Κυματομορφές εγκεφάλου Νευρώνες Πυροδότηση

Γρίφος μέτρησης – Τα νευρικά κύτταρα μπορούν να ανιχνεύσουν μικρούς αριθμούς πραγμάτων καλύτερα από μεγάλους αριθμούς πραγμάτων

Έρευνα που διεξήχθη στο Tübingen και στη Βόννη εντόπισε στοιχεία δύο χωριστών μηχανισμών επεξεργασίας.

Όταν παρουσιάζονται δύο έως τέσσερα μήλα, μπορούμε να διακρίνουμε γρήγορα την καταμέτρηση. Ωστόσο, με πέντε ή περισσότερα μήλα, ο χρόνος αναγνώρισής μας αυξάνεται και συχνά κάνουμε λάθος υπολογισμούς. Στην πραγματικότητα, ο εγκέφαλος καταγράφει στην πραγματικότητα μικρότερους αριθμούς πραγμάτων διαφορετικά από τους μεγαλύτερους. Πρόσφατη έρευνα, που διεξήχθη από το Πανεπιστήμιο του Tübingen, το Πανεπιστήμιο της Βόννης και το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Βόννης, δείχνει ότι ο εγκέφαλος επεξεργάζεται μικρότερες ποσότητες με διαφορετικό τρόπο από τις μεγαλύτερες. Αυτά τα ευρήματα αναφέρθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Φύση Ανθρώπινη Συμπεριφορά.

Φανταστείτε ότι κάποιος μας δείχνει μια φωτογραφία ενός κουαρτέτου εγχόρδων και μας ζητά να πούμε πόσα άτομα υπάρχουν στην εικόνα. Δεν υπάρχει αρκετός χρόνος για να τα μετρήσουμε, αλλά όλοι μπορούμε να απαντήσουμε σαν μια βολή: “Τέσσερα!” Η επόμενη εικόνα δείχνει ένα σεπτέτο και πάλι μας δίνεται αρκετός χρόνος μόνο για να ρίξουμε μια γρήγορη ματιά. Διστάζουμε και δεν είμαστε τόσο σίγουροι αυτή τη φορά: «Οκτώ». Ο σωστός αριθμός είναι στην πραγματικότητα επτά, αλλά ήμασταν πολύ κοντά.

Διαβάστε επίσης: Οι επιστήμονες αποκαλύπτουν νευρικά μυστικά πίσω από την επιχειρηματική επιτυχία

Φαίνεται ότι υπάρχουν δύο διακριτοί τρόποι με τους οποίους εμείς ως άνθρωποι τείνουμε να επεξεργαζόμαστε πολλά πράγματα: Συνήθως είμαστε σε θέση να ανιχνεύουμε μικρούς αριθμούς πραγμάτων πολύ γρήγορα και σωστά. Αυτό περιγράφεται επίσης ως «υποβίβαση» σε ερευνητικούς κύκλους. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος αλλάζει ξαφνικά όταν υπάρχουν πέντε ή περισσότερα στοιχεία: Χρειαζόμαστε όλο και περισσότερο χρόνο για να απαντήσουμε και οι απαντήσεις μας γίνονται όλο και πιο ανακριβείς.

Κάποιοι ερευνητές έχουν υποθέσει λοιπόν ότι υπάρχουν δύο διαφορετικές μέθοδοι επεξεργασίας στον εγκέφαλο – μια ακριβής για μικρούς αριθμούς και ένας μηχανισμός εκτίμησης για μεγαλύτερους αριθμούς πραγμάτων. «Ωστόσο, αυτή η ιδέα έχει αμφισβητηθεί μέχρι τώρα», εξηγεί ο καθηγητής Florian Mormann από το Τμήμα Επιληπτολογίας του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου της Βόννης, ο οποίος διεξάγει έρευνα στο Πανεπιστήμιο της Βόννης. «Θα μπορούσε επίσης ο εγκέφαλός μας να κάνει πάντα μια εκτίμηση, αλλά τα ποσοστά λάθους για μικρότερους αριθμούς πραγμάτων είναι τόσο χαμηλά που απλώς περνούν απαρατήρητα».

Οι νευρώνες για μικρότερους αριθμούς πραγμάτων είναι πιο επιλεκτικοί

Η πρόσφατη μελέτη δείχνει στην πραγματικότητα, ωστόσο, ότι πράγματι επεξεργαζόμαστε μικρούς και μεγάλους αριθμούς πραγμάτων διαφορετικά. Οι ερευνητικές ομάδες που συμμετείχαν στο έργο κατάφεραν να αποδείξουν πριν από μερικά χρόνια ότι ο εγκέφαλος έχει νευρικά κύτταρα υπεύθυνα για κάθε αριθμό. Μερικοί νευρώνες πυροδοτούνται, για παράδειγμα, κυρίως για δύο στοιχεία, άλλοι για τέσσερα στοιχεία και πάλι άλλοι για επτά στοιχεία. «Ωστόσο, οι νευρώνες πυροδοτούνται επίσης ως απόκριση σε μικρές διακυμάνσεις στον αριθμό», εξηγεί ο καθηγητής Andreas Nieder από το Πανεπιστήμιο του Tübingen, ο οποίος ήταν ο άλλος κύριος συγγραφέας της μελέτης μαζί με τον Mormann. «Ένα εγκεφαλικό κύτταρο για έναν αριθμό «επτά» στοιχείων πυροδοτείται επίσης για έξι και οκτώ στοιχεία αλλά πιο αδύναμα. Το ίδιο κελί είναι ακόμα ενεργοποιημένο, αλλά ακόμη λιγότερο για πέντε ή εννέα στοιχεία.»

