توقعاتك الشكل وتسريع التصور الخاص بك. نموذج جديد يشرح هذا التأثير يقترح تحديث نظريات معالجة الإشارات.
إذا كنت تتوقع ذوقًا معينًا ، ولسانك مختلفًا ، فسيبدو ذلك غير سار بالنسبة لك. إذا كان الطعم متوقعًا ، فستشعر به بشكل أسرع.تخيل أنك أخذت كوبًا واعتقدت أنه في الداخل عصير تفاح ، وبعد ذلك ، بعد تناول رشفة ، تكتشف أنه من الزنجبيل. حتى لو كنت تحب الصودا عادة ، فإن هذه المذاق تبدو مثيرة للاشمئزاز لك. ذلك لأن السياق والحالات الداخلية ، بما في ذلك التوقع ، تؤثر على كيفية شعور الحيوانات بمعالجة المعلومات من الحواس ، كما يوضح
ألفريدو فونتانيني ، عالم الأعصاب في جامعة ستوني بروك في نيويورك. في هذه الحالة ، يؤدي انتظار التحفيز الخاطئ إلى مفاجأة ورد فعل سلبي.
ومع ذلك ، فإن هذا التأثير لا يقتصر على جودة الإدراك. من بين التأثيرات الأخرى ، يمكن لضبط الحواس بانتظار المدخلات ، سواء كانت جيدة أو سيئة ، أن يزيد من سرعة اكتشاف الحيوان له والتعرف عليه والاستجابة له.
قبل عدة سنوات ، اكتشف Fontanini والفريق دليلاً مباشرًا على تأثير التسارع هذا في قشرة التذوق - الجزء من الدماغ المسؤول عن إدراك الذوق. منذ ذلك الحين ، يحاولون العثور على هيكل في القشرة يجعل هذا التأثير ممكنًا. وهكذا نجحوا. في أبريل 2019 ،
نشروا اكتشافاتهم في مجلة Nature Neuroscience: نموذج لشبكة ذات بنية محددة لا تقدم فقط أفكارًا جديدة حول مبادئ العمل المتوقع ، ولكن أيضًا تتطرق إلى أسئلة أوسع حول كيفية ارتباط علماء الأعصاب بالإدراك. علاوة على ذلك ، تتوافق الاستنتاجات إلى حد ما مع نظرية صنع القرار ، التي تنص على أن الدماغ لا يبني القرارات تدريجياً ، ولكنه يأخذها على عجل.
المشاعر المعجلة والحالات النشطة
كان التذوق ، أقل الإحساس الذي تم استكشافه ، نقطة انطلاق مثالية. بعد ظهور الذوق على اللسان ، تمر عدة مئات من الميلي ثانية قبل أن يبدأ نشاط قشرة التذوق في عكس بيانات الإدخال. وقال
دون كاتز ، عالم الأعصاب في جامعة برانديز في ولاية ماساتشوستس (من حيث وظائف المخ ، إنه وقت طويل للغاية ، "لقد مر مختبر فونتانيني بدراسات ما بعد الدكتوراه). "في القشرة البصرية ، يحدث كل شيء في جزء صغير من هذا الوقت" ، مما يجعل من الصعب للغاية على الرؤية إدراك التأثير المتوقع الذي أراد العلماء دراسته.
في عام 2012 ، أجرى Fontanini وزملاؤه تجربة سمعت فيها الفئران صوتًا ("تلميحًا أوليًا") ، ثم تلقوا جرعة صغيرة من الطعام من خلال أنبوب في أفواههم. قد يكون ذوقها نفسه حلوًا أو مالحًا أو حامضًا أو مريرًا ، ولم تكن هناك معلومات في تلميح الأدوات بخصوص شخصيته.
ومع ذلك ، فقد وجد أن توقع الذوق جعل الخلايا العصبية في قشرة التذوق تتعرف على الحافز بسرعة تقارب ضعف سرعة تلقي الفئران الطعام دون سماع الصوت الأولي. انخفض التأخير من حوالي 200 مللي إلى 120 مللي ثانية.
أراد Fontanini معرفة الشبكة العصبية التي تسمح نظريًا بتسريع الترميز. اجتذب أخصائيًا لم يكن يعمل سابقًا في مجال الذوق: زميل من ستوني بروك ، عالم الأعصاب ،
جيانكارلو لا كاميرا ، الذي عمل سابقًا في نمذجة نشاط الدماغ التلقائي الذي يحدث حتى في غياب المنبهات.
