Zamislite vožnju po mračnom putu. U daljini vidite jedno svetlo. Kako se svjetlo približava, ono se dijeli na dva fara. To je auto, a ne motocikl, tvoj mozak ti govori.
Nova studija je otkrila da neuronski krugovi u mozgu brzo obavljaju više zadataka između otkrivanja i razlikovanja senzornog unosa, kao što su farovi u daljini. To je drugačije od načina na koji rade elektronička kola, gdje jedno kolo obavlja vrlo specifičan zadatak. Mozak je, pokazalo je istraživanje, ožičen na način koji omogućava da jedan put obavlja više zadataka.
"Pokazali smo da se strujni krugovi u mozgu mijenjaju ili prilagođavaju iz situacija kada trebate otkriti nešto u odnosu na one kada trebate razlikovati fine detalje", rekao je Garrett Stanley, vanredni profesor na Wallace H. Coulter odjelu za biomedicinu Inženjering na Georgia Tech i Univerzitetu Emory, čija je laboratorija izvršila istraživanje. "Jedna od stvari u kojima je mozak dobar je da radi više stvari. Inženjeri imaju problema s tim."
Nalazi istraživanja su objavljeni online u časopisu Neuron 5. marta.
Razdaljina na kojoj osoba može razlikovati dva prednja svjetla od jednog svjetla kontrolira se oštrinom osjetilnog puta tijela. Decenijama neuroznanstvenici pretpostavljaju da je nivo nečije oštrine kontrolira udaljenost između područja u mozgu koja se aktiviraju senzornim unosom. Ako se ova dva područja mozga blisko preklapaju, tada će se dva senzorna ulaza - dva fara u daljini - pojaviti kao jedan, misli se. Nova studija, po prvi put, koristila je životinjske modele i optičku sliku kako bi direktno procijenila kako se oštrina kontrolira u mozgu i kako se oštrina može prilagoditi zadatku koji je pred nama. Jedno neuronsko kolo može raditi različite stvari i to na robustan način, pokazalo je istraživanje.
"Opšti problem koji nije dobro shvaćen je kako informacije o vanjskom svijetu ulaze u naš mozak, u ove obrasce električne aktivnosti koji nam na kraju omogućavaju da percipiramo vanjski svijet", rekao je Stanley. "Ovaj rad direktno prati vezu između onoga što mozak radi, kako se aktivira i šta to znači za percepciju."
Senzorne informacije su kodirane u mozgu, slično kao sekvence gena u DNK kodu za neku fizičku reprezentaciju. Mozak ima odgovarajuće kodove kada vizuelni put detektuje objekat, poput šoljice za kafu. Postoji reprezentacija u mozgu da transformiše taj unos u senzaciju.
Istraživači tek treba da adekvatno kvantifikuju vezu između uviđanja da li objekat postoji i razlikovanja finijih detalja o tome šta je taj objekat, rekao je Stanley.
"Iznenađujuće, ne razumijemo dobro probleme neuronskog kodiranja, bilo u normalnoj fiziologiji ili u bolesnim stanjima," rekao je Stanley. "Mislim da je sjajno biti inženjer koji radi na ovome jer inženjeri vole i razmišljaju o veoma komplikovanim sistemima."
Da bi saznali više detalja o oštrini mozga, istraživači su proučavali životinju sa visokim nivoom oštrine - štakora. Pacovi su noćne životinje koje koriste svoje brkove da osjete vanjski svijet. Njihovi brkovi su raspoređeni u redove, a komadi moždanog tkiva odgovaraju tim pojedinačnim brkovima. To je slično načinu na koji se površina ljudskog tijela preslikava na površinu mozga. Kada štakorov brk dodirne nešto, aktivira se određeni dio mozga. Kada nečiji prst dodirne nešto, aktivira se određeni dio mozga.
"Kada slikamo mozak, možemo pomjeriti brk sa strane lica, a na suprotnoj strani mozga postoji mala žarišna tačka koju možete slikati u realnom vremenu", rekao je Stanley.
Istraživači su skrenuli brkove pacova, a zatim su koristili tehnologiju optičkog snimanja kako bi promatrali područja mozga koja su bila aktivirana i izmjerili preklapanje između tih područja. Pacovi su također bili obučeni da izvedu određeni zadatak u zavisnosti od toga koji je brk skrenut.
Istraživači su otkrili da putevi u mozgu imaju mogućnost prebacivanja između obavljanja različitih vrsta zadataka, kao što je otkrivanje senzornog unosa i odlučivanje šta učiniti s tim informacijama.
"Isto kolo, iste ćelije, ali rade nešto drugačije u dva različita konteksta", rekao je Stanley.
Kada inženjeri žele da kolo nešto uradi, oni grade kolo specifično za taj zadatak. Kada žele da kolo radi nešto drugo, oni grade drugačije kolo. Ali u mozgu, put se adaptivno mijenja između dobrog u otkrivanju nečega do dobrog u razlikovanju nečega, pokazala je studija.
"Kao inženjer, ne mogu dizajnirati kolo koje bi to učinilo", rekao je Stanley. "Ovdje mozak iskoči i kaže, 'Ja sam bolji od tebe u ovome'."
Učenje više o tome kako sklopovi u mozgu mogu dovesti do boljeg razumijevanja bolesti, terapijskih primjena ili potencijalnog poboljšanja načina na koji mozak funkcionira. Stanley je rekao da bi inženjeri na cesti mogli eksperimentalno manipulirati moždanim krugovima kako bi izvršili željeni zadatak.
"Možemo li pojedince učiniti boljim u nečemu? Možemo li ih natjerati da brže otkrivaju stvari ili da razlikuju stvari s boljom oštrinom?" rekao je Stanley. "Koristeći moderne tehnike, vjerujemo da zapravo možemo utjecati na kolo i natjerati ga da selektivno zgrabi jednu vrstu informacija iz vanjskog svijeta u odnosu na drugu."
Istraživanje su finansirali Nacionalni instituti za zdravlje (NIH) i Nacionalna naučna fondacija (NSF).
