Kad Cortex prestane stvarati smisao

Kad je korteks beskoristan, što učimo?

Projekt dizajna / imenovanja kameleona

Korteks, taj mnogo slojeviti kolač neurona, zauzima posebno mjesto u neuroznanosti. Najbolje nagađanje u korijenu naših sjajnih intelektualnih sposobnosti - jezika, skulpture, skakanja u kilt - jest da je naš korteks daleko gušći neuronima nego bilo koja druga vrsta. Naše dominantno čulo, vid, upravlja trećinom ili više čitavog korteksa. A njegov izvrsni sklop nagovještava đavolski složene proračune, vjerojatnosti, zaključivanje algoritama o kojima AI mogu samo sanjati. Ako mozak želimo razumjeti iz ljudske perspektive, korteks je mjesto na kojem moramo započeti.

(Činjenica da je u mozgu i životinja i ljudi daleko najlakši dio koji se može zabilježiti, kako se nalazi na vrhu, potpuno je slučajna i ovdje nas neće dalje zadržavati.)

Dakle, ispravna je pogreška kad se ispostavi da je korteks u osnovi beskoristan. Pišući iz Naturea, Kate Hong i njegove kolege u laboratoriju Randyja Bruna izvijestili su upravo o tome: miš može sa zadovoljstvom koristiti jedan viski da riješi problem čak i kad nedostaje poseban zalogaj korteksa koji predstavlja taj specifični šap. Što je još gore, miš može čak naučiti riješiti problem ispočetka, a da očito ne primijeti da u njegovom korteksu ima rupu u kojoj se treba događati puno važnih stvari.

Je li korteks onda samo pokrivač kako bi ostatak mozga bio topao? (Peter Redgrave, u nebrojenim prilikama). Ne, ali, kvragu, moramo biti oprezni za što tvrdimo da je korteks potreban.

Hong i prijatelji htjeli su odgovoriti na drugačije pitanje: koja je razlika između privremenog i trajnog isključivanja korteksa? Ako želite napraviti tako složeno majmunanje okolo sa malo korteksa, onda vam je potrebno jednostavno ponašanje da biste proučavali i morate biti u mogućnosti isključiti malo korteksa koji bi trebao biti uključen u takvo ponašanje.

Sada možda znate da miševi imaju i viske. Dobra stvar kod viskija je to što svaki veliki šapat ima skup posvećenih neurona u korteksu, koji su obično aktivni samo kad se taj veliki šapat uplete, ubrizga ili uvuče u nešto. I (relativno) je lako pronaći te neurone, jer možete ugađati šapat i pronaći koji dio korte se svijetli. Bit korteksa koji predstavlja jednu veliku šapicu tada je sočna meta za isključivanje i gledanje što se događa.

Tako su Hong i prijatelji postavili svojim miševima zadatak da jednim velikim šapom otkriju štap. Na svakom pokušaju miš je pritisnuo polugu kako bi rekao da je spreman za testiranje. Tada se ili drog njihao u dometu njihovog velikog šapta, ili je drugi zamahnuo, izvan dosega. Kad je stup bio u dometu, značilo je da je nagrada dostupna. Ako je stup bio izvan dometa, to znači da trenutno nema dostupne nagrade, a miš je morao držati pritisnutu polugu do resetiranja motke - tada se mogao pustiti i, u svoje vrijeme, krenuti ponovo.

Mišin je test na taj način zamahnuo šapom i vidio je li pogodio u stup. Pogodak bi trebao značiti za miša "aha! Mogu ići i dobiti nagradu ”; propust bi trebao značiti „aha! Nema nagrade; Pričekat ću ovdje i nastaviti pritiskati ovu polugu iz nekog proizvoljnog razloga koji je poznat samo onim spavaonicama tamo u bijelim kaputima. "

Miševi su morali sve to naučiti pokušajem i pogreškama - pritiskom na ručicu, zamahom šapama, udaranjem po polugama (ili ne) i puštanjem poluge (ili ne). Oni to brzo nauče. Kladio bih se od nekih od nas, kladio bih se.

Nakon što su miševi saznali, Hong i prijatelji trajno su isključili kortikalne neurone velikog šapka uklanjanjem. I gle, performanse su odmah otišle na pot. Miševi su donosili pogrešne odluke o tome je li stup bio pogođen ili ne, i kao rezultat toga su dobili puno manje nagrade.

Ništa neočekivano tamo. Majmun je u korteksu i to pravi nered u performansama, veliki poklič. Ali sada udarač: strašna predstava bila je prvog dana nakon uklanjanja neurona. Drugog dana nakon uklanjanja, miševi su se potpuno oporavili. Nastupili su jednako dobro kao i prije nego što je iko gledao okolo sa svojim korteksom. I dalje to činim sve naredne dane.

