We weten veel, maar niet genoeg, over hoe de tandwielen allemaal bij elkaar passen. Piyushgiri Revagar, CC BY-NC-ND

Beslissingen beslaan een breed scala aan complexiteit. Er zijn echt eenvoudige: wil ik een appel of een stuk cake met mijn lunch? Dan zijn er veel gecompliceerdere: welke auto moet ik kopen, of welke carrière moet ik kiezen?

Neurowetenschappers zoals ik hebben een aantal van de afzonderlijke delen van de hersenen geïdentificeerd die bijdragen aan het nemen van dergelijke beslissingen. Verschillende gebieden geluid verwerken, bezienswaardigheden of pertinent voorkennis. Maar begrijpen hoe deze individuele spelers samenwerken als een team is nog steeds een uitdaging, niet alleen in het begrijpen van de besluitvorming, maar voor het hele veld van de neurowetenschappen.

Een deel van de reden is dat neurowetenschap tot nu toe heeft gewerkt in een traditioneel wetenschappelijk onderzoeksmodel: individuele laboratoria werken op zichzelf, meestal gericht op een of enkele hersengebieden. Dat maakt het een uitdaging voor elke onderzoeker om gegevens te interpreteren die door een ander lab zijn verzameld, omdat we allemaal kleine verschillen hebben in hoe we experimenten uitvoeren.

Neurowetenschappers die de besluitvorming bestuderen, zetten bijvoorbeeld allerlei soorten spelletjes voor dieren in om te spelen en we verzamelen gegevens over wat er zich in de hersenen afspeelt als het dier een zet doet. Wanneer iedereen een andere experimentele opzet en methodologie heeft, kunnen we niet bepalen of de resultaten van een ander laboratorium een ​​aanwijzing zijn over iets interessants dat zich feitelijk in de hersenen afspeelt of slechts een bijproduct van verschillen in uitrusting.

Het BRAIN-initiatief, die de Obama-regering in 2013 lanceerde, begon het soort samenwerking aan te moedigen dat de neurowetenschappen nodig hebben. Ik denk gewoon dat het niet ver genoeg is gegaan. Dus ik mede-oprichter van een project genaamd de International Brain Laboratory - een virtueel megalaboratorium dat bestaat uit vele laboratoria in verschillende instellingen - om te laten zien dat het spreekwoord "alleen wij gaan snel, samen gaan we ver" geldt voor de neurowetenschappen. De eerste vraag die de samenwerking aanpakt, is gericht op besluitvorming door het brein.

Het beslissingsteam van de hersenen

Individuele neurowetenschapslabs hebben al veel blootgelegd over hoe bepaalde hersengebieden bijdragen aan de besluitvorming.

Stel dat je kiest tussen een appel of een stuk cake om bij de lunch te passen. Eerst moet je weten dat appels en cake de twee opties zijn. Dat vereist actie van hersengebieden die sensorische informatie verwerken - je ogen zien de felrode huid van de appel, terwijl je neus de zoete geur van cake opneemt.

Die zintuiglijke gebieden verbinden vaak met wat we associatiegebieden noemen. Onderzoekers hebben traditioneel gedacht dat ze een rol spelen in verschillende stukjes informatie plaatsen samen. Door informatie uit de ogen, de oren, enzovoort te verzamelen, kunnen de associatiezones een meer samenhangende, grote weergave van wat er in de wereld gebeurt.

En waarom de ene actie boven de andere kiezen? Dat is een vraag voor de hersenen beloningscircuit, wat cruciaal is in de waarde van verschillende opties wegen. Je weet dat de cake nu heerlijk zoet zal smaken, maar je zult er misschien spijt van krijgen als je later naar de sportschool gaat.

Dan is er de frontale cortex, waarvan wordt gedacht dat hij a speelt rol bij het beheersen van vrijwillige actie. Onderzoek suggereert dat het betrokken is bij het plegen van een bepaalde actie zodra voldoende binnenkomende informatie is aangekomen. Het is het deel van het brein dat je kan vertellen dat het fluitje van een cent zo lekker ruikt dat het alle calorieën waard is.

Inzicht in hoe deze verschillende hersengebieden meestal samenwerken om beslissingen te nemen, kan helpen bij het begrijpen van wat er gebeurt in zieke hersenen. Patiënten met aandoeningen zoals autisme, schizofrenie en de ziekte van Parkinson gebruiken vaak sensorische informatie op een ongebruikelijke manier, vooral als het complex en onzeker is. Onderzoek naar besluitvorming kan ook de behandeling van patiënten met andere stoornissen, zoals middelenmisbruik en verslaving, informeren. Inderdaad, verslaving is misschien een goed voorbeeld hoe besluitvorming heel verkeerd kan gaan.

