24.06.2007

Creierul nostru are cel puţin doi administratori

Creierul nostru are cel puţin doi administratori
Foto: Două reţele de neuroni ce lucrează în paralel. Sursa: Universitatea Washington
Cercetătorii de la Universitatea din Wahington au descoperit două reţele neuronale care lucrează în paralel, independent pentru îndeplinirea aceluiaşi obiectiv.


Categorie: Biologie
Autor: Cristian Presură



Creierul este o structură de neuroni extrem de complexă, care pare că este organizată pe reţele, fiecare cu administratorul ei, toţi lucrând (în general) pentru atingerea aceluiaşi scop. Recent, această teorie a fost demonstrată experimental prin vizualizarea activităţii diferitelor regiuni din creier. Cercetătorii de la Universitatea din Wahington au descoperit două astfel de reţele neuronale. Una dintre reţele este asociată sarcinilor creierului pe termen lung. A doua reţea este activă mai ales la începutul unei sarcini şi atunci când trebuie aduse schimbări rapide sarcinii. Cele două reţele de neuroni lucrează în paralel, independent, la îndeplinirea aceluiaşi obiectiv.

Dintre toate întrebările despre Univers (cât de mare este? cât de bătrân? etc.) poate că cea care ne urmăreşte cel mai mult este „Cine suntem?”. Paradoxal, ştiinţa a făcut progrese uriaşe în înţelegerea lumii din jurul nostru, dar răspunsul la întrebarea „Cine suntem?” ramâne încă eluziv... Am aflat cât de mare este Universul, cât de batrân este, dar nu ştim însă cine şi ce suntem, ştiinţific vorbind. Ştiinţa se pare că a ramas la nivelul lui Descartes, presupunând că suntem cumva o maşinărie mecanică ce a căpătat conştiinţa propriei exisţente...

În ultimul timp am crezut că putem răspunde la întrebarea „Cine suntem?” uitându-ne în creier. Ce poate fi mai simplu? Nu ar trebui decât să inventariem toţi neuronii din creier şi să vedem în care este localizată conştiinţa noastră. De exemplu, „teoria neuronului ultim” afirmă că de fapt conştiinţa noastră este localizată într-un singur neuron, care comandă apoi ceilalţi neuroni să pună în practică deciziile pe care le-a luat el. Inutil de menţionat, un astfel de neuron „căpitan” nu a fost găsit. Ceea ce am găsit însă în creier este o structură de neuroni extrem de complexă, care pare că este organizată pe reţele, toate lucrând (în general) pentru atingerea aceluiaşi ţel.

O astfel de reţea poate fi asociată „subconştientului” introdus de Freud, responsabil de acele gânduri ascunse care ies la iveală doar în vise. Un alt exemplu este cel ce apare în cazul pacienţilor al căror creier a suferit profunde distrugeri şi în care reţelele lucrează disfuncţional. Un caz celebru este cel al operaţiilor făcute pentru separarea celor două emisfere cerebrale, caz în care informaţia de la o emisferă cerebrală nu putea fi partajată cu cealaltă emisferă cerebrală, cele două reţele lucrând astfel independent. Un astfel de pacient poate în consecinţă să aibă dorinţe şi reacţii contrare, cu o mâna să vrea să ia un ziar să citească, iar cu cealaltă să-l îndepărteze. Fiecare mâna era controlată de câte o emisferă, iar cele două emisfere (reţele) pot da comenzi diferite dacă nu se mai pot „consulta”. În care dintre emisfere este localizată conştiinţa noastră? Greu de spus. Să remarcăm că însuşi răspunsul pacientului nu este relevant, pentru că el vine de la emisfera care controlează corzile vocale...

