Spragnione szczury pomagają wyjaśnić, jak ludzki mózg koryguje błędy

Każdy popełnia błędy, jednak niewiele wiadomo na temat tego, jak mózg rozpoznaje te omyłki i stara się je naprawić.

Piętnaście lat temu neuronaukowcy odkryli w ludzkim mózgu charakterystyczny sygnał o częstotliwości 6 Hz, którego występowanie bezpośrednio poprzedza popełnienie błędu. Choć udało się ustalić, że źródłem sygnału jest pole Brodmanna 10, czyli kora przedczołowa, nie było jasne, które szlaki nerwowe za niego odpowiadają. Finansowany przez UE projekt MidFrontalTheta2.0 miał na celu rzucenie światła na ten słabo poznany wzorzec aktywności mózgu. „Tuż przed popełnieniem błędu, na przykład gdy piszesz na komputerze i naciskasz zły klawisz, jesteśmy w stanie zmierzyć bardzo specyficzny wzorzec aktywności elektrycznej w Twoim mózgu”, wyjaśnia koordynator projektu Mike X Cohen. „To niezwykle intrygujące odkrycie coraz bardziej mnie frapowało – nie potrafiliśmy bowiem dociec, co oznacza”.

Skany mózgu

Sygnał został zmierzony za pomocą elektroencefalografii (EEG), czyli metody wykorzystującej układ elektrod przymocowanych do czaszki, które mierzą aktywność elektryczną mózgu. Narzędzie to jest szeroko stosowane w neuronaukach poznawczych, ale daje badaczom jedynie ogólne wyobrażenie o aktywności mózgu. „Możemy oszacować umiejscowienie sygnału, jednak nie jest to szczególnie satysfakcjonujące – to tak, jakby na pytanie, jak działa samochód, wskazać przód pojazdu, mówiąc »samochód tam się dzieje«”, mówi Cohen. Aby lepiej zrozumieć sygnał, Cohen z zespołem postanowili wykorzystać modele zwierzęce, które umożliwiają rejestrowanie i manipulowanie aktywnością mózgu w sposób niemożliwy w przypadku badań na ludziach. Na Uniwersytecie Radboud w Nijmegen, w Holandii przeszkolono szczury pod kątem wykonywania zadania polegającego na zdobywaniu wody – w tym celu poruszały się w lewo, słysząc wysoki ton, i w prawo, słysząc niski ton. Wszczepione elektrody rejestrowały sygnały w przedniej korze przyśrodkowej i innych obszarach mózgu szczurów.

Zbiory sygnałów

Przy pomocy tego sprzętu zespół mógł zaobserwować drobne szczegóły w populacjach komórek i obwodach, których nie można by zbadać u ludzi. „Kiedy widzimy zbiorczy sygnał w EEG, nie pozwala on stwierdzić, ile procesów zachodzi w mózgu w tym samym czasie”. „To jakby śledzić wydarzenie sportowe, słuchając kibiców. Otrzymamy pewne informacje, ale wśród widzów są osoby, które dopingują z różnych powodów”. Dzięki użyciu wszczepionych sond i ulepszonych technik analizy danych Cohen z zespołem byli w stanie zaobserwować, że sygnał jest generowany przez kilka obwodów mózgowych o takiej samej sygnaturze widma. To, co wyglądało jak jeden sygnał w EEG, to w istocie kilka synchronicznych obwodów.

Wysokie ryzyko

Projekt był wspierany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. „Gdyby nie dofinansowanie przez ERBN, prace nigdy nie doszłyby do skutku”, wyjaśnia badacz. „To chyba największe ryzyko, na jakie zdecydowałem się w mojej karierze”. Cohen podkreśla, że sukces projektu nie byłby możliwy bez zaangażowania zespołu złożonego z badaczy z tytułem doktorskim i doktorantów. W planach zespołu jest opracowanie danych zebranych w ciągu ostatnich 5 lat badań. „Nie mieliśmy szans przeanalizować wszystkich tych danych w ramach czasowych tej umowy o dofinansowanie”, mówi Cohen. „Kolejne 2 lata poświęcimy na przejrzenie danych i publikację wyników”. Planowane jest też upublicznienie danych zebranych podczas doświadczeń na zwierzętach.