MENU

Συγχρονισμένα κύματα εγκεφάλου επιτρέπουν την ταχεία εκμάθηση

13 Ιουνίου 2014 • Νευρολογία, Υγεία

Το ανθρώπινο μυαλό μπορεί να απορροφήσει γρήγορα και να αναλύσει τις νέες πληροφορίες, καθώς «φτερουγίζει» από σκέψη σε σκέψη, χάρη σε συγχρονισμένα εγκεφαλικά κύματα.

Αυτές οι ταχέως μεταβαλλόμενες εγκεφαλικές καταστάσεις μπορούν να κωδικοποιηθούν από το συγχρονισμό των εγκεφαλικών κυμάτων σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου, σύμφωνα με μια μελέτη νευροεπιστημόνων του ΜΙΤ.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι μαϊμούδες μπορούν να μάθουν να κατηγοριοποιούν διαφορετικά μοτίβα από κουκκίδες με δύο περιοχές του εγκεφάλου να εμπλέκονται στη μάθηση (προμετωπιαίος φλοιός και ραβδωτό σώμα) και να συγχρονίζουν τα κύματα του εγκεφάλου τους, προκειμένου να σχηματίσουν νέα κυκλώματα επικοινωνίας.

«Βλέπουμε άμεσα αποδεικτικά στοιχεία για τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ αυτών των δύο συστημάτων κατά τη διάρκεια της μάθησης, που δεν είχαμε ξαναδεί. Η κατηγοριοποίηση της μάθησης οδηγεί σε νέα λειτουργικά κυκλώματα μεταξύ των δύο αυτών περιοχών, που βασίζονται στο ρυθμό, κάτι που αποτελεί το κλειδί σ’ αυτή τη νέα σχετικά έννοια στην νευροεπιστήμη συστημάτων», λέει ο Εarl Miller, καθηγητής της Νευροεπιστήμης στο MIT και κύριος συγγραφέας της μελέτης, που παρουσιάστηκε στο περιοδικό Neuron.

Υπάρχουν εκατομμύρια νευρώνων στον εγκέφαλο, που ο καθένας παράγει το δικό του ηλεκτρικό σήμα. Αυτά τα συνδυασμένα σήματα δημιουργούν ταλαντώσεις, γνωστές ως κύματα του εγκεφάλου, που μπορούν να μετρηθούν με ένα ηλεκτροεγκεφαλογράφημα. Η ερευνητική ομάδα επικεντρώθηκε σε μοτίβα ηλεκτροεγκεφαλογραφημάτων από τον προμετωπιαίο φλοιό, την έδρα του εκτελεστικού συστήματος ελέγχου του εγκεφάλου και από το ραβδωτό σώμα, που ελέγχει το σχηματισμό των συνηθειών.

Το φαινόμενο του συγχρονισμού εγκεφαλικών κυμάτων πιθανόν να προηγείται των αλλαγών στις συνάψεις ή τις συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων, που πιστεύεται ότι αποτελούν τη βάση της μάθησης και του μακροχρόνιου σχηματισμού μνήμης. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως «συναπτική πλαστικότητα», είναι πολύ χρονοβόρα για να εμπλακεί σε καταστάσεις που απαιτούν ευελιξία του ανθρώπινου μυαλού.

«Αν μπορούμε να αλλάξουμε τις σκέψεις μας από στιγμή σε στιγμή, αυτό δεν μπορεί να γίνει με τον συνεχή σχηματισμό νέων συνδέσεων και το σπάσιμό τους εντός του εγκεφάλου. Η συναπτική πλαστικότητα δεν μπορεί να συμβεί σε αυτό το είδος κλίμακας χρόνου, χρειάζεται πολύ περισσότερο χρονικό διάστημα. Πρέπει, λοιπόν, να υπάρχει ένας τρόπος που τα δυναμικά κυκλώματα ανταποκρίνονται στις σκέψεις που έχουμε αυτή τη στιγμή και στη συνέχεια αν περάσουμε σε άλλες σκέψεις ένα λεπτό αργότερα, αυτά τα κυκλώματα με κάποιο τρόπο διασπώνται. Πιστεύουμε ότι ο τρόπος αυτός είναι τα συγχρονισμένα εγκεφαλικά κύτταρα»,  λέει ο Μiller.

«Βουΐζουν» μαζί

Το εργαστήριο του Miller είχε δείξει στο παρελθόν ότι κατά τη διάρκεια της κατηγοριοποίησης της μάθησης οι νευρώνες στο ραβδωτό σώμα ενεργοποιούνται πολύ νωρίς και ακολουθούνται από μια πιο αργή ενεργοποίηση στον προμετωπιαίο φλοιό.

«Το ραβδωτό σώμα μαθαίνει (αποστηθίζει) πολύ απλά πράγματα, πολύ γρήγορα και στη συνέχεια εκπαιδεύει τον προμετωπιαίο φλοιό για να επιταχυνθεί σταδιακά μια ευρύτερη εικόνα. Το ραβδωτό σώμα μαθαίνει τα κομμάτια του παζλ και ο προμετωπιαίος φλοιός τοποθετεί αυτά τα κομμάτια μαζί», λέει ο Miller.

Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές θέλησαν να διερευνήσουν κατά πόσο αυτό το μοτίβο δραστηριότητας αντικατοπτρίζει στην πραγματικότητα την επικοινωνία μεταξύ του προμετωπιαίου φλοιού και του ραβδωτού σώματος, ή αν κάθε περιοχή λειτουργεί ανεξάρτητα. Για να το κάνουν αυτό μελέτησαν τα ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα των μαϊμούδων, καθώς αυτές μάθαιναν να τοποθετούν τις κουκκίδες σε μία από τις δύο κατηγορίες.

Στην αρχή τα ζώα είχαν να κατηγοριοποιήσουν μόλις δύο διαφορετικά «υποδείγματα». Μετά από κάθε γύρο διπλασιαζόταν ο αριθμός των υποδειγμάτων. Κατά το ξεκίνημα τα ζώα μπορούσαν απλά να απομνημονεύσουν ποια υποδείγματα ανήκουν σε κάθε κατηγορία. Τελικά, όμως, ο αριθμός των υποδειγμάτων έγινε πολύ μεγάλος για να τα απομνημονεύσουν, οπότε άρχισαν να μαθαίνουν τα γενικά χαρακτηριστικά κάθε κατηγορίας. Μέχρι το τέλος του πειράματος οι ερευνητές τους είχαν δείξει 256 νέα υποδείγματα και οι μαϊμούδες ήταν σε θέση να τα κατηγοριοποιήσουν όλα σωστά.

Οπως οι μαϊμούδες μετατοπίστηκαν από τη μηχανική αποστήθιση στην εκμάθηση των κατηγοριών, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι υπήρχε αντίστοιχη μετατόπιση στα ηλεκτροεγκεφαλογραφήματά τους. Τα κύματα του εγκεφάλου, γνωστά ως «κύματα βήτα» που παράγονταν ανεξάρτητα από τον προμετωπιαίο φλοιό και το ραβδωτό σώμα, άρχισαν να συγχρονίζονται μεταξύ τους. Σχηματίστηκε δηλαδή ένα κύκλωμα επικοινωνίας ανάμεσα στις δύο περιοχές.

«Υπάρχει κάποιος άγνωστος μηχανισμός που επιτρέπει σ’ αυτά τα σχέδια συντονισμού να σχηματίζονται και σ’ αυτά τα κυκλώματα να βουίζουν μαζί. Αυτό το βουητό μπορεί στη συνέχεια να ωθήσει τις επόμενες μακροπρόθεσμες αλλαγές στην πλαστικότητα του εγκεφάλου. Αλλα το πρώτο πράγμα που συμβαίνει είναι ότι αρχίζουν να βουίζουν μαζί», εξηγεί ο Μiller.

O εγκέφαλος επεκτείνει τις γνώσεις του

Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι κατά τη διάρκεια γνωστικά απαιτητικών εργασιών, υπάρχει αυξημένος συγχρονισμός μεταξύ του προμετωπιαίου φλοιού και του οπτικού φλοιού, αλλά το εργαστήριο του Miller ήταν το πρώτο που έδειξε πως συγκεκριμένα πρότυπα συγχρονισμού συνδέονται με συγκεκριμένες σκέψεις.

Εδειξε, επίσης, πως μόλις ο προμετωπιαίος φλοιός μαθαίνει τις κατηγορίες, τις στέλνει πίσω στο ραβδωτό σώμα, όπου υποβάλλονται σε περαιτέρω τροποποίηση καθώς έρχονται νέες πληροφορίες, επιτρέποντας να συντελεστεί μια εκτεταμένη μάθηση κι αυτό μπορεί να συμβεί ξανά και ξανά.

«Αυτός είναι και ο χαρακτήρας της ανθρώπινης σκέψης. Συνεχίζει να επεκτείνει τις γνώσεις της. Ο προμετωπιαίος φλοιός δεν είναι “το τέλος του παιχνιδιού”. Ο προμετωπιαίος φλοιός μαθαίνει όλες αυτές τις νέες κατηγορίες και στη συνέχεια σχηματίζει κυκλώματα μέσω των οποίων μπορεί να στείλει αυτές τις κατηγορίες στο ραβδωτό σώμα σα να είναι ένα καινούργιο υλικό που θα πρέπει να επεξεργαστεί ο εγκέφαλος», σημειώνει ο Μiller.

Οι ερευνητές εξετάζουν τώρα πώς μαθαίνει ο εγκέφαλος πιο αφηρημένες κατηγορίες και πώς αντανακλά αυτή την αφαίρεση η δραστηριότητα στο ραβδωτό σώμα και τον προμετωπιαίο φλοιό.

Related Posts

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνσή σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

« »