Kiedyś myśleliśmy, że mózg działa jak precyzyjna maszyna.
Jedna komórka – jedno zadanie. Za Twoją lokalizację odpowiada „komórka lokalna”. „Komórka Jennifer Aniston” – za rozpoznanie jej twarzy. Wydawało się to logiczne. Czysty. Elegancki.
Było to jednak w dużej mierze błędne przekonanie.
Dane przeanalizował Stefano Fusi, badacz z Columbia University. I nie widział zespołu hiperspecjalistycznych ekspertów, ale tłum generalistów. „Te [wcześniej opisane] neurony stanowią raczej wyjątek niż regułę” – mówi.
A co z komórkami, które są obficie obecne? Te, które zignorowaliśmy, ponieważ nie były wystarczająco „błyszczące”? Być może to oni wykonują większość ciężkich prac.
Mit o neuronie jednofunkcyjnym
W 2013 roku Fusi zauważył coś dziwnego w mózgach małp. Odkrył neurony o „mieszanej selektywności”. Komórki te reagowały nie na jeden bodziec, ale na kilka jednocześnie. Zostały aktywowane, gdy otrzymały złożone dane wejściowe. Były one związane z zadaniem, ale nie były powiązane z konkretną lokalizacją. Dla nich ważny był splot czynników.
Jednak jedno badanie na małpach nie mogło rozstrzygnąć debaty naukowej. Wymagana była skala. Należało zrozumieć, czy jest to osobliwość, czy norma.
Dlatego Fusi zwróciła się do Międzynarodowego Laboratorium Mózgu. Mieli nagrania aktywności ponad 100 myszy. Te zwierzęta nie tylko siedziały z założonymi łapami – one wykonywały pracę. Pokazano im obraz po lewej lub prawej stronie. Myszy musiały przesunąć go na środek, obracając koło.
Proste zadanie? Może. Ale aktywność neuronowa opowiedziała inną historię.
Jak mieszana selektywność dominuje w korze mózgowej
Naukowcy mapowali aktywność i poszukiwali wąskich specjalistów.
Znaleźli ich. Ale tylko w określonych obszarach. Na przykład pierwotna kora wzrokowa zachowała swój specjalny status. Komórki te zajmowały się wyłącznie wzrokiem. To była ich praca.
A gdziekolwiek indziej? Chaos. Albo, dokładniej, złożoność.
Neurony poza korą wzrokową przetwarzały więcej niż tylko obraz. Odpowiedzieli, gdzie dokładnie na ekranie znajdował się obraz. Decyzja o przesunięciu koła w lewo lub w prawo była dla nich ważna. Wzięli pod uwagę fizyczny akt obracania koła. Jedna komórka – wiele zadań.
Należy podkreślić, że wyspecjalizowane neurony [takie jak „komórki lokalne”] rzeczywiście istnieją. Ale to nie jest norma.
To nie było tylko to zadanie. Chodziło o to, jak różne neurony reagowały na ten sam bodziec. Weźmy obszary somatomotoryczne odpowiedzialne za planowanie ruchów. Niektóre komórki uruchamiały się energicznie, gdy myszy oblizały wargi lub poruszały wąsami. Inni ledwo zareagowali.
Poszczególne neurony nie mają widzenia tunelowego. Nie skupiają się na jednej informacji. Rzucili szeroką sieć danych.
Dlaczego metody ogólne mogą być bardziej skuteczne
Ben Hayden z Baylor College of Medicine nazwał odkrycia „głośnym policzkiem” starej teorii.
Problemem ze znalezieniem specjalistów są niekończące się poszukiwania. Nie znalazłeś komórki, której szukasz? Powiedz: „Chyba po prostu muszę zapisać więcej danych”. Hayden wskazuje na zakres nowego badania. Zarejestrowano 14 000 neuronów.
A mimo to większość z nich to kombi.
To zmienia nasze rozumienie przepustowości mózgu. Gdyby każdy neuron pełnił tylko jedną funkcję, do przetworzenia wszystkich możliwych kombinacji danych wejściowych wymagana byłaby nieskończona liczba komórek. Uniwersalia rozwiązują ten problem. Reagując inaczej na wiele sygnałów wejściowych, maksymalizują ilość informacji, które mózg może przetworzyć.
Prawdopodobnie dotyczy to pamięci, funkcji poznawczych, podejmowania decyzji i percepcji. Nie oddzielne działy, ale jedna sieć.
Gdzie dalej iść?
Zadanie dla myszy było proste. Prawdziwe problemy są wielowymiarowe. Fusi to przyznaje. Chce zrozumieć, kiedy neurony decydują się na skupienie i kiedy szeroko rozprowadzają uwagę.
Następnym krokiem jest brak myszy. To są naczelne. I ludzie.
Jego zespół współpracuje z badaczami badającymi pacjentów chorych na padaczkę. Pacjenci ci są przytomni podczas operacji na otwartej czaszce. To rzadkie okno możliwości. Pozwala rejestrować aktywność ludzkich neuronów w czasie rzeczywistym.
Fusi chce całkowicie zmienić swoją optykę. Przestań przeglądać komórki jedna po drugiej.
To trudne. To jest chaotyczne. Ale to konieczne. Jeden neuron nie komunikuje się tylko z jednym innym neuronem. Każdy neuron łączy się z około 10 000 innych poprzez swoje drzewo dendrytyczne. Widzi całą sieć.
Powinniśmy zobaczyć to samo.
