Μαθαίνοντας από τα λάθη – Ανακάλυψη νευρώνων που ταχύτατα συλλαμβάνουν τα λάθη μας και πώς διορθώνουν τη συμπεριφορά μας

Egno Editorial    17 Δεκεμβρίου 2018

Ερευνητική ομάδα υπό την καθοδήγηση του Caltech έχει αναγνωρίσει μεμονωμένους νευρώνες που μπορεί να βρίσκονται πίσω από την ικανότητα του εγκεφάλου μας να παρακολουθεί τη συμπεριφορά μας, συλλαμβάνοντας λάθη και διορθώνοντάς τα γρήγορα. Η εργασία παρέχει σπάνιες εγγραφές ξεχωριστών νευρώνων τοποθετημένων βαθειά μέσα στον ανθρώπινο εγκέφαλο και που έχουν επιπτώσεις σε ψυχιατρικές παθήσεις όπως η ιδεοψυχαναγκαστική διαταραχή. Η έρευνα προϊόν συνεργασίας διαφορετικών ομάδων εργασίας απέδωσε μελέτη που δημοσιεύθηκε 4 Δεκεμβρίου στο Online περιοδικό Neuron.

Υπάρχουν πολλά παραδείγματα του πώς πολλοί άνθρωποι αυτο-παρακολουθούν και συνειδητοποιούν γρήγορα ένα λάθος που έκαναν, σε κλάσμα δευτερολέπτου – όπως για παράδειγμα όταν δακτυλογραφώντας ένα κείμενο πατάνε ένα λάθος πλήκτρο και συνειδητοποιούν ότι έχουν κάνει λάθος χωρίς να χρειάζεται να το δουν στην οθόνη. Όπως φαίνεται με την έρευνα αυτή γνωρίζουμε πλέον ποιοι νευρώνες εμπλέκονται σε αυτή τη διαδικασία και αρχίζουμε να μαθαίνουμε περισσότερα σχετικά με το πώς η δραστηριότητα αυτών των νευρώνων μας βοηθάει να αλλάζουμε τη συμπεριφορά μας για να διορθώσουμε τα λάθη.

Στην εργασία, οι ερευνητές στόχευσαν να αποτυπώσουν μια ακριβή εικόνα του τι συμβαίνει στο επίπεδο των μεμονωμένων νευρώνων όταν ένα άτομο συλλαμβάνει τον εαυτό του να έχει κάνει ένα λάθος. Για να το κάνουν αυτό, μελέτησαν ανθρώπους που είχαν λεπτά ηλεκτρόδια εμφυτευμένα προσωρινά στον εγκέφαλό τους (αρχικώς για να βοηθήσουν στον εντοπισμό επιληπτικών κρίσεων). Το τμήμα αυτό της εργασίας πραγματοποιήθηκε με τη συνδρομή νευροχειρουργού (του καθηγητή Adam Mamelak), ο οποίος διεξάγει τέτοιες εμφυτεύσεις ηλεκτροδίων για κλινική παρακολούθηση της επιληψίας για πάνω από μια δεκαετία και συνεργάζεται στενά για την διεξαγωγή της έρευνας.

Ενώ η νευρωνική δραστηριότητα μετριόταν στον έσω μετωπιαίο φλοιό (MFC), μια περιοχή του εγκεφάλου γνωστή για την εμπλοκή της στην παρακολούθηση των λαθών, στους ασθενείς από επιληψία δόθηκε να συμπληρώσουν μια δοκιμασία (δοκιμασία Stroop). Στη δοκιμασία αυτή, στην οθόνη ενός υπολογιστή εμφανίζεται μια λέξη και από τους ασθενείς ζητείται να αναγνωρίσουν το χρώμα των γραμμάτων της λέξης. Ορισμένες φορές, τα γράμματα της λέξης και το χρώμα είναι τα ίδια (η λέξη «πράσινο» για παράδειγμα εμφανίζεται με πράσινο χρώμα). Σε άλλες περιπτώσεις, η λέξη και το χρώμα είναι διαφορετικά (η λέξη «πράσινο» εμφανίζεται με κόκκινο χρώμα). Στην δεύτερη περίπτωση η σωστή απάντηση θα είναι «κόκκινο», όμως πολλά άτομα κάνουν λάθος απαντώντας «πράσινο». Αυτά είναι τα λάθη που οι ερευνητές μελέτησαν.

Οι μετρήσεις επέτρεψαν την ομάδα να αναγνωρίσει ιδιαίτερους νευρώνες στον MFC, που αποκαλούνται νευρώνες αυτο-παρακολούθησης λάθους, που θα πυροδοτηθούν αμέσως μετά από το λάθος που έκανε ένα άτομο, πολύ πριν δεχθούν ανάδραση που σχετίζεται με την απάντησή τους.