Un alt caz clinic este acela al persoanelor în care practic numai o reţea de neuroni îşi face simţită prezenţa. Aceste persoane îşi vor lua imediat pijamalele fie ca se află lângă patul de acasă, fie lângă un pat din magazin. Construcţia neuronilor pe reţele ce pot lucra în paralel la îndeplinirea sarcinilor face creierul nostru foarte eficient şi adaptiv. De exemplu, atunci când auzim cuvântul „câine”, putem în acelaşi timp să avem în minte imaginea unui câine, să-i auzim în gând lătratul şi eventual să facem o rimă cu acest cuvânt.

Această teorie a diferitelor reţele care lucrează în paralel în creier a devenit mai populară datorită lui Daniel C. Dennett, care încearcă să facă un pas înainte în explicarea conştiinţei. Teoria lui este că creierul este un ansamblu de astfel de reţele ce lucrează în paralel, ale căror administratori se schimbă pe rând, preluând comanda principală, şi creând iluzia lui „eu”, iluzia unei individualitaţi care s-ar afla la conducere.

Pâna acum au fost puţine rezultatele care să arate că structura creierului este într-adevăr construită pe astfel de reţele. Recent însă, un grup de cercetători de la Universitatea Washington din S.U.A a reuşit să vizualizeze două astfel de reţele. Astfel, cu ajutorul unui aparat de Imagistică prin Rezonanţă Magnetică Nucleară, ei au investigat creierul a aproape 70 de persoane. Aceste aparate pot „fotografia” diferite secţiuni din creier şi obţine imagini tridimensionale ale interiorului creierului.

O metodă des utilizată este fotografierea concentraţiei de oxigen din sângele aflat în diferite zone ale creierului. Cantitatea de oxigen consumată în acea regiune de creier este un indiciu al activităţii neuronale din acea regiune. Cu alte cuvinte, dacă o anumită zonă de neuroni este „în acţiune”, atunci creşte şi utilizarea oxigenului din sânge în zona respectivă, iar zona poate fi identificată şi localizată de către aparatul cu rezonanţă magnetică.

Doi administratori în creier

Foto: Variaţia concentraţiei de oxigen în două regiuni diferite din creier. Deoarece datele sunt corelate, putem presupune că cele două regiuni lucrează împreună, făcând parte din aceeaşi reţea de neuroni. Sursa: Proceedings of the National Academy of Sciences

În decursul experimentelor, persoanele au fost întinse pe o bancă şi aduse într-o stare de relaxare, apoi creierul lor a fost scanat pe o perioadă de timp de până la o oră. Variaţia concentraţiei de oxigen din sânge a fost apoi măsurată în timp pentru fiecare regiune din creier. În figura alăturată se poate vedea o astfel de variaţie, pentru două regiuni din creier situate la o distanţă de aproximativ 7 cm una de alta. Uimitor este la acest grafic cum cele două regiuni au aproape aceeaşi variaţie a concentraţiei de oxigen, deşi ele sunt situate la o distanţă mare una faţa de alta. Aceasta nu poate însemna decât că neuronii din cele două regiuni au fost puternic corelaţi: când lucra o regiune, lucra şi cealaltă! Cu alte cuvinte, cele două regiuni din creier fac parte din aceeaşi „echipă”!

Cercetătorii au analizat apoi corelaţiile dintre toate regiunile din creier, cu ajutorul unei teorii matematice numite „teoria grafurilor”. Ei au stabilit astfel care sunt neuronii care formează o reţea, cu alte cuvinte neuronii care lucrează mereu împreună, şi care sunt necorelaţi cu neuronii din altă reţea. Analiza lor scoate în evidenţă două reţele majore, prezentate în figura alaturată. Cele două reţele de neuroni lucrează astfel în paralel.

Doi administratori în creier

Foto: Locaţia spaţială în creier a celor două reţele de neuroni identificate de cercetători. Jos: Structura schematică a celor două ansamble care formează reţelele de neuroni. Sursa: Proceedings of the National Academy of Sciences

Una dintre reţele (denumită cinguloopercular în engleză) este asociată sarcinilor creierului pe termen lung. Ea se activează odată cu începerea unei sarcini, şi devine inactivă odată ce sarcina este terminată. A doua reţea de neuroni (denumită frontoparietal în engleză) este mai ales activă la începutul îndeplinirii unei sarcini şi atunci când trebuie aduse schimbări rapide. Cele două reţele de neuroni lucrează deci în paralel, independent, la îndeplinirea aceluişi obiectiv.