Što je dovelo Hong i njegove kolege do ključnog pitanja: je li, ako miševi očigledno mogu ponovo naučiti zadatak za nekoliko dana, je li im trebalo ovo korteks da nauče?

Ne, nisu. Uklanjanje neurona velike šupljine iz korteksa prije bilo kakvog treninga uopće nije imalo utjecaja na učenje. Miševi su podučili jednako brzo i podjednako dobro sa ili bez tog korteksa. Sheesh.

Rezultat ove studije može se činiti jednostavan, ali ima mnogo posljedica. Ovdje su lekcije za svakog ozbiljnog učenika o tome kako rade mozgovi.

Prva lekcija je da uspostavljanje uzročnosti predstavlja bol. Mislili biste da je isključivanje dijela mozga i gledanje na prekid ponašanja velika razina dokaza da kahuna uzrokuje takvo ponašanje. Ali ne. Ovdje su nam Hong i co opet pokazali da isključivanje nekog mozga ne uspostavlja uzročno stanje.

Kako bi pojačao koliko ovo isključivanje može biti zabludu, Hong je u odvojenom setu eksperimenata koristio sjajan alat moderne neuroznanosti da privremeno isključi kortikalne neurone koji predstavljaju taj veliki šapat, ali samo na nekim, nasumično odabranim, pokusima (AKA su izrazili opsin osjetljiv na svjetlost u piramidalnim stanicama bačve C2, koji su potisnuli šiljanje u tim neuronima kada su aktivirani svjetlošću). I učinak je otišao u samo suđenja kada su neuroni isključeni, a ostatak je bio dobar. Nekritički čitajte, to bi značilo da su veliki neuroni šapice ključni za obavljanje zadatka - uostalom, kad god ih isključite, spremnici performansi. Ali znamo da to nije istina: isti se dio kore može potpuno isključiti, a miševi bi još uvijek mogli obaviti zadatak.

Lekcija druga je da uspostavljanje uzročnosti predstavlja bol. Čak i kad su se neuroni velikog šapka ugasili ili uklonili, pad izvedbe nije se vratio slučajnom nagađanju. Miševi su se i dalje ponašali bolje nego slučajno, tako da se još nešto u mozgu još uvijek moglo malo nositi sa zadatkom. Doista, kad su Hong i co privremeno uklonili samu veliku šapicu, tada je izvedba miševa potpuno propala i nisu imali ništa bolje od nagađanja nasumičnim mjestom. Što su, naravno, radili.

Treća lekcija je da je uspostavljanje kauzaliteta BIJELA. Primijetite da uklanjanje neurona velikog šapka odmah oslabi miševe koji su već naučili zadatak. Ali uklanjanje neurona velikog šapka prije učenja nije imalo utjecaja na samo učenje. Samo zato što izgleda da je moždana regija uključena u obavljanje zadatka ne znači da je presudno naučiti taj zadatak. I obrnuto: možda će biti potrebna regija mozga da bi se to naučilo, ali ne.

Lekcija četiri je da je UTVRĐIVANJE UZROKOVANJA BIJELA. Kao što su Otchy i co ranije napomenuli, kad tenkovi za performanse, jer ste malo ugasili mozak, ali se brzo oporavite, onda zapravo uspostavljaju suprotno od onoga što ste htjeli učiniti. To znači da okretanje tog korteksa ometa normalno funkcioniranje različitog dijela mozga - dio koji bi mogao savršeno obavljati zadatak bez korteksa. Dakle, sve što ste pokazali je da dio kore koji ste isključili nervira drugačiji dio mozga. A kad isključite normalne signale iz tog dijela korteksa, on izbacuje još jedan zalogaj mozga.

Naša posljednja lekcija je najdublja: degeneracija. Ili mozak ima više rješenja istog problema. Signali iz šapice idu na mnoga mjesta u mozgu, a ne samo u korteks. Oni odlaze u razne dijelove talamusa i moždanog debla, koji potom šalju signale na druge složene dijelove mozga koji nisu korteks (poput striatuma ili superiornog kolikulusa). Podaci Hong-a i Co-a govore nam da zadatak tako jednostavan kao što je „je li stup tu ili ne“ ne treba signale velikog šapka da se usmjeravaju do velikih dijelova korica - postoje i drugi dijelovi mozga koji su podjednako sposobni rješavanje problema.

Čini se da smo naučili jednostavno pravilo o mozgu miša: ako je korteks tamo, upotrijebite ga; ako ne, nešto drugo se može nositi. Pitanje je, koliko složen mora biti zadatak prije nego što se korteks može nositi? Odgovor je gotovo sigurno Jean-Pipsqueak Sartreov pakao: bavljenje drugim miševima.

Želite više? Pratite nas na The Spike

Twitter: @markdhumphries