मस्तिष्क धारणा को गति देता है, यह अनुमान लगाता है कि आगे क्या होगा

आपकी अपेक्षाएं आपकी धारणा को आकार और गति देती हैं। इस आशय की व्याख्या करने वाला एक नया मॉडल संकेत प्रसंस्करण के सिद्धांतों को अद्यतन करने का सुझाव देता है।

यदि आप एक निश्चित स्वाद की उम्मीद करते हैं, और आपकी जीभ अलग महसूस करती है, तो यह आपको अप्रिय लगेगा। यदि स्वाद की उम्मीद है, तो आप इसे तेजी से महसूस करेंगे।

कल्पना करें कि आपने एक गिलास लिया और सोचें कि अंदर सेब का रस है, और फिर, एक घूंट लेने के बाद, आपको पता चलता है कि यह अदरक है। यहां तक ​​कि अगर आप आमतौर पर सोडा से प्यार करते हैं, तो इस बार स्वाद आपको घृणित लगता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि संदर्भ और अपेक्षा सहित आंतरिक स्थिति, प्रभावित करती है कि जानवरों की भावना और उनकी इंद्रियों से जानकारी कैसे संसाधित होती है, यह अल्फ्रेडो फोंटानिनी , न्यूयॉर्क में स्टोनी ब्रुक विश्वविद्यालय के एक न्यूरोसाइंटिस्ट बताते हैं। इस मामले में, गलत उत्तेजना की प्रतीक्षा करने से आश्चर्य और नकारात्मक प्रतिक्रिया होती है।

हालांकि, यह प्रभाव धारणा की गुणवत्ता तक सीमित नहीं है। अन्य प्रभावों के बीच, इंद्रियों को इनपुट के लिए इंतजार करने के लिए, अच्छा या बुरा, उस गति को बढ़ा सकता है जिस पर एक जानवर का पता लगाता है, उनकी पहचान करता है और उनका जवाब देता है।

कई साल पहले, फोंटानिनी और टीम ने स्वाद प्रांतस्था में इस त्वरण प्रभाव के प्रत्यक्ष प्रमाण की खोज की - स्वाद की धारणा के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क का हिस्सा। तब से, वे प्रांतस्था में एक संरचना खोजने की कोशिश कर रहे हैं जो इस प्रभाव को संभव बनाता है। और इसलिए वे सफल हुए। अप्रैल 2019 में, उन्होंने नेचर न्यूरोसाइंस नामक पत्रिका में अपनी खोजों को प्रकाशित किया : एक विशिष्ट वास्तुकला वाला एक नेटवर्क जो न केवल अपेक्षा के कार्य के सिद्धांतों के बारे में नए विचार प्रस्तुत करता है, बल्कि यह भी व्यापक सवालों के क्षेत्र में चला जाता है कि कैसे तंत्रिका विज्ञानी को धारणा से संबंधित होना चाहिए। इसके अलावा, निष्कर्ष कुछ हद तक निर्णय लेने के सिद्धांत के साथ मेल खाता है, जो बताता है कि मस्तिष्क धीरे-धीरे निर्णय नहीं लेता है, लेकिन उन्हें जल्दबाजी में लेता है।

त्वरित भावनाओं और सक्रिय राज्यों

स्वाद, कम से कम पता चला सनसनी, एक आदर्श प्रारंभिक बिंदु था। स्वाद जीभ पर दिखाई देने के बाद, कई सौ मिलीसेकंड गुजरता है इससे पहले कि स्वाद प्रांतस्था की गतिविधि इनपुट डेटा को प्रतिबिंबित करना शुरू कर देती है। मैसाचुसेट्स में ब्रैंडिस यूनिवर्सिटी के न्यूरोसाइंटिस्ट (जिसकी प्रयोगशाला फोंटानिनी पोस्ट-डॉक्टोरल स्टडीज़ से गुज़री), "ब्रेन फंक्शन के संदर्भ में, यह एक भयानक समय है।" "दृश्य प्रांतस्था में, सब कुछ इस समय के एक छोटे से हिस्से में होता है," जो दृष्टि के लिए बहुत कठिन बनाता है वह अपेक्षा प्रभाव को पहचानने के लिए जो वैज्ञानिक अध्ययन करना चाहते थे।

2012 में, फोंटानिनी और उनके सहयोगियों ने एक प्रयोग किया, जिसमें चूहों ने एक ध्वनि ("प्रारंभिक संकेत") सुना, और फिर उनके मुंह में एक ट्यूब के माध्यम से भोजन की एक छोटी खुराक प्राप्त की। उसका स्वाद स्वयं मीठा, नमकीन, खट्टा या कड़वा हो सकता है, और उसके चरित्र के बारे में टूलटिप में कोई जानकारी नहीं थी।

फिर भी, यह पाया गया कि, पूरी तरह से, स्वाद की उम्मीद ने स्वाद के कॉर्टेक्स के न्यूरॉन्स को उत्तेजना को लगभग दोगुना तेजी से पहचाना जब चूहों ने प्रारंभिक ध्वनि सुनने के बिना भोजन प्राप्त किया। विलंब लगभग 200 एमएस से 120 एमएस तक गिरा।