În lumea înconjurătoare nu este însă ceva neobişnuit ca un sistem să fie controlat de mai mulţi administratori. Astfel, controlul temperaturii corpului se face simultan de către trei „echipe” independente: una care controlează transpiraţia, alta metabolismul şi alta nivelul de activitate. Toate trei însă lucrează la acelaşi scop, reglarea temperaturii corpului. Ceea ce este nou însă în rezultatele de astăzi este că o astfel de structură de reţele independente este regăsită şi la nivelul creierului.

Sursa originală: Proceedings of the National Academy of Sciences şi Universitatea din Washington. Ştire prelucrată de www.stiinta.info.

[www.stiinta.info]

Comentarii

Adauga un comentariu

Adauga un comentariu

This is a captcha-picture. It is used to prevent mass-access by robots. (see: www.captcha.net)
Introdu codul:
Numele dumneavoastra:
Comentariu. Atentie, salveaza textul inainte de a-l trimite, ca o precautiune... Poti selecta tot comentariul cu CTRL-A si copia cu CTRL-C:
 
  • October 28, 2008, 3:25 pm - cristi

    o observatie foarte pertinenta si interesanta! desigur, decizia este luata de un "eu", ramane insa deschisa posibilitatea sa fie mai multe "eu"-uri, dupa cum si in companii deziciziile se iau pe mai multe nivele... Nu e vorba de "cativa neuroni" cum spui tu, ci de sute de mii poate, milioane... faptul insa ca viteza de procesare este foarte rapida, si ne da iluzia unor retele independente, asa cum sugerezi tu, mi se pare, din nou, foarte bine observat...


  • October 28, 2008, 2:39 pm - cineva

    Parerea mea este ca acele asa zise retele independente de neuroni lucreaza consecutiv, una dupa cealalta, dar cu un schimb de informatii intre ele atat de rapid incat ar putea parea ca lucreaza in paralel. Un exemplu ar fi viteza de lucru a unui procesor de calculator, care la o analiza superficiala ar parea ca lucreaza continuu, cand de fapt el lucreaza cu anumite secvente de informatii, pe care la analizeaza, copie altele din memoria calculatorului de exemplu, le analizeaza, apoi altele si tot asa. Dar asta nu inseamna ca procesorul lucreaza continuu si in acelasi timp cu memoria si ca ar avea amandoua acelasi rol, memoria este cu rolul de a stoca informatii si procesorul probabil de a o analiza sau procesa. Nu pot fi puse insa amandoua pe acelasi rang. Normal ca este o legatura intre toate partile creierului, probabil sunt anumite zone, fiecare soecializate pe anumite analize de informatii, provenite din diferite zone, de la diferiti receptori, si acel "eu" se foloseste de rezultatul analizelor fiecarei "zone de neuroni", dar asta nu inseamna ca fiecare zona are si propria personalitate, e o aberatie. Ca sunt zone specializate pe diferite tipuri de analize, probabil asa e, dar nu concep ca mai au si un caracter aceste asa zise retele proprii de neuroni. Schimbul de informatii e normal sa se faca intre diferite zone, ca sa fie creierul un ansamblu, dar decizia finala in urma interpretarii rezultatelor obtinute de la fiecare din aceste zone trebuie sa o ia cineva mai presus de ele, si acela probabil este "eu-l" de care vorbesc ei. Bineinteles ca daca schimbul de informatii dintre diferite zone ale creierului se face la viteze foarte mari, poate nano secunde sau si mai putin, poate parea un fel de simultaneitate la o analiza de suprafata, dar asta nu inseamna ca este chiar asa. Mi se pare o aberatie de gradinita chestia asta cu "personalitati individuale" ale catorva neuroni.