailu on - tutkia ympäristöä, yrittää etsiä palkkioita, hyödyntää aistinvaraisia ​​signaaleja ja ennakkotietoa - tämä yksinkertainen Lego-pyöräaktiviteetti kuvaa sen ydin.

Meidän oli todellakin pohdittava kompromisseja siitä, että käyttäytyminen, joka oli tarpeeksi monimutkainen, antaisi meille tietoa mielenkiintoisista hermoraskelmista, ja joka oli tarpeeksi yksinkertainen, että se voitaisiin toteuttaa samalla tavalla monissa erilaisissa koe-laboratorioissa. Tasapaino, jonka saimme aikaan, oli päätöksentekotehtävä, joka alkaa yksinkertaisesti ja muuttuu yhä monimutkaisemmaksi, kun yksittäinen eläin saavuttaa erilaiset koulutuksen vaiheet.

Jopa yksinkertaisimmassa, varhaisimmissa vaiheissa katsomme, missä eläimet vain tekevät vapaaehtoisia liikkeitä, ja he päättävät, milloin liikkeen on tarkoitus palkita. Olen varma, että voimme mennä paljon pidemmälle, mutta vaikka se on niin paljon kuin saamme, hermomittausten tekeminen aivoista koko tämän yksinkertaisen käyttäytymisen aikana on hyvin mielenkiintoista. Emme tiedä, miten se tapahtuu aivoissa, että päätät, milloin ryhdytään tiettyyn toimintaan ja miten se toteutetaan. Neuraalimittausten tekeminen koko aivoista, mitä tapahtui juuri ennen eläimen spontaania päättämistä mennä ja saada palkkio, on valtava askel eteenpäin.

kirjailijasta

Anne Churchland, neurotieteen professori, Cold Spring Harbor Laboratory

Tämä artikkeli julkaistiin alunperin Conversation. Lue alkuperäinen artikkeli.

Liittyvät kirjat

at InnerSelf Market ja Amazon