Hva skjer i hjernen når det tar en beslutning?
Vi vet mye, men ikke nok, om hvordan tannhjulene passer sammen.
Piyushgiri Revagar, CC BY-NC-ND

Beslutninger spenner over et stort spekter av kompleksitet. Det er veldig enkle: Vil jeg ha et eple eller et stykke kake med min lunsj? Deretter er det mye mer kompliserte: Hvilken bil skal jeg kjøpe, eller hvilken karriere skal jeg velge?

Neuroscientists som meg har identifisert noen av de enkelte delene av hjernen som bidrar til å ta beslutninger som disse. Ulike områder behandle lyder, severdigheter eller relevant tidligere kunnskap. Men å forstå hvordan disse individuelle spillerne jobber sammen som et lag er fortsatt en utfordring, ikke bare for å forstå beslutningstaking, men for hele feltet av nevrovitenskap.

En del av grunnen er at nevrovitenskapen til nå har operert i en tradisjonell vitenskapelig forskningsmodell: Individuelle laboratorier arbeider alene, vanligvis med fokus på ett eller noen få hjerneområder. Det gjør det utfordrende for enhver forsker å tolke data samlet inn av et annet laboratorium, fordi vi alle har små forskjeller i hvordan vi driver eksperimenter.

Neuroscientists som studerer beslutningsprosesser setter opp ulike typer spill for dyr å spille, for eksempel, og vi samler inn data om hva som skjer i hjernen når dyret trekker seg. Når alle har et annet eksperimentelt oppsett og en metode, kan vi ikke avgjøre om resultatene fra et annet laboratorium er en anelse om noe interessant som faktisk skjer i hjernen eller bare et biprodukt av utstyrsforskjeller.

BRAIN-initiativet, som Obama-administrasjonen lanserte i 2013, begynte å oppmuntre til det samarbeidet som nevrovitenskapen trenger. Jeg tror bare det har ikke gått langt nok. Så jeg medstifter et prosjekt som heter International Brain Laboratory - et virtuelt mega-laboratorium bestående av mange laboratorier på forskjellige institusjoner - for å vise at ordtaket "alene vi går fort, sammen går vi langt" gjelder for nevrovitenskap. Det første spørsmålet samarbeidet tar tak i fokuserer på hjernens beslutningsprosesser.


innerself abonnere grafikk


Hjernens beslutningsteam

Individuelle nevrovitenskapslaboratorier har allerede avdekket mye om hvordan bestemte hjerneområder bidrar til beslutningstaking.

Si at du velger mellom et eple eller et stykke kake å gå med lunsj. Først må du vite at epler og kake er de to alternativene. Det krever handling fra hjernegrupper som behandler sensorisk informasjon - øynene dine ser eplens lysrøde hud, mens nesen din tar i den søte lukten av kaken.

Disse sensoriske områdene knytter ofte til det vi kaller tilknytningsområder. Forskere har tradisjonelt tenkt at de spiller en rolle sette ulike deler av informasjonen sammen. Ved å samle informasjon fra øynene, ørene og så videre, kan foreningens områder gi en mer sammenhengende, storbildevisning av hva som skjer i verden.

Og hvorfor velge en handling over en annen? Det er et spørsmål for hjernens belønning kretser, som er kritisk i veier verdien av forskjellige alternativer. Du vet at kaken vil smake søtt herlig nå, men du kan angre på det når du er på vei til treningsstudioet senere.

Deretter er det frontale cortex, som antas å spille a rolle i å kontrollere frivillig handling. Forskning tyder på at det er involvert i å begå en bestemt handling når nok innkommende informasjon er kommet. Det er den delen av hjernen som kan fortelle deg at stykket kake lukter så godt at det er verdt alle kaloriene.

Å forstå hvordan disse forskjellige hjerneområdene vanligvis jobber sammen for å ta beslutninger, kan bidra til å forstå hva som skjer i syke hjerner. Pasienter med sykdommer som autisme, skizofreni og Parkinsons sykdom bruker ofte sensoriske opplysninger på en uvanlig måte, spesielt hvis det er komplekst og usikkert. Forskning i beslutningsprosesser kan også informere behandling av pasienter med andre lidelser, som rusmisbruk og avhengighet. Faktisk, avhengighet er kanskje et godt eksempel av hvordan beslutningstaking kan gå veldig galt.