Fontanini जानना चाहता था कि कौन सा तंत्रिका नेटवर्क सैद्धांतिक रूप से कोडिंग त्वरण की अनुमति देगा। उन्होंने एक विशेषज्ञ को आकर्षित किया, जिन्होंने पहले स्वाद के क्षेत्र में काम नहीं किया था: स्टोनी ब्रुक के एक सहकर्मी, एक न्यूरोसाइंटिस्ट, जियानकार्लो ला कैमरा , जिन्होंने पूर्व में सहज मस्तिष्क गतिविधि पर काम किया था जो उत्तेजनाओं की अनुपस्थिति में भी होता है।


अल्फ्रेडो फॉन्टानिनी और जियानकार्लो ला कैमरा

पिछले कुछ दशकों में, एक बढ़ती हुई धारणा है कि सेंसर नेटवर्क की अधिकांश गतिविधि आंतरिक रूप से उत्पन्न होती है और बाहरी उत्तेजनाओं के कारण नहीं होती है। अगर हम किसी जानवर के दृश्य कोर्टेक्स की गतिविधि की पूरी अंधेरे में उसकी गतिविधि के साथ तुलना करते हैं, जब जानवर की जांच की जाती है, तो उनमें अंतर खोजना मुश्किल होगा। प्रकाश की अनुपस्थिति में भी, दृश्य कॉर्टेक्स में न्यूरॉन्स के सेट एक साथ, एक साथ या पूर्वानुमान योग्य आवृत्ति पर सक्रिय होने लगते हैं। यह परस्पर प्रतिक्रिया तथाकथित में स्थित है कुछ सेकंड से लेकर कई सेकंड तक मेटास्टेबल स्थिति और फिर गतिविधि का विन्यास दूसरे में बदल जाता है। मेटास्टैबिलिटी, या एक क्षणभंगुर राज्य से दूसरे में कूदने की प्रवृत्ति, उत्तेजना की उपस्थिति के बाद जारी रहती है, हालांकि, कुछ राज्य अक्सर एक विशेष उत्तेजना के संबंध में अधिक बार दिखाई देते हैं, और इसलिए, "कोडिंग स्टेट्स" माना जाता है।

ला कैमरा और अन्य (काट्ज़ सहित) पहले से ही मेटास्टेबिलिटी को मॉडल कर चुके हैं, जो एक क्लस्टर नेटवर्क कहलाता है। इसके अंदर, रोमांचक न्यूरॉन्स के समूह एक-दूसरे के साथ निकटता से जुड़े हुए हैं, और निरोधात्मक न्यूरॉन्स बेतरतीब ढंग से रोमांचक लोगों के साथ जुड़े हुए हैं, जिसका पूरे सिस्टम पर व्यापक प्रभाव पड़ता है। "ऐसी क्लस्टर्ड आर्किटेक्चर, मेटास्टेबिलिटी बनाने के लिए मौलिक रूप से महत्वपूर्ण है," फोंटानिनी ने कहा।

Fontanini, La Camera और उनके सहयोगी, एक पोस्टडॉक, Luca Mazzukato (अब ओरेगन विश्वविद्यालय में काम कर रहे हैं) ने पाया कि प्रतीक्षा प्रभाव को फिर से बनाने के लिए समान नेटवर्क संरचना की आवश्यकता थी। क्लस्टर्ड आर्किटेक्चर के एक मेटास्टेबल मॉडल में, शोधकर्ताओं ने एक चेतावनी सुराग का अनुकरण किया, उसके बाद एक विशिष्ट स्वाद उत्तेजना। नतीजतन, उन्होंने 2012 में चूहों में फॉन्टानिनी द्वारा देखी गई त्वरित कोडिंग योजना को सफलतापूर्वक पुन: पेश किया: एक मेटास्टेबल राज्य से दूसरे में संक्रमण तेज हो गए, जिससे सिस्टम जल्दी से कोडिंग राज्यों में स्विच करने में सक्षम हो गया। कार्य के परिणाम बताते हैं कि बस गतिविधि के मेटास्टेबल पैटर्न को प्रदर्शित करने के लिए एक नेटवर्क बनाकर, "आप स्वाद को उत्तेजित करते हुए बहुत सारे न्यूरोलॉजिकल प्रतिक्रियाओं को पकड़ सकते हैं," फोंटानिनी ने कहा।

जब शोधकर्ताओं ने एक नेटवर्क में चेतावनी के संकेतों और उत्तेजनाओं को अनुकरण करने की कोशिश की, जिसमें क्लस्टर न्यूरॉन्स नहीं थे, तो वे 2012 के परिणामों को दोहराने में सक्षम नहीं थे। इसलिए, "यह प्रभाव केवल एक निश्चित प्रकार के नेटवर्क में संभव है," काट्ज ने कहा।

