Η ανθρώπινη νόηση χαρακτηρίζεται από μια εντυπωσιακή αντίφαση: από τη μία πλευρά βασίζεται σε γνώσεις, κανόνες και σχέδια, ενώ από την άλλη παραμένει εξαιρετικά γρήγορη και ευέλικτη όταν καλείται να αντιμετωπίσει νέες πληροφορίες. Το πώς αυτή η ισορροπία προκύπτει από έναν εγκέφαλο που αποτελείται από δισεκατομμύρια νευρώνες αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα της σύγχρονης νευροεπιστήμης.
Μια νέα μελέτη από το Ινστιτούτο Picower για τη Μάθηση και τη Μνήμη στο MIT προσφέρει μια ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα απάντηση, ενισχύοντας μια θεωρία που ονομάζεται «Χωρική Υπολογιστική». Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Current Biology, ρίχνει φως στον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος οργανώνει δυναμικά τη σκέψη, χωρίς να απαιτείται σταθερή ανατομική επανασύνδεση των νευρωνικών κυκλωμάτων.
Τι είναι η Χωρική Υπολογιστική
Η θεωρία της Χωρικής Υπολογιστικής προτάθηκε το 2023 από τον καθηγητή Earl K. Miller και τους συνεργάτες του. Σύμφωνα με αυτήν, οι νευρώνες του προμετωπιαίου φλοιού δεν λειτουργούν σε μόνιμα, προκαθορισμένα δίκτυα, αλλά σχηματίζουν προσωρινές «ομάδες εργασίας» ανάλογα με τις απαιτήσεις της κάθε γνωστικής διαδικασίας.
Το κλειδί σε αυτή την ευελιξία είναι τα εγκεφαλικά κύματα άλφα και βήτα, συχνότητας περίπου 10 έως 30 Hz. Τα κύματα αυτά δεν μεταφέρουν τις ίδιες τις πληροφορίες, αλλά λειτουργούν ως μηχανισμοί ελέγχου που καθορίζουν πότε και πού θα ενεργοποιηθούν συγκεκριμένοι νευρώνες.
Εγκεφαλικά κύματα ως μηχανισμός οργάνωσης
Αντί ο εγκέφαλος να «χτίζει» νέα κυκλώματα για κάθε εργασία, χρησιμοποιεί τα κύματα άλφα και βήτα σαν ένα είδος νοητικού στένσιλ. Αυτά τα κύματα επιβάλλουν μοτίβα διέγερσης και αναστολής σε συγκεκριμένες περιοχές του προμετωπιαίου φλοιού, επιτρέποντας στους ίδιους νευρώνες να συμμετέχουν σε διαφορετικές εργασίες, ακόμη και ταυτόχρονα.
Με αυτόν τον τρόπο, οι κανόνες μιας εργασίας δεν είναι αποθηκευμένοι σε συγκεκριμένα κύτταρα, αλλά εκφράζονται μέσω της χωρικής και χρονικής οργάνωσης των εγκεφαλικών κυμάτων. Η πληροφορία, αντίθετα, μεταφέρεται κυρίως μέσω των νευρωνικών αιχμών, δηλαδή της έντονης ηλεκτρικής δραστηριότητας των νευρώνων.
Πώς δοκιμάστηκε η θεωρία στην πράξη
Για να ελέγξουν αν η Χωρική Υπολογιστική αντανακλά πραγματική εγκεφαλική λειτουργία, οι ερευνητές μελέτησαν τη δραστηριότητα του προμετωπιαίου φλοιού ζώων κατά την εκτέλεση δύο εργασιών μνήμης εργασίας και μίας εργασίας κατηγοριοποίησης.
Οι εργασίες αυτές περιλάμβαναν τόσο αισθητηριακές πληροφορίες, όπως σχήματα και χρώματα, όσο και αφηρημένους κανόνες που έπρεπε να εφαρμοστούν. Οι μετρήσεις έδειξαν ότι οι νευρωνικές αιχμές μετέφεραν κυρίως τις αισθητηριακές πληροφορίες, ενώ τα κύματα άλφα και βήτα συνδέονταν ισχυρότερα με τους κανόνες της εκάστοτε εργασίας.
Όσο πιο γνωστικά απαιτητική ήταν μια εργασία, τόσο πιο έντονη ήταν η παρουσία των κυμάτων άλφα και βήτα, γεγονός που ενισχύει την ιδέα ότι αυτά τα κύματα παίζουν κεντρικό ρόλο στον γνωστικό έλεγχο.
Η σημασία της χωρικής οργάνωσης
Ένα ακόμη κρίσιμο εύρημα ήταν η χωρική κατανομή των εγκεφαλικών κυμάτων. Σε περιοχές όπου η ισχύς των κυμάτων άλφα και βήτα ήταν υψηλή, η αισθητηριακή δραστηριότητα των νευρώνων καταστελλόταν. Αντίθετα, όπου τα κύματα ήταν ασθενέστερα, η επεξεργασία πληροφοριών ενισχυόταν.
Αυτή η εναλλαγή επιτρέπει στον εγκέφαλο να φιλτράρει τις πληροφορίες και να εστιάζει σε ό,τι είναι σχετικό με τον εκάστοτε στόχο, χωρίς να χάνει την ευελιξία του.
Συνδέσεις με την ανθρώπινη γνωστική λειτουργία
Αν και η μελέτη βασίστηκε σε πειράματα σε ζώα, τα ευρήματα είναι συμβατά με δεδομένα από μελέτες σε ανθρώπους που χρησιμοποιούν EEG και MEG. Οι έρευνες αυτές δείχνουν ότι οι ταλαντώσεις άλφα εμπλέκονται στον έλεγχο της προσοχής και στην αναστολή άσχετων πληροφοριών.
Η Χωρική Υπολογιστική δεν αποτελεί ακόμη οριστική απάντηση στο μυστήριο της νόησης, ωστόσο προσφέρει ένα ισχυρό θεωρητικό πλαίσιο. Δείχνει πώς ο εγκέφαλος μπορεί να είναι ταυτόχρονα οργανωμένος και ευέλικτος, χρησιμοποιώντας τον ρυθμό και τον χώρο για να μετατρέψει τη νευρωνική δραστηριότητα σε σκέψη.
Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!