ألفريدو فونتانيني وجانكارلو لا كاميراعلى مدار العقود القليلة الماضية ، كان هناك اعتقاد متزايد بأن معظم نشاط شبكات الاستشعار يتولد داخليا وليس بسبب المحفزات الخارجية. إذا قارنا نشاط القشرة البصرية للحيوان في ظلام كامل مع نشاطه ، عند فحص الحيوان ، سيكون من الصعب إيجاد اختلافات فيه. حتى في حالة عدم وجود ضوء ، تبدأ مجموعات من الخلايا العصبية في القشرة البصرية في التنشيط معًا ، في وقت واحد أو بتردد متوقع. تقع هذه الاستجابة المترابطة فيما يسمى حالة النقيلي من بضع مئات من المللي ثانية إلى عدة ثوان ، ثم يتغير تكوين النشاط إلى آخر. تستمر النقيلة ، أو الميل إلى القفز من حالة عابرة إلى أخرى ، بعد ظهور المحفز ، ومع ذلك ، تظهر بعض الحالات في كثير من الأحيان في كثير من الأحيان في ارتباط مع حافز معين ، وبالتالي ، تعتبر "حالات ترميز".
قامت La Camera وغيرها (بما في ذلك Katz) بتصميم نموذج metastability ، مما يخلق ما يسمى بشبكة مجمعة. داخلها ، ترتبط مجموعات من الخلايا العصبية المثيرة ارتباطًا وثيقًا مع بعضها البعض ، وترتبط الخلايا العصبية المثبطة بشكل عشوائي بأخرى مثيرة ، والتي لها تأثير كبير على الخلط على النظام بأكمله. وقال فونتانيني: "مثل هذه البنية المجمعة مهمة بشكل أساسي لخلق النقائل".
وجد كل من Fontanini و La Camera وزميلهم ، وهو ما بعد الدكتوراة ، لوكا مازوكاتو (يعمل الآن في جامعة أوريغون) أن بنية الشبكة نفسها كانت مطلوبة لإعادة إنشاء تأثير الانتظار. في نموذج ثابت من العمارة العنقودية ، قام الباحثون بمحاكاة فكرة تحذيرية ، متبوعة بحافز ذوق معين. ونتيجة لذلك ، نجحوا في إعادة إنتاج مخطط الترميز المعجل الذي لاحظه Fontanini في الفئران في عام 2012: تم تسريع الانتقال من حالة مستقرة إلى أخرى ، مما مكن النظام من التبديل بسرعة إلى حالات الترميز. تظهر نتائج العمل أنه ببساطة عن طريق إنشاء شبكة لإظهار أنماط ثابتة من النشاط ، "يمكنك التقاط الكثير من الاستجابات العصبية مع تحفيز الذوق" ، قال فونتانيني.
عندما حاول الباحثون محاكاة المحفزات والمنبهات التحذيرية في شبكة لا تحتوي على خلايا عصبية عنقودية ، لم يتمكنوا من تكرار نتائج عام 2012. لذلك ، "هذا التأثير ممكن فقط في شبكات من نوع معين" ، قال كاتز.
المشي أقل إرهاقا
بدا هذا الاكتشاف رائعًا ، أولاً ، لأنه أعطى فكرة عن نوع الهندسة المعمارية التي يجب البحث عنها في القشرة الحقيقية الذوق - وربما في أجزاء أخرى من القشرة المسؤولة عن الأعضاء الحسية. حتى الآن ، يجادل علماء الأعصاب حول كيفية معالجة الذوق: يقول البعض إن بعض الخلايا العصبية يمكن أن تشفر "حلوة" والبعض الآخر "مالح" ، مما يخلق استجابات عصبية مميزة لبعض الأذواق. يربطها آخرون بأنماط أوسع من النشاط ؛ تستجيب معظم الخلايا العصبية لمعظم الأذواق ، ويتوافق المخطط العصبي الناتج تقريبًا مع ذوق واحد أو آخر. يدعم عمل Fontanini وزملاؤه النظرية الحديثة ، ويتوقعون بالضبط كيف ينبغي أن يبدو هذا الهيكل. وقال فونتانيني ، "المجموعات بالفعل" تحدد الخطوط العريضة لخصائص لحاء التذوق ، "النشاط التلقائي ، سلسلة من الملاحظات على الذوق ، تأثير التوقع". إنه يأمل في مواصلة الكشف عن تاريخ تكوين هذه المجموعات ، وما هي أنواع النشاط العصبي الأخرى التي تؤثر عليها.
كما يحدد الأساس العصبي للتوقعات في الدماغ. نصيحة التحذير لا تثير فقط بعض الخلايا العصبية أو تسبب مجموعة معينة من الحالات ، والتي تشفر التحفيز. بدلاً من ذلك ، يغير الانتظار ديناميات النظام برمته - على وجه التحديد ، سرعة التبديل.
قارن Fontanini و la Camara هذه الديناميات مع كرة تتحرك عبر منظر طبيعي مملوء بالخنادق. تشير هذه الاستراحات إلى حالات رد فعل ، وتميل التوقعات إلى التضاريس بحيث تسقط الكرة بشكل أسرع في الخندق الأول. كما أنه يعمل على تنعيم التضاريس الجبلية التي تحتاج الكرة إلى الانتقال من حالة إلى أخرى ، مما يسهل هذا الانتقال ويتعثر.
