Twój mózg ma wbudowaną pętlę przeszłości. Nowe badania ujawniają, gdzie dokładnie

Co dzieje się w mózgu, gdy podejmujemy decyzję na podstawie tego, co wydarzyło się przed chwilą, a nie tego, co widzimy tu i teraz? Naukowcy zidentyfikowali konkretny obwód neuronalny odpowiadający za to zjawisko — i okazuje się, że działa on jak połączenie pamięci z automatem do podejmowania decyzji.

Ryba, która pamięta przeszkody

→ Czytaj też: Dziecko tańczy, zanim nauczy się chodzić. Mózg przetwarza muzykę już w 3. miesiącu życia

Zespół badaczy, którego wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature, postanowił zbadać mechanizm tzw. zależności seryjnej — tendencji do powtarzania wcześniejszych wyborów, nawet jeśli sytuacja się zmieniła. Zjawisko to znane jest od lat, ale jego podłoże neuronalne pozostawało tajemnicą. Aby je rozwikłać, naukowcy sięgnęli po model pozwalający obserwować pracę całego mózgu na poziomie pojedynczych komórek: danio pręgowanego.

Ryby te, choć niewielkie, mają mózg na tyle złożony, by uczyć się unikania przeszkód. W eksperymencie umieszczono je w wirtualnej rzeczywistości, gdzie musiały wykonywać manewry wymykające się drapieżnikom. Okazało się, że decyzje ryb nie były przypadkowe — zależały od tego, gdzie znajdowała się przeszkoda w poprzednich próbach. To właśnie zależność seryjna.

Wzorzec atraktora w wzgórzu

→ Czytaj też: Mózg nie głupieje od scrollowania. Uczy się tylko wybierać łatwiejszą nagrodę

Kluczowym odkryciem było zlokalizowanie obwodu odpowiedzialnego za to zjawisko. Badacze zidentyfikowali hierarchiczną strukturę, w której główną rolę odgrywa grzbietowa część wzgórza (dorsal thalamus). Jak wykazały obrazowania całego mózgu, to właśnie tam powstają tzw. atraktory dyskretne — stabilne wzorce aktywności neuronalnej przechowujące informację o położeniu ostatniej przeszkody przez 10–20 sekund.

To rodzaj pamięci roboczej, ale działającej na zasadzie kategorycznej: nie przechowuje dokładnych współrzędnych, tylko „typ” sytuacji. Gdy naukowcy manipulowali aktywnością tego obszaru za pomocą optogenetyki — techniki pozwalającej włączać i wyłączać neurony światłem — udało im się albo znieść efekt zależności seryjnej, albo go sztucznie wywołać. Dowodzi to, że wzgórze jest „magazynem” przeszłości wpływającym na przyszłe decyzje.

Integrator w pniu mózgu

To jednak nie koniec historii. Sygnał ze wzgórza trafia do integratora w pniu mózgu, który łączy go z bieżącymi informacjami sensorycznymi. Tam powstaje ostateczna decyzja — już nie zero-jedynkowa, ale stopniowana, uwzględniająca historię kilku ostatnich prób. Jak tłumaczą autorzy, rozwiązanie to łączy dwie kluczowe cechy: stabilność pamięci (dzięki atraktorom) i elastyczność (dzięki integracji z nowymi danymi).

Co więcej, zbudowany na podstawie wyników model komputerowy całego mózgu ryby przewidział, że kluczową rolę w przełączaniu się między stanami odgrywają zróżnicowane podtypy neuronów hamujących. To one pozwalają mózgowi płynnie przechodzić od pamiętania do reagowania.

Co to znaczy dla nas?

Choć badanie przeprowadzono na rybach, odkryty mechanizm może być uniwersalny. Zależność seryjna występuje u ludzi — wpływa na to, jak oceniamy innych, jakie podejmujemy decyzje zakupowe, a nawet jak głosujemy. Zrozumienie, że za tym zjawiskiem stoi konkretny, hierarchiczny obwód neuronalny, otwiera drogę do badań nad zaburzeniami, w których ta pętla działa nieprawidłowo — na przykład w przypadku sztywności poznawczej w depresji czy zaburzeniach obsesyjno-kompulsyjnych.

Następnym krokiem będzie sprawdzenie, czy podobna architektura występuje u ssaków. Jeśli tak, może się okazać, że nasze „przywiązanie do przeszłości” ma bardzo konkretny, biologiczny adres.