Badanie tajemnic percepcji i świadomości
Jak działa ludzka kora mózgowa? Co sprawia, że jesteśmy inteligentni? Jak możemy lepiej zrozumieć świadome postrzeganie? Od 20 lat Matthew Larkum, profesor badań nad plastycznością neuronów na Uniwersytecie Humboldta w Berlinie, analizuje związek między informacjami w korze mózgowej a głównymi neuronami, które tworzą tę część naszego mózgu. Celem jest zrozumienie mechanizmów komórkowych, które odpowiadają za zdolność kory mózgowej do łączenia informacji sensorycznych z wcześniejszym doświadczeniem. W oparciu o swoje prace prowadzone w Larkum Lab, Larkum zainicjował wspólnie z głównym badaczem Jaanem Aru projekt MECHPREDPRO, wspierany przez UE.
Zrozumieć, jak komórki interpretują informacje
Punktem wyjścia dla badań w projekcie była obserwacja, że główne komórki wyjściowe kory mózgowej – neurony piramidowe – mają dwie odrębne części, które odbierają różne sygnały wejściowe: jedna informacje generowane wewnętrznie, a druga informacje generowane zewnętrznie. Larkum już dawno temu wysunął hipotezę, zgodnie z którą właściwości tych komórek pozwalają im przewidywać i interpretować informacje, które otrzymują ze świata zewnętrznego. Jeśli wewnętrzne i zewnętrzne sygnały wejściowe docierające do neuronu pasują do siebie, komórka jest werbowana do intensywnego generowania impulsów w sposób, który może być wykryty w dalszych obwodach mózgowych. Inaczej mówiąc, „dopasowanie” do oczekiwań jest przesyłane do reszty mózgu. Głównym rezultatem tego finansowanego przez UE projektu jest teoria świadomości, która podchodzi do tego tajemniczego aspektu naszego życia z perspektywy komórkowej. „Istnieje wiele ciekawych koncepcji świadomości, choć niektóre z nich wydają się nieco zbyt śmiałe. Nasza teoria jest neurobiologiczna: wychodzimy od znanych faktów na temat procesów komórkowych”, mówi główny badacz Aru, którego praca była wspierana przez działanie „Maria Skłodowska-Curie”.
Wpływ przewidywań na świadome doświadczenie
W przeciwieństwie do większości dotychczasowych teorii koncepcja wyłożona w artykule Aru pt. „Cellular mechanisms of conscious processing” opublikowanym w czasopiśmie Trends in Cognitive Sciences wiąże świadomość z wydarzeniami na poziomie komórkowym. Uczony sugeruje, że świadomość może być zależna od interakcji pomiędzy różnymi przedziałami neuronów piramidowych, modulowanych przez struktury podkorowe, takie jak wzgórze. Fakt, że te części neuronów, które przenoszą informacje wewnętrzne, mają zasadniczy wpływ na świadome doświadczenia, jest zgodny z badaniami wykazującymi, iż świadome doświadczenie jest modulowane przez przewidywania i wcześniejszą wiedzę. „Przeprowadzono fascynujące eksperymenty pokazujące, że oczekiwania mogą powodować doświadczanie obiektów, które tak naprawdę nie istnieją w rzeczywistym świecie”. Takie iluzoryczne postrzeganie jest nie tylko patologiczne, ale może występować również u zdrowych ludzi, na przykład jeśli oczekujemy, że coś się wydarzy, lub gdy kontekst sugeruje, że jakiś obiekt powinien tam być”, mówi Aru. Badacze zaproponowali też, jak te podstawowe właściwości komórek mogą wyjaśnić takie zjawiska takie jak sny i iluzoryczne postrzeganie, które Aru analizuje w swoim artykule Apical drive – A cellular mechanism of dreaming? opublikowanym w czasopiśmie Neuroscience & Biobehavioral Reviews. W snach sygnał wejściowy z samego mózgu dominuje nad sygnałem wyjściowym neuronów zmysłowych i tym samym dyktuje nam, czego doświadczamy podczas snu. Wgląd w to, jak nasze mózgi przetwarzają i reagują na wewnętrzne i zewnętrzne informacje, przybliża nas do zrozumienia natury ludzkiej świadomości, a wiedza ta ma potencjalne zastosowania praktyczne. „Znajomość tych szczegółów będzie bardzo pomocna w badaniu patologii poznawczych, a także przyczyni się do rozwoju dziedziny sztucznych sieci neuronowych z biologicznie inspirowanymi sugestiami”, mówi Larkum, który nadzorował badanie.
Słowa kluczowe
MECHPREDPRO, kora mózgowa, neurony, sygnały szczytowe, przewidywanie, neurony piramidowe
