Kiekvieną dieną jūsų smegenys priima tūkstančius sprendimų neapibrėžtumo sąlygomis. Dažniausiai atspėjate teisingai. Kai to nedarai, moki. Tačiau kai sutrinka smegenų gebėjimas spręsti kontekstą ar priskirti prasmę, mintys ir elgesys gali suklysti. Esant psichikos sutrikimams, pradedant dėmesio trūkumo / hiperaktyvumo sutrikimu ir baigiant šizofrenija, smegenys gali klaidingai įvertinti, kiek įrodymų reikia surinkti prieš imantis veiksmų, arba nesugebėti prisitaikyti, kai pasaulio taisyklės keičiasi remiantis nauja informacija.
„Neapibrėžtumas yra įtrauktas į smegenų laidus“, – sako Michaelas Halassa, Tuftso universiteto medicinos mokyklos neurologijos profesorius. „Pavaizduokite neuronų, duodančių balsus, grupes – vieni optimistiški, kiti pesimistiški. Jūsų sprendimai atspindi vidurkį.” Kai ši pusiausvyra iškreipta, smegenys gali klaidingai suprasti pasaulį: suteikti per daug reikšmės atsitiktiniams įvykiams, kaip šizofrenija, arba įstrigti griežtuose modeliuose, kaip obsesinis-kompulsinis sutrikimas.
Supratimas apie tuos uždegimo sutrikimus jau seniai metė iššūkį mokslininkams, sako Halassa. „Smegenys kalba pavienių neuronų kalba. Tačiau fMRT – įrankis, kurį naudojame žmonių smegenų veiklai tirti – seka kraujo tėkmę, o ne atskirų smegenų ląstelių elektrinį plepėjimą.”
Tą spragą panaikinti reiškia derinti įžvalgas iš vienos ląstelės tyrimų su gyvūnais, žmogaus smegenų vaizdų ir elgesio. Dabar naujo tipo kompiuterinis modelis, pagrįstas tikra biologija, leidžia tyrėjams imituoti, kaip smegenų grandinės priima sprendimus ir prisitaiko, kai keičiasi taisyklės.
Modelis, vadinamas CogLinks, į savo dizainą įtraukia biologinį realizmą, atspindėdamas, kaip tikrosios smegenų ląstelės yra sujungtos, ir užkoduodamas, kaip jos priskiria vertę dažnai dviprasmiškiems ir neišsamiems išorinės aplinkos stebėjimams. Skirtingai nuo daugelio dirbtinio intelekto sistemų, kurios veikia kaip „juodosios dėžės“, „CogLinks“ tyrėjams tiksliai parodo, kaip jos virtualūs neuronai susieja struktūrą su funkcionavimu. Dėl to mokslininkai gali nustatyti, kaip šios virtualios smegenys mokosi iš patirties ir pasisuka, remdamosi nauja informacija.
Spalio 16 d. paskelbtame tyrime Gamtos komunikacijosvyresnysis autorius Halassa ir kolegos iš Masačusetso technologijos instituto (MIT) naudojo CogLinks, kad ištirtų, kaip smegenų grandinės koordinuoja lankstų mąstymą. Kaip ir smegenų skrydžio treniruoklis, „CogLinks“ leidžia tyrėjams išbandyti, kas nutinka, kai pagrindinės sprendimų priėmimo grandinės nukrypsta nuo kurso. Kai jie susilpnino virtualų ryšį tarp dviejų imituojamų smegenų regionų – prefrontalinės žievės ir viduriniojo talamo – sistema pradėjo lėtesnį, įpročiais pagrįstą mokymąsi. Šis rezultatas rodo, kad šis kelias yra būtinas prisitaikymui.
Siekdama išsiaiškinti, ar šios prognozės pasitvirtino žmonėms, komanda atliko papildomą fMRI tyrimą, taip pat paskelbtą m. Gamtos komunikacijoskurį prižiūrėjo ir Burkhardas Plegeris iš Rūro universiteto Bochumo ir Halassa. Savanoriai žaidė žaidimą, kurio taisyklės netikėtai pasikeitė. Kaip ir tikėtasi, prefrontalinė žievė planavo, o gilus, centrinis smegenų regionas, žinomas kaip striatum, vadovaujasi įpročiais, tačiau vidurinis talamas užsidegė, kai žaidėjai suprato, kad taisyklės pasikeitė ir pakoregavo savo strategiją.
Vaizdas patvirtino tai, ką prognozavo modelis: vidurinis talamas veikia kaip skirstomasis skydas, jungiantis dvi pagrindines smegenų mokymosi sistemas – lanksčią ir įprastą – ir padeda smegenims suprasti, kada pasikeitė kontekstas, ir atitinkamai keisti strategijas.
Halassa tikisi, kad tyrimas padės sukurti naujos rūšies „algoritminę psichiatriją“, kurioje kompiuteriniai modeliai padeda atskleisti, kaip psichikos ligos atsiranda dėl smegenų grandinių pokyčių, nustatant biologinius žymenis, kad būtų galima tiksliai gydyti.
„Vienas iš didžiausių psichiatrijos klausimų yra tai, kaip susieti tai, ką žinome apie genetiką, su kognityviniais simptomais“, – sako Mien Brabeeba Wang, CogLinks tyrimo pagrindinis autorius, fMRI tyrimo bendraautoris ir MIT doktorantas Halassa laboratorijoje.
„Daugelis su šizofrenija susijusių mutacijų paveikia cheminius receptorius, esančius visose smegenyse“, – sako Wang. „Būsimas CogLinks naudojimas gali padėti mums suprasti, kaip dėl šių plačiai paplitusių molekulinių pokyčių smegenims gali būti sunkiau organizuoti informaciją lanksčiam mąstymui.”