Το «κουτί» της σκέψης μας μπορεί να είναι… ο ίδιος μας ο εγκέφαλος! Νέα μελέτη δείχνει πώς ο προμετωπιαίος φλοιός εμποδίζει την υιοθέτηση καλύτερων στρατηγικών, με προεκτάσεις για νευροποικιλότητα και θεραπείες.
Ο προμετωπιαίος φλοιός, μια περιοχή του εγκεφάλου που συνδέεται εδώ και καιρό με την εκμάθηση πιο ευέλικτων συμπεριφορών, μπορεί μερικές φορές να εμποδίζει την ικανότητα να σκεφτόμαστε «έξω από το κουτί», όπως δείχνει μια νέα μελέτη σε ποντίκια. Το εύρημα, από βιολόγους του Πανεπιστημίου Emory, δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science Advances.
«Είναι ένα εκπληκτικό αποτέλεσμα», λέει ο Robert Liu, ανώτερος συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής βιολογίας στο Emory. Η ομάδα του έδειξε ότι, για μια συγκεκριμένη φυσική συμπεριφορά σε ποντίκια, ο προμετωπιαίος φλοιός εμποδίζει την υιοθέτηση μιας νέας και καλύτερης στρατηγικής για την επίλυση ενός προβλήματος, το να σκεφτεί κανείς «έξω από το κουτί» απαιτεί την καταστολή αυτού του εκτελεστικού, αποφασιστικού τμήματος του εγκεφάλου.
Το εύρημα μπορεί να προσφέρει πληροφορίες για τους μηχανισμούς που εμπλέκονται στην ανθρώπινη νευροποικιλότητα και σε ορισμένες γνωστικές διαταραχές. Προσθέτει απόχρωση στην κατανόηση του ρόλου του προμετωπιαίου φλοιού —που συχνά περιγράφεται ως το «σύστημα διαχείρισης» του εγκεφάλου, εμπλεκόμενο στον έλεγχο της εργαζόμενης μνήμης, στη λήψη αποφάσεων, στην ευέλικτη σκέψη και στις συναισθηματικές αντιδράσεις.
Εστίαση στη στιγμή
Τα ζώα, όπως και οι άνθρωποι, συχνά επιμένουν σε ό,τι λειτούργησε καλά στο παρελθόν για να πετύχουν έναν στόχο —μια στρατηγική «win-stay» (μείνε σε ό,τι κερδίζεις). Όταν εμφανιστεί μια εξυπνότερη στρατηγική, ιδανικά μαθαίνουν να την υιοθετούν.
«Μια αναλογία είναι η εκμάθηση ενός παιχνιδιού, όπως το πόκερ», λέει ο Kai Lu, πρώτος συγγραφέας της μελέτης και μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο Liu.
Οι νέοι παίκτες πόκερ, εξηγεί ο Lu, εστιάζουν περισσότερο στις μαθηματικές πιθανότητες και στην αξία των φύλλων που κρατούν και αυτών στο τραπέζι. Για βέλτιστο παιχνίδι, όμως, χρειάζεται να μάθουν να προσαρμόζουν τη στρατηγική τους κατά τη διάρκεια κάθε παιχνιδιού, με βάση λεπτές ενδείξεις από τους άλλους παίκτες, ώστε να συνυπολογίζουν την πιθανότητα μίας μπλόφας.
Ενώ η μία στρατηγική βασίζεται κυρίως στη μνήμη, η άλλη στηρίζεται περισσότερο σε εξωτερικά αισθητηριακά σήματα.
Μελετώντας μια φυσική συμπεριφορά
Το εργαστήριο Liu ερευνά τις λειτουργικές, μηχανιστικές, αναπτυξιακές και εξελικτικές καταβολές συμπεριφορών που προκαλούνται από ερεθίσματα. Χρησιμοποιεί τον ήχο ως ερέθισμα σε εργαστηριακά μοντέλα τρωκτικών, συνδυάζοντας πειραματικές, υπολογιστικές και χημειογενετικές τεχνικές.
