O echipă de cercetători a realizat prima hartă completă a activității unui creier de mamifer, în cadrul unui proiect revoluționar prezentat în două studii publicate în revista Nature. Descoperirile obținute rescriu modul în care oamenii de știință înțeleg procesul decizional al creierului, potrivit Live Science.
Proiectul, care a reunit date din peste 600.000 de celule cerebrale individuale de șoarece, a acoperit regiuni ce reprezintă peste 95% din întregul creier. Rezultatele arată că luarea deciziilor implică mult mai multe regiuni cerebrale decât se credea anterior.
„Aveam o problemă cu felul în care se făcea știința. Existau prea multe diferențe între studii”
Inițiativa a fost condusă de International Brain Laboratory (IBL), un consorțiu de cercetători în neuroștiință experimentală și teoretică din Europa și Statele Unite. Membrii echipei au pornit de la o frustrare comună legată de limitele cercetării anterioare.
„Aveam o problemă cu felul în care se făcea știința,” a declarat Matteo Carandini, neurocercetător la University College London și membru fondator al IBL.
În studiile precedente, laboratoare diferite încercau să răspundă la întrebări majore despre creier, cum ar fi relația dintre activitatea cerebrală și comportament. Însă fiecare laborator folosea șoareci diferiți și sarcini comportamentale ușor variate. În plus, modul în care erau definite regiunile cerebrale varia de la un grup la altul, ceea ce ducea la rezultate greu de comparat.
„Nu știam dacă suntem de acord sau nu, pentru că existau prea multe diferențe între studii,” a explicat Carandini pentru Live Science.
Studiul a implicat 139 de șoareci în 12 laboratoare din întreaga lume
Pentru a rezolva aceste probleme, IBL a conceput un experiment unic, standardizat și de mare amploare, pe care niciun laborator nu l-ar fi putut desfășura singur. Experimentul a fost combinat cu instrumente de măsurare cerebrală de înaltă precizie și metode de analiză prestabilite, pentru a asigura reproducibilitatea rezultatelor. Scopul: să depășească unul dintre cele mai persistente obstacole în neuroștiință.
„Una dintre cele mai mari provocări în acest domeniu este să înțelegem cum variațiile structurale și funcționale ale sistemelor neuronale se traduc în variații ale comportamentului,” a declarat Federico Turkheimer, neurocercetător la King’s College London, care nu a fost implicat în proiect.
În total, proiectul a implicat 139 de șoareci în 12 laboratoare din întreaga lume. Fiecare șoarece a fost implantat cu un dispozitiv de înregistrare neuronală numit Neuropixels, capabil să înregistreze simultan activitatea a până la 1.000 de neuroni. Șoarecii au fost supuși unei sarcini simple, replicabile: pe un ecran apărea un marcaj alb-negru în partea dreaptă sau stângă. Dacă șoarecele rotea o rotiță în direcția corectă, primea o recompensă.
Ce spuneau manualele de neuroștiință despre activitatea cerebrală
Pe baza cunoștințelor din manualele de neuroștiință, era de așteptat ca activitatea cerebrală să urmeze o traiectorie liniară: mai întâi, neuronii din cortexul vizual se activează, apoi informația ajunge în zone precum cortexul prefrontal, implicat în deciziile abstracte, după care se combină cu amintiri sau experiențe anterioare și, în cele din urmă, este transmisă către zonele motorii.
Unele aspecte ale acestei „rețete” s-au confirmat — cortexul vizual a fost într-adevăr prima zonă activată. Însă alte rezultate au contrazis complet așteptările.
„Am găsit semnale decizionale și informații legate de experiențele anterioare în mult mai multe regiuni cerebrale decât am fi crezut,” a spus Carandini. Activitatea din aproape toate zonele studiate putea fi folosită pentru a deduce dacă șoarecele a primit sau nu recompensa.
În unele teste, cercetătorii au făcut marcajul de pe ecran aproape invizibil, forțând șoarecii să ghicească direcția. Cel de-al doilea articol din Nature s-a concentrat tocmai pe modul în care animalele și-au folosit așteptările bazate pe experiențele anterioare pentru a lua decizii. Și în aceste cazuri, activitatea cerebrală a fost mult mai răspândită decât se anticipa.
„Acum, e ca și cum am putea vedea întreg cerul, în detaliu, deodată”
IBL s-a inspirat din alte mari colaborări științifice, cum ar fi experimentele din fizica particulelor de la CERN sau Proiectul Genomului Uman. Pentru a explica impactul proiectului, Carandini a recurs la o analogie din astronomie.
El a comparat cercetările anterioare din neuroștiință cu primele observații astronomice, când oamenii vedeau stelele, dar fără detalii. „Era ca și cum fiecare astronom ar fi privit cu telescopul său către o galaxie diferită și ar fi tras concluzii separate. Acum, e ca și cum am putea vedea întreg cerul, în detaliu, deodată,” a spus el.
Acest progres a fost posibil datorită tehnologiilor moderne și colaborării extinse dintre laboratoare. Deși descoperirile sunt în acest moment corelaționale, ele deschid ușa unor studii care ar putea investiga cauzalitatea între activitatea neuronală și luarea deciziilor.
„Cred că asta e următoarea frontieră,” a încheiat Carandini. „Să adăugăm cauzalitate în studiul procesului decizional.”