Skip to main content

Numbers in the brain: the impact of brain lateralization on numerical abilities

Article Category

Article available in the folowing languages:

Morski księgowy, danio pręgowany, pokazuje nam szerszą perspektywę

Przydzielenie określonych funkcji lewej lub prawej półkuli mózgu (lateralizacja) prawdopodobnie zwiększa szybkość i skuteczność przetwarzania danych, podobnie jak przetwarzanie równoległe w przypadku obliczeń. Znaczenia lateralizacji dla licznych procesów (o potencjalnym znaczeniu dla zaburzeń takich jak dyskalkulia) dowodzą ciekawe wyniki badań nad danio pręgowanym.

Badania podstawowe

Przez ponad sto lat od odkrycia zjawiska lateralizacji mózgu było ono uznawane za cechę występującą wyłącznie u ludzi, powiązaną z kognitywną wyższością naszego gatunku. Obecnie wiemy już, że cecha ta powszechnie występuje w królestwie zwierząt, nawet niewielkie danio pręgowane przejawiają zachowania wskazujące na lateralizację oraz wyraźne asymetrie neuroanatomiczne. Danio pręgowany jest przy tym gatunkiem modelowym w dziedzinie badań nad manipulacją genetyczną dzięki prostemu genomowi i przezroczystemu rozwijającemu się embrionowi. A do tego świetnie radzi sobie z liczbami! Maria Elena Miletto Petrazzini wykorzystała wszystkie te zalety, aby przestudiować lateralizację zdolności obliczeniowych danio pręgowanego. Uzyskane wyniki mogłyby mieć przełożenie na inne kręgowce, w tym ludzi. Badaczka prowadziła prace w ramach projektu NUMELAT. Otrzymała też indywidualne stypendium z działania „Maria Skłodowska-Curie”.

Asymetria ma określony cel

Danio pręgowane przejawiają zaawansowane zdolności matematyczne, które obejmują między innymi postrzeganie liczebników głównych (np. rozróżnianie większej z dwóch grup, tak jak w przypadku dorosłych samców wybierających grupy samic) oraz liczb porządkowych (np. świadomość tego, że drugie wyjście w korytarzu z wieloma podobnymi wyjściami prowadzi do towarzyszy). W przypadku takich procesów liczbowych rola lateralizacji jest niejasna, podobnie jak czas jej wystąpienia w trakcie rozwoju organizmu. Miletto Petrazzini przeanalizowała następujący scenariusz: poszczególne ryby z gatunku przejawiającego instynkt społeczny po umieszczeniu w nowym otoczeniu spontanicznie dołączają do większej z dwóch ławic, by uniknąć ewentualnych drapieżników. Uczona sprawdziła, jak radzą sobie z tym zadaniem ryby, w przypadku których asymetria mózgowa została zaburzona poprzez modyfikacje genetyczne i porównała ich działania z zachowaniem dziko żyjących ryb. Badaczka ustaliła, że danio pręgowany w wieku zaledwie 4 tygodni potrafi wybrać większą grupę, zaś utrata asymetrii wpływa negatywnie na jego decyzję. „Pogorszoną lateralizację funkcjonalną powiązano z zaburzeniami neuropsychiatrycznymi oraz dysfunkcjami kognitywnymi, w tym z dyskalkulią u ludzi, jednak nie wiadomo, które z nich jest przyczyną, a które skutkiem. Wyniki naszych badań sugerują, że zakłócona lateralizacja mózgu może powodować dysfunkcje kognitywne lub behawioralne”, objaśnia Miletto Petrazzini.

Rybko, witaj w klubie

Tak zwane neurony liczbowe znajdują się w korze nowej u ludzi i innych naczelnych. Występują one również u wron, które nie mają kory nowej. Sugeruje to, że u innych kręgowców obwody neuronowe odpowiedzialne za przetwarzanie liczności mogą być ewolucyjnie zachowane i znajdować się w obszarach mózgu pełniących funkcję analogiczną do kory nowej u ssaków. Miletto Petrazzini wyjaśnia: „We współpracy z Uniwersytetem Kalifornii Północnej wprowadziliśmy protokół obrazowania in vivo zwany dwufotonową mikroskopią oświetlenia płaszczyznowego (2P-SPIM), aby monitorować aktywność neuronową postaci larwalnej danio pręgowanego. Podczas prezentacji bodźców numerycznych uzyskaliśmy pierwsze wyniki wskazujące na obecność komórek aktywowanych w odmienny sposób przez zaprezentowanie innej liczby przedmiotów; komórki te mogą przypominać neurony odpowiedzialne za liczby, które występują u ludzi, innych naczelnych oraz ptaków”. Informacja ta może spowodować wydłużenie powstającej listy kręgowców posiadających neurony odpowiedzialne za przetwarzanie liczb, a tym samym wskazywać na proces zachowany ewolucyjnie.

Lateralizacja wpływa nie tylko na przetwarzanie liczb

Dodatkowo, po potwierdzeniu swoich pierwotnych hipotez, Miletto Petrazzini dokonała nieoczekiwanego odkrycia. „W trakcie opracowywania zautomatyzowanego testu mającego na celu ocenę zdolności dorosłych osobników do rozróżniania numerycznego poprzez prezentację bodźców na ekranie komputera odkryliśmy, że niektóre wzorce zmienionych asymetrii mózgu wpływały na ogólne umiejętności związane z uczeniem się oraz na impulsywne zachowanie”. Stypendium przyznane Miletto Petrazzini pomogło jej przeprowadzić rozstrzygające badania, a także zadać kolejne pytania, co wpłynęło pozytywnie na rozwój kariery badaczki. W przyszłości zamierza ona zająć się pochodzeniem ewolucyjnym kompetencji numerycznych, ich podstawą neuroanatomiczną oraz intrygującą rolą lateralizacji mózgu w procesie przetwarzania.

Słowa kluczowe

NUMELAT, lateralizacja, danio pręgowany, neurony liczbowe, asymetria mózgu, dyskalkulia, liczność, dwufotonowa mikroskopia arkusza światła, 2P-SPIM, obrazowanie in vivo

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania