„Mane labai sužavėjo faktas, kad mūsų smegenys veikia kaip prognozavimo mašina, – „IFL Science“ sakė pirmasis tyrimo autorius daktaras Shohei Furutachis. – Jos naudoja išankstines žinias – tai, ką neurologai vadina smegenyse saugomu „vidiniu modeliu“, – kad numatytų pojūčius ir mūsų veiksmų rezultatus“.
Ką daryti, kai paaiškėja, kad šios prognozės yra klaidingos?
„Kai atsiranda neatitikimas tarp to, ko tikėtasi, ir to, kas iš tikrųjų įvyko, tai vadinama prognozavimo klaida. Smegenys naudoja šią informaciją, kad atnaujintų vidinį modelį ir nukreiptų mūsų dėmesį į netikėtus įvykius“, – pasakojo S. Furutachis.
Šis procesas neabejotinai yra svarbus, tačiau apie jį buvo žinoma labai mažai, o tai paskatino S. Furutachi ir jo komandą imtis tyrimo.
Komanda perkėlė peles į virtualios realybės aplinką, išmokė jas nepertraukiamai bėgioti, už tai periodiškai duodami atlygį – braškių pieno. Pelėms bėgant koridoriumi, eksperimento vykdytojai galėjo manipuliuoti aplinka, kad ant sienų atsirastų netikėtų vaizdų.
Kol pelės bėgiojo virtualiame pasaulyje, dviejų fotonų kalcio vaizdavimo metodu buvo fiksuojamas neuronų aktyvumas pirminėje regos žievėje, kuri yra pirmoji informacijos iš akių stotelė.
Jie nustatė, kad pelėms susidūrus su netikėtu dirgikliu, smegenys selektyviai padidino neuronų, kurie buvo labiausiai prisitaikę prie to dirgiklio, aktyvumą. Tai nėra bendras signalas, kad kažkas negerai – veikiau smegenys atkreipė dėmesį į tai, kas vizualinėje aplinkoje neatitiko jų prognozių.
Pasitelkusi optogenetiką, t. y. šviesos naudojimą neuronų grupėms aktyvuoti arba nutildyti, komanda sugebėjo susiaurinti situaciją ir nustatyti dvi atskiras ląstelių grupes, kurios yra svarbiausios šiam prognozavimo klaidų signalui.
Svarbus atradimas
„Labiausiai stebinantis mūsų tyrimo atradimas – sinergetinė sąveika tarp neokorteksų ir aukštesniojo lygio gumburo, – „IFL Science“ sakė S. Furutachis. – Atradome, kad kai specifiniai inhibitoriniai interneuronai neokortekse, vadinamieji VIP neuronai, yra neaktyvūs, talamokortikalinis įėjimas slopina žievės aktyvumą. Tačiau kai šie neuronai yra aktyvūs, gumburo įvestis sustiprina žievės reakcijas. Iš esmės VIP neuronai veikia kaip komutatorius, kuris suaktyvėja dėl jutiminių prognozavimo klaidų ir diktuoja, kaip gumburo įvestys sąveikauja su neokorteksais“.
Neokorteksai ir gumburasyra glaudžiai susiję ir net evoliucionavo kartu, tačiau tiksliai nustatyti, kaip jie sąveikauja, buvo sunku.
„Istoriškai šioje tyrimų srityje kilo daug diskusijų ir dėl savo sudėtingumo bei prieštaringų tyrimų rezultatų pobūdžio ji net buvo humoristiškai pavadinta „ambicingų doktorantų kapu, – pasakojo S. Furutachis. – Mūsų atrasta sinergetinė sąveika gali išspręsti kai kuriuos iš šių ilgamečių prieštaravimų ir leidžia aiškiau suprasti, kaip sąveikauja šios svarbios smegenų sritys“.
Ateities perspektyvos
Tyrimas buvo atliktas tik su pelėmis, tačiau „kadangi nervų grandinės, kurias tyrėme su pelėmis, yra išlikusios ir žmonėms, manome, kad šie rezultatai iš tiesų gali būti pritaikyti ir žmonėms“, – sakė S. Furutachis.
„Ateities tyrimai galėtų patvirtinti mūsų rezultatus naudojant pažangius metodus, kurie leistų neuromokslininkams tirti žmogaus jutimų apdorojimą atskirų ląstelių lygmeniu, naudojant neinvazinius arba minimaliai invazinius metodus“, – teigia jis.
Tokio pobūdžio tyrimai galėtų būti labai svarbūs siekiant suprasti būkles ir sutrikimus, turinčius įtakos suvokimui, pavyzdžiui, šizofrenijos spektro sutrikimus.
„Gali būti susiję su neteisingais vidiniais pasaulio modeliais dėl susilpnėjusio prognozavimo klaidų signalizavimo, dėl to net ir nesant jutiminio įėjimo gali atsirasti neteisingas jutiminis suvokimas – haliucinacijos“, – aiškino S. Furutachis.
Ir atvirkščiai, autistų klaidų signalizavimo skirtumai gali paaiškinti jutiminį padidėjusį jautrumą, kurį patiria daugelis autistų: „Dėl pernelyg tikslių prognozių arba nesugebėjimo teisingai atnaujinti prognozių gali atsirasti pernelyg daug prognozavimo klaidų signalų ir dėl to padidėti jautrumas jutiminiams dirgikliams, todėl sunku ignoruoti nereikšmingas detales“.
Dabar S. Furutachis ir jo komanda planuoja ištirti du pagrindinius šių prognozavimo klaidų signalų komponentus: kaip smegenys pirmiausia atlieka prognozavimą ir kaip apskaičiuoja klaidas.
„Aiškindamiesi šiuos pagrindinius mechanizmus, mes siekiame suteikti pagrindinį supratimą apie tai, kaip veiksmingai suvokiame pasaulį“, – sakė S. Furutachis „IFL Science“.