وهذا يعني أن الانتظار يجعل الشبكة أقل لزجة. يسمح لك بالسير على نحو أسهل نحو الحالات التي تشفر الذوق فعليًا ، لكنها لا تعطي الاستقرار بحيث يكون النظام عالقًا في حالة واحدة. غالبًا ما تصيب هذه المشكلة هذه الشبكات المجمعة: بسبب هذا التجميع ، تبين أن بعض "الخنادق" عميقة للغاية ، والنظام يضخّم المعلومات غير الصحيحة. لكن هذه الاكتشافات تقول إنه لحل هذه المشكلة ، "لا تحتاج إلى نظام معقد" ، كما يقول جورج كيلر ، عالم الأعصاب الذي يدرس عمل الرؤية في معهد الأبحاث الطبية الحيوية. فريدريش ميشر في سويسرا.
يأمل Fontanini و la Camera في أن تشرح آلية مماثلة عمل العمليات الأخرى التي تتجاوز السياق التوقعات ، مثل الاهتمام والتعلم. ولكن ، ربما ، "ستكون أهم نتيجة لعملنا هي تحويل الانتباه عن رد الفعل الثابت للخلايا العصبية التي ترمز إلى ردود فعل معينة على سلوكها الديناميكي" ، على حد تعبير la Camera.
على الرغم من أن النهج المتبع في دراسة البيولوجيا العصبية من خلال الأنظمة الديناميكية لا يمكن تسميته جديدًا ، إلا أنه كان من الصعب اختباره ونموذجه. يميل الخبراء عادة إلى بنية هرمية لتمثيل الإدراك الحسي: تقوم القشرة ببناء وتكامل ميزات لتشكيل التصورات ، وإرسال إشارات إلى طبقات أخرى من الشبكة تعمل على دمج المزيد من المعلومات حتى يتوصل الدماغ إلى قرار أو يختار السلوك.
لكن هذا ليس هو الحال في هذه الورقة. وقال ليزلي كاي ، عالم الأعصاب بجامعة شيكاغو الذي يعمل على الرائحة ، إن نتائج الفريق تتحدث عن فكرة أخرى لمعالجة الإشارات والتي "يحدث كل شيء في نفس الوقت ، قبل أن تصل إشارة التحفيز". "المعلومات المستفادة موجودة في القشرة ، وتشكل نظامًا لمجموعات مترابطة من الخلايا العصبية تدل على هذه المعلومات ، ثم تقوم بالتأثير عليها بمساعدة التوقعات ، مما يؤدي إلى إظهار ما يعرفه هذا النظام."
الاندفاع المفاجئ
يستنتج من النموذج أن عملية صنع القرار ليست بناءًا سلسًا استنادًا إلى المعلومات التي تم تلقيها ، بل هي شيء يشبه سلسلة من الرؤى ، قفزة من التقلبات العصبية. استخدم Katz نفس طراز Fontanini مع la Camera لدعم فكرة أن عملية صنع القرار "تحدث في عجلة مفاجئة".
إن العلاقة بين "زوايا الذوق المختلفة تمامًا" - عمل فونتانيني في معالجة الأحاسيس من الحواس ودراستها للمعالجة الإضافية - تترك كاتز في حالة "ترقب مبهج".
كما تؤكد على الحاجة إلى الابتعاد عن التركيز على الخلايا العصبية الفردية التي تستجيب لبعض المطالبات ، والانتقال إلى الحالات والديناميات الداخلية لفهم أفضل لعمل شبكات الاستشعار - حتى في حالة المحفزات الحسية الأساسية. وقال أنان موران ، عالم الأعصاب في جامعة تل أبيب في إسرائيل: "من الأسهل القول إن الخلايا العصبية تزيد من عدد عمليات التنشيط". ولكن من أجل فهم كيفية عمل الكائنات الحية ، "لا يمكنك أن تأخذ في الحسبان فقط الحافز ، يجب أن تحسب الحالة الداخلية" ، أضاف. "وهذا يعني أن فكرتنا السابقة عن الآلية التي يستخدمها الدماغ لتنفيذ الأحاسيس والإجراءات وما إلى ذلك ، تحتاج إلى مراجعة".
وقال كاتز: "معظم ما يحدث في قشرة التذوق قبل وصول الحافز ، يرتبط بمعالجتها عند الوصول". في هذه الحالة ، كشفت دراسة عن كيفية تغير هذه الحالات الداخلية تحت تأثير الخبرة أو الأدلة عن معلومات جديدة حول اتصال الشبكة.
الآن ، قال موران ، يجب أن يخضع هذا الاعتماد للسياق لدراسات أخرى عن الإدراك والتفكير. "الحدود الأخيرة هي النظام البصري. هذا العمل يمكن أن يخبرنا بشيء مثير للاهتمام حول معالجة المعلومات المرئية. "
وأضاف: "ليس لدينا نموذج جيد وموحد يجمع كل هذا النشاط". لكن هذه "نقطة انطلاق جيدة".