Cercetarea arată cum creierul codifică informația în timpul procesului de decizie
Un nou studiu realizat de neuroscienți de la Picower Institute for Learning and Memory din cadrul MIT dezvăluie modul în care creierul codifică informațiile pe parcursul procesului decizional pentru a menține opțiunile clar în minte și pentru a asigura faptul că opțiunile alese și cele nealese sunt amintite.
Cercetătorii, publicați în jurnalul iScience, arată că cheia constă în faptul că creierul convoacă ansambluri neuronale pentru a produce modele coordonate de activitate electrică care reprezintă și sortează distinct opțiunile, atât în timpul analizei, cât și după alegere.
„Menține diferite ansambluri neuronale, diferite gânduri, distincte unele de altele, prevenind interferența între ele”, a declarat autorul principal, Earl K. Miller, profesor la Departamentul de Științe Cerebrale și Cognitive al MIT.
Huidi Li, autorul principal și student absolvent în laboratorul lui Miller, a afirmat că rezultatele studiului arată cum creierul răspunde dinamic pentru a face față provocării deciziilor.
„Creierul nu păstrează informațiile statice”, a spus Li. „Pe parcursul procesului decizional, creierul reorganizează flexibil reprezentarea informațiilor pentru a se adapta la cerințele în schimbare ale sarcinii.”
Pentru a realiza acest studiu, Li, Miller și echipa lor au antrenat două animale să joace un joc în care trebuiau să se uite în direcția uneia dintre cele două ținte indicate pe un ecran, în funcție de care țintă avea o valoare de recompensă mai mare. În mod important, cele două opțiuni au fost prezentate, iar valorile lor au fost atribuite în secvență – mai întâi o țintă, apoi valoarea sa, apoi cealaltă țintă și, în final, valoarea acesteia. Astfel, creierul a trebuit să gestioneze multiple reprezentări pentru fiecare țintă, cum ar fi ordinea prezentării înainte de decizie și apoi dacă a fost aleasă sau nu după decizie.
Între timp, de fiecare dată când animalele jucau jocul, cercetătorii au măsurat activitatea electrică a sute de neuroni din cortexul prefrontal lateral, o regiune a creierului cunoscută pentru rolul său esențial în legarea opțiunilor, valorilor și acțiunilor în procesul decizional.
Folosind algoritmi de „declassifier” pentru a decoda modelele electrice, cercetătorii au descoperit că neuronii acționau în ansambluri funcționale ale căror activități colective indicau clar informațiile legate de decizie, inclusiv direcțiile distincte ale țintelor și valorile lor atribuite. Pentru a interpreta și compara modelele fiecărui ansamblu, cercetătorii au vizualizat aceste „subspații” geometrice ca planuri pe un grafic 3D.
Descoperirea cheie a cercetătorilor a fost că, înainte ca valorile să fie atribuite și o decizie să fie luată, modelele ansamblurilor neuronale reprezentau constant opțiunile pe baza ordinii prezentării. De exemplu, pe grafice, fiecare plan „țintă 1” era paralel cu celelalte. Similar, fiecare plan al „țintei 2” era paralel cu cele similare, dar țintele 2 erau mai ortogonale, sau mai perpendiculare, față de țintele 1, ceea ce arăta că erau reprezentate ca fiind complet distincte una de cealaltă.
Apoi, după decizie, noi ansambluri au oferit noi reprezentări. Acum, opțiunile „alese”, fie că au fost prezentate primele sau ultimele, aveau reprezentări paralele. Țintele nealese erau de asemenea reprezentate ca paralele între ele, dar ortogonale față de cele alese.
Cu alte cuvinte, înainte de decizie, creierul a convocat ansambluri de neuroni pentru a distinge țintele în funcție de ordinea prezentării, iar după decizii, a reunit ansambluri pentru a le sorta în funcție de alegerea sau non-alegerea lor. Această modalitate consistentă de a reprezenta opțiunile alese, au scris Li și Miller, ar putea ajuta procesul decizional prin împachetarea esențială pentru circuitele responsabile de transformarea deciziei în acțiune (în acest caz, direcționarea privirii animalului în direcția țintei alese).
„Alinierea observată a reprezentărilor țintelor alese ar putea permite zonelor inferioare să citească locația țintei alese cu un singur decodor, indiferent de ordinea inițială de prezentare”, au scris autorii.
Este demn de remarcat că cercetătorii au descoperit, de asemenea, că, de-a lungul rundelor jocului, neuronii individuali puteau fi adesea recrutați în diferite ansambluri. Un neuron care în prima rundă părea „selectiv” față de opțiunea 2 putea ajunge să fie selectiv pentru opțiunea 1 în runda următoare. Astfel, ansamblurile nu erau circuite permanente de neuroni specializați, ci erau asamblate ad hoc din neuroni multifuncționali.
În alte cercetări, Miller a descoperit că creierul folosește undele cerebrale pentru a realiza rapid și flexibil acest obiectiv de recrutare a ansamblurilor.
O altă implicație clară a datelor, a spus Miller, este că creierul a menținut amintiri distincte ale fiecărei opțiuni, fie că a fost aleasă sau nu. Acest lucru ar putea fi important pentru a facilita învățarea. De exemplu, amintind că alegerea țintei 2 în runda 3 a adus o recompensă.
„Rezultatele noastre ilustrează reorganizarea dinamică a subspațiilor care susțin menținerea și selecția opțiunilor în deciziile economice”, au scris autorii.
În plus față de Li și Miller, ceilalți autori ai lucrării sunt Nikolaos Chrysanthidis, Scott Brincat și Jonas Rose.
