Studiul publicat recent în Nature a descoperit mecanismele prin care creierul organizează secvențele comportamentale, dezvăluind cum anumite celule cerebrale, localizate în cortexul frontal medial, ajută la urmărirea progresului în sarcinile complexe.
Cercetătorii descoperă cum creierul „mapează” secvențele comportamentale
Aceste neuroni funcționează ca niște „hărți” interne, care permit creierului să regleze secvențele de acțiuni necesare pentru atingerea unor scopuri multiple. Această descoperire a arătat că progresul nu este doar o reacție fizică la timp sau distanță, ci o organizare abstractă a progresului în cadrul unei sarcini, ceea ce este esențial pentru planificare, raționament și luarea deciziilor, scrie sursa citată.
Comportamentul uman se caracterizează prin secvențe complexe de acțiuni pentru a atinge un obiectiv. De exemplu, în timp ce gătești sau rezolvi o problemă complexă, aceste secvențe sunt structurate astfel încât fiecare acțiune să construiască pe baza celei anterioare. Creierul formează „scheme”, care sunt cadre generalizate care permit adaptarea și învățarea unor noi comportamente.
În acest context, cercetătorii au încercat să înțeleagă cum funcționează codificarea progresului într-o sarcină complexă și multi-obiectiv, ceea ce este esențial pentru explicarea modului în care creierul organizează și execută secvențele de acțiuni.
Cercetătorii au conceput un experiment cu șoareci pentru a studia această problemă. Sarcina lor era să navigheze într-un labirint 3×3 pentru a colecta recompense de apă, aflate în patru locații de obiective (A, B, C, D), dispuse într-un ciclu repetitiv. La finalul fiecărui ciclu, secvența se reseta, iar șoarecele trebuia să revină la locația inițială pentru a continua.
Chiar dacă locațiile recompenselor se schimbau de la o sarcină la alta, structura generală a secvenței rămânea constantă. Această configurație le-a permis cercetătorilor să investigheze dacă șoarecii pot învăța să generalizeze cadrul secvenței, fără a depinde de un layout spatial specific.
Prin monitorizarea activității neuronale din cortexul frontal medial al șoarecilor, cercetătorii au identificat două tipuri principale de răspunsuri neuronale: „reglajul progresului către scopuri” și „reglajul stării”.
Neuronii care răspundeau la progresul sarcinii se activau în funcție de poziția șoarecelui în structura abstractă a sarcinii, mai degrabă decât în funcție de variabilele fizice cum ar fi timpul sau distanța. Aceasta a permis creierului să mențină o înțelegere flexibilă a progresului în sarcină, indiferent de schimbările în layout-ul labirintului.
Un alt grup de neuroni a arătat „reglajul stării”, activându-se la momente specifice ale secvenței, cum ar fi la îndeplinirea unui scop. Acești neuroni erau organizați în grupuri sau module, fiecare modul acționând ca o unitate de memorie pentru o anumită parte a secvenței. Aceste module permiteau creierului să urmărească și să prevadă structura secvenței, facilitând adaptarea rapidă la noi sarcini.
Atunci când structura secvenței a fost modificată pentru a include un al cincilea obiectiv, aceleași sisteme neuronale s-au adaptat fără probleme. Acest lucru a demonstrat că creierul folosește „blocuri de construcție” reutilizabile pentru a reprezenta structuri abstracte de sarcini, în loc de a crea noi reprezentări pentru fiecare sarcină în parte. Aceasta sugerează o flexibilitate considerabilă în modul în care creierul învață și se adaptează la noi condiții.
Cercetătorii au descoperit, de asemenea, o organizare ierarhică a activității neuronale, unde semnalele simple de progres către scopuri sunt folosite pentru a construi reprezentări ale structurilor de sarcini mai complexe.
Aceste descoperiri au fost modelate utilizând un cadru computațional numit „buffer de memorie structurat” (SMB), care sugerează că neuronii sunt organizați în module care codifică progresul față de pași comportamentali specifici, formând o rețea dinamică ce permite creierului să calculeze și să stocheze secvențe de acțiuni.
În ciuda importanței acestor descoperiri, studiul are limitări. Rezultatele se bazează pe modele animale, care, deși foarte utile, nu reflectă întreaga complexitate a comportamentului uman. Cercetările viitoare ar putea confirma dacă aceleași mecanisme sunt prezente și în creierul uman. De asemenea, studiul s-a concentrat pe sarcini relativ simple, iar cercetările viitoare ar putea investiga modul în care creierul gestionează secvențele mai complexe sau combină secvențele separate într-un cadru mai amplu.
Un alt domeniu de interes pentru cercetători este cum aceste tipare de activitate cerebrală se dezvoltă în timp, pe măsură ce creierul învață și își perfecționează „hărțile” comportamentale. Înțelegerea acestui proces ar putea duce la noi strategii pentru îmbunătățirea învățării și a adaptabilității creierului.
CITEȘTE ȘI – O descoperire accidentală a cercetătorilor ar putea revoluționa tehnologiile de memorie de generație