Een lab-samenwerkingsverband verspreidde zich over de hele wereld

Op dit moment nemen neurowetenschappers veel close-up snapshots van wat er gebeurt in specifieke delen van de hersenen wanneer het een beslissing neemt. Maar ze coördineren niet veel met elkaar, dus deze close-upstukken passen niet bij elkaar om ons een beeld te geven van de besluitvorming die we nodig hebben.

Dat is de reden waarom een ​​team van ons zich heeft aangesloten bij het International Brain Laboratory. Met de steun van de International Neuroinformatics Coordinating Facility, de Wellcome Trust en de Simons Foundation (ook een financier van The Conversation US) willen we dat grote geheel creëren door één grootschalig experiment te ontwerpen dat precies dezelfde aanpak gebruikt om veel te bestuderen verschillende hersengebieden. Omdat de hersenen zo complex zijn, hebben we de expertise nodig van veel verschillende laboratoria die zich allemaal specialiseren in bepaalde hersengebieden. Maar we hebben ze nodig om dezelfde aanpak te coördineren en te gebruiken, zodat we al hun verschillende stukjes van de foto bij elkaar kunnen zetten.

We brengen een team van 21-wetenschappers bij elkaar die heel nauw zullen samenwerken om te begrijpen hoe miljarden neuronen samenwerken in één brein om beslissingen te nemen. Ongeveer een dozijn verschillende labs zullen elk een deel van één groot experiment doen door de neuronactiviteit te meten bij dieren die zich in exact hetzelfde spel bevinden. Onze teamleden registreren activiteit van honderden neuronen in de hersenen van elk dier. We verzamelen tienduizenden neuronale opnamen die we samen kunnen analyseren.

Hou het simpel

In real-world beslissingen, combineer je heel veel verschillende stukjes informatie - je sensorische signalen, je interne kennis over wat lonend is, wat riskant is. Maar dat implementeren in een laboratoriumcontext is best lastig.

We hopen dat we de natuurlijke foerageer-ervaring van een muis kunnen recreëren. In het echte leven zijn er veel verschillende paden die een dier kan nemen terwijl het de wereld bestuurt op zoek naar iets om te eten. Het wil eten vinden, omdat eten loont. Het gebruikt binnenkomende sensorische signalen, zoals: "Oh, ik zie daar een krekel!" Een dier kan dat combineren met een herinnering aan beloning, zoals: "Ik weet dat dit gebied weelderige bessenstruiken heeft, dat herinner ik me van gisteren, dus ik Ik ga daarheen. "Of:" Ik weet dat hier de vorige keer een kat was, dus ik kan dat gebied beter vermijden. "

Bij de eerste doorgang ziet de opstelling die we gebruiken voor het International Brain Laboratory er helemaal niet zo natuurlijk uit. De muis heeft een klein apparaatje dat wordt gebruikt om beslissingen te rapporteren - het is eigenlijk een wiel uit een Lego-set. Het kan bijvoorbeeld leren dat wanneer het een afbeelding van een verticaal rooster ziet en het wiel draait totdat het beeld gecentreerd is, het een beloning krijgt. Als je nadenkt over wat foerageren is: het verkennen van de omgeving, proberen beloningen te vinden, gebruik te maken van sensorische signalen en voorkennis, dan komt deze eenvoudige Lego-wielactiviteit tot de essentie.

We moesten echt nadenken over de wisselwerking tussen het hebben van een gedrag dat complex genoeg was om ons inzicht te geven in interessante neurale berekeningen, en een dat eenvoudig genoeg was om op dezelfde manier in veel verschillende experimentele laboratoria te worden geïmplementeerd. De balans die we troffen, was een besluitvormende taak die eenvoudig begint en steeds complexer wordt naarmate een individu verschillende trainingsfasen bereikt.

Zelfs in de eenvoudigste, zeer vroegste fase waarin we kijken, waar de dieren gewoon vrijwillige bewegingen maken, beslissen ze wanneer ze een beweging moeten maken om een ​​beloning te oogsten. Ik weet zeker dat we nog veel verder kunnen gaan, maar zelfs als dat zo ver is als we krijgen, zal het hebben van neurale metingen vanuit alle hoeken van de hersenen tijdens een eenvoudig gedrag als dit zeer interessant zijn. We weten niet hoe het in de hersenen gebeurt dat je beslist wanneer je een bepaalde actie moet ondernemen en hoe je die actie moet uitvoeren. Het hebben van neurale metingen vanuit het hele brein van wat er gebeurde vlak voordat het dier spontaan besloot om een ​​beloning te krijgen, zal een enorme stap voorwaarts zijn.

Over de auteur

Anne Churchland, Associate Professor of Neuroscience, Cold Spring Harbor Laboratory

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.

Verwante Boeken

at InnerSelf Market en Amazon