Για δεκαετίες οι επιστήμονες μελετούν πώς οι άνθρωποι αυτο-ανιχνεύουν τα λάθη χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια τοποθετημένα στην επιφάνεια του κρανίου που μετρούν τη συγκεντρωμένη ηλεκτρική δραστηριότητα χιλιάδων νευρώνων. Αυτά, τα αποκαλούμενα ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα αποκαλύπτουν ότι μια ιδιαίτερη υπογραφή εγκεφαλικού κύματος, που καλείται σχετιζόμενη με το λάθος αρνητικότητα (error-related negativity ή ERN), εμφανίζεται συνήθως στο κρανίο πάνω στον MFC αμέσως μετά από τότε που ένα πρόσωπο κάνει ένα λάθος. Στα πειράματά της η ομάδα ταυτόχρονα μέτρησε την ERN καθώς και την πυροδότηση των ξεχωριστών νευρώνων λάθους.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν δυο θεμελιώδεις νέες πτυχές της ERN. Πρώτον, το επίπεδο δραστηριότητας του νευρώνα λάθους ήταν θετικά συσχετιζόμενο με το πλάτος της ERN: όσο μεγαλύτερη είναι η ERN για ένα ιδιαίτερο λάθος, τόσο περισσότερο ενεργοί ήταν οι νευρώνες λάθους. Αυτό το εύρημα αποκαλύπτει ότι μια παρατήρηση της ERN – μια μη επεμβατική μέτρηση – παρέχει πληροφορίες σχετικά με το επίπεδο δραστηριότητας των νευρώνων λάθους που βρίσκονται βαθιά μέσα στον εγκέφαλο. Δεύτερον, βρήκαν ότι αυτή η συσχέτιση ERN-απλού νευρώνα, με τη σειρά της, πρόβλεπε εάν τα άτομα θα άλλαζαν τη συμπεριφορά τους – που είναι, αν θα επιβράδυναν και εστίαζαν περισσότερο για να αποφύγουν να κάνουν ένα λάθος στην επόμενη απάντησή τους. Εάν οι νευρώνες λάθους πυροδοτήθηκαν αλλά το σήμα της ERN δεν ήταν εμφανές ή ήταν ασθενές, τα άτομα μπορεί ακόμη να αναγνωρίσουν ότι έκαναν λάθος, όμως δεν θα τροποποιήσουν τη συμπεριφορά τους για την επόμενη δράση. Αυτό υποδηλώνει ότι οι νευρώνες λάθους χρειάστηκε να επικοινωνήσουν την ανίχνευση του λάθους σε ένα ευρύ εγκεφαλικό δίκτυο για να επηρεάσουν τη συμπεριφορά.

Οι ερευνητές βρήκαν ακόμη ιδιαίτερα στοιχεία για τα μέρη του κυκλώματος που εμπλέκονται, στοιχεία που αποκαλύπτουν μια ιεραρχία των διεργασιών – μια οργανωτική δομή του κυκλώματος στο επίπεδο του απλού νευρώνα που είναι σημαντικό για εκτελεστικό έλεγχο της συμπεριφοράς. Η έρευνα θα μπορούσε επίσης να έχει επίπτωση στην κατανόηση της ιδεοψυχαναγκαστικής διαταραχής, μια κατάσταση στην οποία ένα άτομο συνεχώς προσπαθεί να διορθώσει θεωρούμενα «λάθη». Για παράδειγμα, ορισμένα άτομα σε αυτή την κατάσταση θα αισθάνονται την ανάγκη επανειλημμένως να ελέγχουν, σε μια σύντομη χρονική περίοδο, εάν έχουν κλειδώσει την πόρτα τους. Ορισμένα άτομα με ιδεοψυχαναγκαστική διαταραχή δείχνουν να έχουν ένα ανώμαλα μεγάλο δυναμικό ERN, που δείχνει ότι το δικό τους κύκλωμα παρακολούθησης λάθους είναι υπερδραστήριο. Η ανακάλυψη των νευρώνων λάθους μπορεί να διευκολύνει την εύρεση νέων θεραπειών για την καταστολή αυτής της υπερδραστηριότητας.

Οι ερευνητές στη συνέχεια ελπίζουν να αναγνωρίσουν με ποιο τρόπο η πληροφορία από τους νευρώνες λάθους ρέει μέσω του εγκεφάλου για να παραγάγει συμπεριφορικές αλλαγές όπως η επιβράδυνση και η εστίαση. Μέχρι τώρα έχουν αναγνωριστεί δυο εγκεφαλικές περιοχές που εμφανίζονται να είναι μέρος σειράς διεργασιών, όμως το ολικό δίκτυο θεωρείται ότι είναι περισσότερο πολύπλοκο. Ένας σημαντικός μελλοντικός τρόπος θα είναι να συνδυάζονται μελέτες με πολύ λεπτή ανάλυση, όπως αυτή της παρούσας μελέτης, με μελέτες που χρησιμοποιούν fMRI [functional magnetic resonance imaging] που παρέχει μια άποψη του όλου εγκεφάλου.

Πηγή: California Institute of Technology
Περισσότερα στη δημοσίευση: Single-Neuron Correlates of Error Monitoring and Post-Error Adjustments in Human Medial Frontal Cortex.