Et samarbeidsprosjekt spredt rundt om i verden

Nøyeforskere tar for øyeblikket mange snapshots av hva som skjer i bestemte områder av hjernen når det tar en beslutning. Men de samordner ikke mye med hverandre, så disse næringsstykkene passer ikke sammen for å gi oss det store bildet av beslutningsprosessen vi trenger.

Det var derfor et team av oss kom sammen for å danne International Brain Laboratory. Med støtte fra International Coordinating Facility for Neuroinformatikk, Wellcome Trust og Simons Foundation (også en grunnlegger av The Conversation USA), tar vi sikte på å skape det store bildet ved å designe et stort eksperiment som bruker nøyaktig samme tilnærming til å studere mange forskjellige hjerneområder. Fordi hjernen er så kompleks, trenger vi ekspertisen til mange forskjellige laboratorier som hver spesialiserer seg på spesielle hjerner. Men vi trenger dem til å koordinere og bruke samme tilnærming, slik at vi kan sette sammen alle sine forskjellige deler av bildet sammen.

Vi samler et team av 21 forskere som vil jobbe veldig tett for å forstå hvordan milliarder av nevroner samarbeider i en enkelt hjerne for å ta beslutninger. Omtrent et dusin forskjellige laboratorier vil hver gjøre en del av ett stort eksperiment ved å måle nevronaktivitet hos dyr involvert i nøyaktig det samme spillet. Våre lagmedlemmer registrerer aktivitet fra hundrevis av nevroner i hvert dyrs hjerne. Vi samler titusenvis av neuronal opptak som vi kan analysere sammen.

Hold det enkelt

I virkelige beslutninger kombinerer du mange forskjellige opplysninger - dine sanselige signaler, din interne kunnskap om hva som er givende, hva er risikabelt. Men å implementere det i en laboratoriekontekst er ganske vanskelig.

Vi håper å gjenskape musens naturlige foraging opplevelse. I virkeligheten er det mange forskjellige veier et dyr kan ta når det navigerer rundt i verden på jakt etter noe å spise. Det ønsker å finne mat, fordi maten er givende. Det bruker innkommende sensoriske tegn som: "Åh, jeg ser en cricket der borte!" Et dyr kan kombinere det med minne om belønning, som "Jeg vet at dette området har frodige bærbusker, jeg husker det fra i går, så jeg Jeg kommer dit. "Eller," Jeg vet at her var en katt forrige gang, så jeg ville bedre unngå det området. "

Ved første pass, ser det oppsettet vi bruker for International Brain Laboratory ikke helt naturlig ut. Musen har en liten enhet som den bruker til å rapportere beslutninger - det er faktisk et hjul fra et Lego-sett. For eksempel kan det hende at når det ser et bilde av et vertikalt gitter og dreier hjulet til bildet er sentrert, blir det en belønning. Hvis du tenker på hva foraging er - å utforske miljøet, prøve å finne belønninger, bruke sensoriske signaler og forkunnskaper - tar dette enkle Lego-hjulet sin essens.

Vi måtte virkelig tenke på avveien mellom å ha en atferd som var kompleks nok til å gi oss innblikk i interessante nevrale beregninger, og en som var enkel nok til at den kunne implementeres på samme måte i mange forskjellige eksperimentelle laboratorier. Balansen vi slo, var en beslutningstaking som starter enkel og blir mer og mer kompleks som et enkelt dyr oppnår ulike stadier av trening.

Den ConversationSelv i det enkleste, aller tidligste scenen vi ser på, hvor dyrene bare gjør frivillige bevegelser, bestemmer de når de skal ta en bevegelse for å høste en belønning. Jeg er sikker på at vi kan gå mye lenger, men selv om det er så langt vi får, vil det være veldig interessant å ha nevrale målinger fra hele hjernen under en enkel oppførsel som dette. Vi vet ikke hvordan det skjer i hjernen at du bestemmer når du skal ta en bestemt handling og hvordan du utfører den handlingen. Å ha nevrale målinger fra hele hjernen av det som skjedde like før dyret spontant bestemte seg for å gå og få en belønning, vil være et stort skritt fremover.

om forfatteren

Anne Churchland, lektor i nevrovitenskap, Cold Spring Harbour Laboratory

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Den Conversation. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker

at InnerSelf Market og Amazon