Un grup internaţional de cercetători a realizat prima hartă completă a activităţii creierului la şoareci, care arată cum se desfăşoară procesul de luare a deciziilor la nivelul fiecărui neuron. Studiul, publicat în două articole în revista Nature, reprezintă o schimbare de paradigmă, demonstrând că procesul decizional este distribuit în mod coordonat în întregul creier, şi nu limitat la câteva regiuni specifice, aşa cum se credea anterior.
Neurocercetători din 12 laboratoare de cercetare din Europa şi Statele Unite şi-au unit forţele într-un parteneriat internaţional fără precedent, lansat în 2017, pentru a obţine o realizare remarcabilă: o hartă neuronală care arată activitatea din întregul creier în timpul procesului de luare a deciziilor.
Datele, colectate de la 139 de şoareci, includ activitatea a peste 650.000 de neuroni din 279 de regiuni ale creierului, acoperind aproximativ 95% din creierul unui şoarece.
Este prima hartă care oferă o imagine completă asupra modului în care creierul funcţionează în ansamblu atunci când este luată o decizie.
Modelul adoptat de International Brain Laboratory (IBL) a fost inspirat de proiecte ştiinţifice de mare anvergură, precum CERN sau Proiectul Genomului Uman, şi s-a bazat pe utilizarea unor protocoale standardizate pentru colectarea şi procesarea datelor, garantând reproductibilitatea rezultatelor.
Pentru obţinerea acestui Atlas, şoarecii au fost supuşi unor teste decizionale în care trebuiau să reacţioneze la stimuli vizuali - un punct luminos care apărea pe partea stângă sau dreaptă a unui ecran. Ei trebuiau să rotească o rotiţă în direcţia corectă pentru a primi o recompensă. În unele teste, lumina era foarte slabă, astfel încât animalele trebuiau să ghicească direcţia pe baza experienţei anterioare, ceea ce a permis cercetătorilor să analizeze modul în care aşteptările anterioare influenţează percepţia şi deciziile.
Rezultatele primului studiu arată că semnalele decizionale nu sunt localizate într-o zonă specifică, ci sunt distribuite pe scară largă în creier. Această concluzie contrazice teoria clasică potrivit căreia creierul procesează informaţiile în etape, de la zonele senzoriale către cele de decizie şi apoi către cele care controlează mişcările, ca într-o reţea cu niveluri bine delimitate ierarhic. În schimb, rezultatele arată că există o comunicare constantă şi continuă între diferite regiuni ale creierului, care colaborează simultan în timpul luării deciziilor, iniţierii mişcărilor şi primirii recompensei. Prin urmare, studiile viitoare asupra comportamentelor complexe vor trebui să folosească o abordare integrată, care să analizeze creierul ca pe un sistem interconectat, nu ca pe un ansamblu de părţi separate.
Cel de-al doilea studiu a demonstrat că aşteptările bazate pe experienţele recente sunt codificate în multiple zone ale creierului, inclusiv în regiunile senzoriale, cum ar fi talamusul - primul centru care procesează informaţiile vizuale provenite de la ochi. Aceste concluzii confirmă teoria conform căreia creierul funcţionează ca un mecanism de predicţie, în care aşteptările joacă un rol central în ghidarea comportamentului.
Video: Activitatea neuronală s-a dovedit a fi mult mai extinsă decât se credea anterior, cu semnale electrice care se propagă în aproximativ 95% din creierul şoarecilor pe parcursul diverselor faze de luare a deciziilor. Harta la nivelul întregului creier arată 75.000 de neuroni analizaţi care se activează în diferite etape ale procesului de luare a deciziilor. La începutul testului, activitatea neuronală este redusă. Apoi, aceasta creşte în zonele vizuale situate în partea posterioară a creierului, urmată de o intensificare a activităţii în întregul creier, pe măsură ce se acumulează informaţii care duc la luarea unei decizii. În etapa următoare, se activează zonele motorii, odată cu iniţierea mişcării, iar în final, activitatea creşte brusc în toate regiunile creierului atunci când animalul primeşte recompensa. Daniel Birman/International Brain Laboratory
Descoperirile ar putea oferi indicii importante pentru înţelegerea unor tulburări neuropsihiatrice, precum schizofrenia sau autismul, afecţiuni asociate cu disfuncţii în actualizarea aşteptărilor la nivel cerebral.
Profesorul Alexandre Pouget, cofondator al IBL, a explicat că activitatea neuronală observată, în special în momentul recompensei, a iluminat întregul creier „precum un brad de Crăciun”.
Potrivit oamenilor de ştiinţă, acest proiect reprezintă un progres semnificativ faţă de metodele tradiţionale, care studiau doar câteva regiuni izolate ale creierului. Toate datele, protocoalele şi instrumentele folosite în cercetare au fost puse la dispoziţia comunităţii ştiinţifice pe site-ul IBL, pentru a accelera progresul în domeniu şi a sprijini cercetările viitoare.
Această hartă a activităţii neuronale la nivel celular oferă un instrument esenţial pentru neuroştiinţă şi deschide noi direcţii de cercetare privind modul în care creierul integrează informaţiile şi ia decizii.
Echipa IBL intenţionează să extindă proiectul către alte arii ale neuroştiinţei, menţinând principiul colaborării internaţionale şi al accesului deschis la date şi resurse.
Foto articol: International Brain Laboratory