Συνήθως, τα εργαστηριακά πειράματα για τη μελέτη νευρικών μηχανισμών εκμάθησης προσανατολίζονται απλώς στη δημιουργία νέων συσχετίσεων μέσω ενίσχυσης της επιτυχίας ή τιμωρίας της αποτυχίας. Ο ρόλος των προδιαθέσεων στην καθοδήγηση της συμπεριφοράς συνήθως δεν λαμβάνεται υπόψη.
Το εργαστήριο Liu ήθελε να εστιάσει στους νευρικούς μηχανισμούς καθώς ένα ποντίκι μαθαίνει από την αρχή να αντικαθιστά μια πεπερασμένη στρατηγική απόφασης με μια πιο αποτελεσματική. Οι ερευνητές σχεδίασαν πειράματα βασισμένα σε μια φυσική συμπεριφορά ποντικιών —την ανάκτηση μετατοπισμένων ποντικάκια για να τα επαναφέρουν στη φωλιά.
«Τα θηλυκά ποντίκια έχουν μια προεπιλεγμένη στρατηγική για την αναζήτηση των μικρών, πιθανώς χτισμένη μέσω της εξέλιξης και της εμπειρίας, που είναι απλώς να επιστρέφουν εκεί όπου βρήκαν τελευταία φορά ένα μικρό», λέει ο Liu. «Αλλά μπορούν επίσης να μάθουν να τα πηγαίνουν καλύτερα ακολουθώντας ένα αξιόπιστο ηχητικό σήμα που τους δείχνει πού μπορούν να βρουν το μικρό.»
Μαθαίνοντας να αλλάζουν στρατηγική
Για να διερευνήσουν τους νευρικούς μηχανισμούς πίσω από αυτή τη μετατόπιση από την προεπιλεγμένη στρατηγική, οι ερευνητές πραγματοποίησαν πειράματα χρησιμοποιώντας έναν λαβύρινθο σχήματος «Τ». Ένα ενήλικο θηλυκό ποντίκι τοποθετούνταν στη «φωλιά» στη βάση του «Τ», ενώ ένας τεχνητός ήχος έπαιζε ως φάρος για να προσελκύσει το ποντίκι είτε στον δεξί είτε στον αριστερό βραχίονα του «Τ», σηματοδοτώντας πού ο πειραματιστής θα παρέδιδε ένα μικρό ως ανταμοιβή για τη σωστή επιλογή.
Όπως αναμενόταν, τα ενήλικα θηλυκά ποντίκια αρχικά επέστρεφαν στον βραχίονα του «Τ» όπου είχαν βρει τελευταία φορά ένα μικρό, την προεπιλεγμένη στρατηγική «win-stay», ανεξάρτητα από το πού βρισκόταν ο ήχος. Με επαναλαμβανόμενες δοκιμές, όμως, εμφάνισαν σταδιακή μετατόπιση στρατηγικής, μαθαίνοντας να παρακάμπτουν την αναποτελεσματική προεπιλογή και να χρησιμοποιούν το ηχητικό σήμα για να επιλέγουν σωστά την πλευρά με τον ήχο πρώτα και να λαμβάνουν το μικρό γρηγορότερα. Οι μισές από τις 12 ενήλικες θηλυκές του πειράματος έκαναν αυτή τη μετατόπιση μέχρι την τέταρτη ημέρα, ενώ όλες έμαθαν να χρησιμοποιούν τον ήχο μέχρι την όγδοη ημέρα.
Στα ενήλικα ποντίκια εμφυτεύτηκαν πυριτικοί ανιχνευτές στον ακουστικό φλοιό και στον έσω προμετωπιαίο φλοιό, επιτρέποντας στους ερευνητές να συλλέξουν δεδομένα για το πώς πυροδοτούνταν οι νευρώνες σε αυτές τις εγκεφαλικές περιοχές καθώς τα ποντίκια εκτελούσαν το έργο ανάκτησης.
Σίγαση διαφορετικών περιοχών του εγκεφάλου
Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκαν χημειογενετικές μέθοδοι για να «σιγήσουν» συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου σε ενήλικα θηλυκά ποντίκια, τον ακουστικό φλοιό σε μία ομάδα και τον έσω προμετωπιαίο φλοιό σε μια άλλη, και τα πειράματα επαναλήφθηκαν.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η σίγαση του ακουστικού φλοιού επιδείνωσε, χωρίς όμως να καταργήσει πλήρως, την εκμάθηση μέσω ήχου σε σύγκριση με τις ομάδες ελέγχου. Η στρατηγική «win-stay» παρέμεινε ισχυρή και επέμεινε στα ζώα που δεν απέκτησαν πλήρως τη συσχέτιση με τον ήχο, ακόμη και μετά από οκτώ ημέρες εκπαίδευσης.