Ο Nieder ήταν ήδη σε θέση να επιδείξει αυτό το «αριθμητικό φαινόμενο απόστασης» σε πειράματα σε πιθήκους. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτή η επίδραση φαίνεται να εμφανίζεται μόνο σε ανθρώπους σε υψηλότερους αριθμούς. «Φαίνεται να υπάρχει ένας πρόσθετος μηχανισμός για αριθμούς περίπου μικρότερους από πέντε στοιχεία που κάνει αυτούς τους νευρώνες πιο ακριβείς», λέει ο νευροβιολόγος.

Όταν ένα εγκεφαλικό κύτταρο για έναν αριθμό από τρία πράγματα πυροδοτεί, ταυτόχρονα αναστέλλει τα εγκεφαλικά κύτταρα για τους αριθμούς δύο και τέσσερα. Αυτό μειώνει τον κίνδυνο αυτά τα κελιά να ενεργοποιηθούν εσφαλμένα για τον αριθμό τρία. Ωστόσο, αυτός ο μηχανισμός δεν υπάρχει για τους νευρώνες που ενεργοποιούνται για τους αριθμούς πέντε, έξι ή οκτώ. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο υπάρχει υψηλότερο ποσοστό σφάλματος για αυτούς τους αριθμούς.

Παρατήρηση μεμονωμένων εγκεφαλικών κυττάρων κατά την εργασία

Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου της Βόννης ωφέλησε τους ερευνητές στη μελέτη τους: Το Τμήμα Επιληπτολογίας του νοσοκομείου ειδικεύεται στη χειρουργική εγκεφάλου. Οι γιατροί εκεί προσπαθούν να θεραπεύσουν την επιληψία πραγματοποιώντας επεμβάσεις αφαίρεσης του νοσούντος νευρικού ιστού. Προκειμένου να προσδιορίσουν τη θέση της επιληπτογόνου εστίας, μερικές φορές εισάγουν πρώτα ηλεκτρόδια στον εγκέφαλο του προσβεβλημένου ατόμου.

Στην τελευταία μελέτη συμμετείχαν δεκαεπτά ασθενείς. Κατά την προετοιμασία για τις λειτουργίες τους, μικροηλεκτρόδια τόσο λεπτά όσο μια ανθρώπινη τρίχα εισήχθησαν στον κροταφικό λοβό. «Καταφέραμε να τα χρησιμοποιήσουμε για να μετρήσουμε την αντίδραση μεμονωμένων νευρικών κυττάρων σε οπτικά ερεθίσματα», εξηγεί η Esther Kutter, η οποία πραγματοποίησε μεγάλο ποσοστό των πειραμάτων για το διδακτορικό της στην ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Mormann.

Τα υποκείμενα της δοκιμής κάθονταν μπροστά από μια οθόνη υπολογιστή στην οποία εμφανίζονταν διαφορετικοί αριθμοί κουκκίδων για μισό δευτερόλεπτο. Στη συνέχεια ζητήθηκε από τους συμμετέχοντες να δηλώσουν εάν είχαν δει ζυγό ή περιττό αριθμό κουκκίδων. Κατάφεραν να ανταποκριθούν πολύ γρήγορα και ουσιαστικά δεν έκαναν λάθη έως και τέσσερις τελείες. Μετά από αυτό, ο αριθμός των σφαλμάτων αυξανόταν με τον αριθμό των κουκκίδων, όπως και ο χρόνος σκέψης που χρειάζονταν οι συμμετέχοντες για να ολοκληρώσουν την εργασία τους.

Αυτή η εργασία θα ανοίξει νέες ιδέες για τον τρόπο επεξεργασίας των αριθμών στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Μακροπρόθεσμα, τα ευρήματα θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε καλύτερη κατανόηση της δυσαριθμησίας, μιας αναπτυξιακής διαταραχής που σχετίζεται με την κακή κατανόηση των αριθμών.

Αναφορά: «Διακριτή νευρωνική αναπαράσταση μικρών και μεγάλων αριθμών στον ανθρώπινο έσω κροταφικό λοβό» από τους Esther F. Kutter, Gert Dehnen, Valeri Borger, Rainer Surges, Florian Mormann και Andreas Nieder, 2 Οκτωβρίου 2023, Φύση Ανθρώπινη Συμπεριφορά.
DOI: 10.1038/s41562-023-01709-3

Συμμετέχοντα ιδρύματα και χρηματοδότηση: Το Πανεπιστήμιο του Tübingen, το Πανεπιστήμιο της Βόννης και το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Βόννης συμμετείχαν στη μελέτη. Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Γερμανικό Ίδρυμα Ερευνών (DFG), το Γερμανικό Ομοσπονδιακό Υπουργείο Παιδείας και Έρευνας (BMBF) και το ερευνητικό δίκτυο iBehave στην Πολιτεία της Βόρειας Ρηνανίας-Βεστφαλίας.

Διαβάστε επίσης:

Εξαιρετικά ευέλικτο Ενδαγγειακό Ανιχνευτή Χαρτών Δραστηριότητα Βαθύ εγκεφάλου

Το έργο Zoonomia εξηγεί τη σύνδεση μεταξύ ανθρώπων και θηλαστικών

Η κλιματική αλλαγή αναμένεται να αυξήσει τον αριθμό των καταστροφικών ξαφνικών ξηρασιών

Απάντηση