Η σίγαση του έσω προμετωπιαίου φλοιού, ωστόσο, επιτάχυνε τη χρήση της ακουστικής στρατηγικής, αντίθετα με την προσδοκία των ερευνητών ότι οι αποφάσεις των ποντικιών θα παρέμεναν πιο τυχαίες. Τα περισσότερα ποντίκια με σιγασμένο έσω προμετωπιαίο φλοιό έμαθαν την ακουστική στρατηγική μέσα σε μόλις δύο ή τρεις ημέρες.
Οι ερευνητές αποκατέστησαν τη δραστηριότητα στον έσω προμετωπιαίο φλοιό σε αυτά τα ποντίκια και επανέλαβαν τα πειράματα. Τα ποντίκια επέλεξαν και πάλι την προεπιλεγμένη στρατηγική. Αυτά τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν περαιτέρω ότι ο έσω προμετωπιαίος φλοιός κυρίως βοηθά στην εφαρμογή μιας στρατηγικής «win-stay», παρά επιτρέπει την υιοθέτηση της πιο αποτελεσματικής ηχητικής ένδειξης.
Οι παλιές συνήθειες δύσκολα πεθαίνουν
Τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι η εκμάθηση μιας καλύτερης στρατηγικής απαιτεί την υπέρβαση μιας εγκεφαλικής περιοχής που ενεργά προωθεί μια παλιά συνήθεια.
Οι ερευνητές θεωρούν ότι ο έσω προμετωπιαίος φλοιός βοηθά το μυαλό να εστιάζει σε παλιές εμπειρίες ή μελλοντικά σχέδια, κάτι που μπορεί να προσθέτει στις προκλήσεις ανάπτυξης μιας νέας συνήθειας.
Ο Lu το συγκρίνει με την εκμάθηση καταστολής της μηρυκαστικής σκέψης και εστίασης στον ήχο ενός κουδουνιού για την καθοδήγηση μιας συνεδρίας διαλογισμού. «Αντί να παραμένεις κολλημένος στο παρελθόν ή να σκέφτεσαι το μέλλον, χρειάζεται να εστιάζεις στο παρόν, δίνοντας προσοχή στη στιγμή», εξηγεί.
Το εργαστήριο Liu διεξάγει τώρα μελέτες σε ποντίκια των οποίων τα γονίδια έχουν τροποποιηθεί ώστε να αντικατοπτρίζουν γενετικούς δείκτες που συνδέονται με τον αυτισμό στους ανθρώπους. Αυτά τα πειράματα μπορεί να προσφέρουν περισσότερες πληροφορίες για τον ρόλο του έσω προμετωπιαίου φλοιού στη νευροποικιλότητα.
Οι ερευνητές συνεργάζονται επίσης με συνεργάτες για να δοκιμάσουν το μοντέλο τους σε ενήλικους ανθρώπινους συμμετέχοντες, χρησιμοποιώντας μη επεμβατικές νευροεπιστημονικές τεχνικές. Ο διακρανιακός μαγνητικός ερεθισμός, για παράδειγμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη ρύθμιση της δραστηριότητας νευρικών κυττάρων σε συγκεκριμένες εγκεφαλικές περιοχές στους ανθρώπους.
«Τελικά, θέλουμε να προσπαθήσουμε να αναπτύξουμε ένα θεραπευτικό μοντέλο —βασισμένο στα ευρήματά μας για τον ρόλο του προμετωπιαίου φλοιού έναντι των εξωτερικών ερεθισμάτων— για να δούμε αν θα μπορούσε να είναι χρήσιμο θεραπευτικά για ασθενείς με γνωστικές διαταραχές που σχετίζονται με την εκτελεστική λειτουργία», λέει ο Liu.
Επιμέλεια: PsychologyNow.gr
Αριθμός Πιστοποίησης Μ.Η.Τ. 242811