कम तनावपूर्ण चलना

खोज उल्लेखनीय लग रही थी, सबसे पहले, क्योंकि इसने इस बात का विचार दिया कि वास्तविक स्वाद कोर्टेक्स में किस तरह की वास्तुकला दिखती है - और संभवतः संवेदी अंगों के लिए जिम्मेदार प्रांतस्था के अन्य हिस्सों में। अब तक, न्यूरोसाइंटिस्ट इस बात पर बहस कर रहे हैं कि स्वाद को कैसे संसाधित किया जाता है: कुछ का कहना है कि कुछ निश्चित न्यूरॉन्स "मीठे" और अन्य "नमकीन" को सांकेतिक शब्दों में बदलना कर सकते हैं, जो कुछ स्वादों के लिए विशेषता न्यूरोलॉजिकल प्रतिक्रियाएं बनाते हैं। अन्य इसे गतिविधि के व्यापक पैटर्न के साथ जोड़ते हैं; अधिकांश न्यूरॉन्स अधिकांश स्वादों पर प्रतिक्रिया करते हैं, और परिणामस्वरूप न्यूरोलॉजिकल योजना लगभग एक या दूसरे स्वाद से मेल खाती है। Fontanini और सहकर्मियों का काम नवीनतम सिद्धांत का समर्थन करता है, यह भविष्यवाणी करता है कि यह संरचना कैसे दिखनी चाहिए। पहले से ही केवल समूह "स्वाद की छाल के कई गुणों को रेखांकित करते हैं", फोंटानिनी ने कहा, "सहज गतिविधि, स्वाद पर प्रतिक्रिया का एक क्रम, अपेक्षा का प्रभाव।" वह इन समूहों के गठन के इतिहास का पता लगाना जारी रखते हैं, और अन्य प्रकार की तंत्रिका गतिविधि को प्रभावित करते हैं।

यह मस्तिष्क में उम्मीदों के तंत्रिका आधार को भी रेखांकित करता है। चेतावनी टिप केवल कुछ न्यूरॉन्स को उत्तेजित नहीं करती है या कुछ निश्चित परिस्थितियों का कारण बनती है, जो तब उत्तेजना का सामना करती है। इसके बजाय, प्रतीक्षा गतिशीलता को बदल देती है - विशेष रूप से, स्विचिंग गति - पूरे सिस्टम की।

Fontanini और la Camara इस गतिशीलता की तुलना खाइयों से भरे परिदृश्य में चलती गेंद से करते हैं। ये आवेश प्रतिक्रिया अवस्थाओं को इंगित करते हैं, और अपेक्षा इलाके को झुका देती है ताकि गेंद पहले खाई में तेजी से गिरे। यह पहाड़ी इलाकों को भी सुचारू करता है जिसके साथ गेंद को एक राज्य से दूसरे राज्य में जाने की ज़रूरत होती है, जिससे इस संक्रमण को आसानी से रोका जा सके और अटक जाए।

यही है, प्रतीक्षा नेटवर्क को कम चिपचिपा बनाती है। यह आपको राज्यों की ओर एक आसान चलने की अनुमति देता है जो वास्तव में स्वाद को सांकेतिक शब्दों में बदलना है, लेकिन यह ऐसी स्थिरता नहीं देता है कि सिस्टम एक राज्य में फंस गया है। यह समस्या अक्सर इस तरह के क्लस्टर नेटवर्क को नुकसान पहुंचाती है: इस समूहन के कारण, कुछ "खाइयां" बहुत गहरी हो जाती हैं, और सिस्टम गलत जानकारी को बढ़ाता है। लेकिन इन खोजों का कहना है कि इस समस्या को हल करने के लिए "आप एक जटिल प्रणाली की आवश्यकता नहीं है", जॉर्ज केलर ने कहा, एक न्यूरोसाइंटिस्ट जो जैव चिकित्सा अनुसंधान संस्थान में दृष्टि के काम का अध्ययन करता है। स्विट्जरलैंड में फ्रेडरिक मिसेचर।

फॉन्टानिनी और ला कैमरा को उम्मीद है कि एक समान तंत्र अन्य प्रक्रियाओं के काम को समझा सकता है जो संदर्भ को उम्मीदों से परे ले जाते हैं, जैसे कि ध्यान और सीखना। लेकिन, शायद, "हमारे काम का सबसे महत्वपूर्ण परिणाम न्यूरॉन्स की स्थैतिक प्रतिक्रिया से ध्यान की एक पारी होगी जो उनके गतिशील व्यवहार के लिए कुछ प्रतिक्रियाओं को एन्कोडिंग करता है," ला कैमरा ने कहा।

यद्यपि डायनेमिक सिस्टम के माध्यम से न्यूरोबायोलॉजी के अध्ययन के दृष्टिकोण को नया नहीं कहा जा सकता है, यह परीक्षण और मॉडल के लिए मुश्किल था। विशेषज्ञ आमतौर पर संवेदी धारणा के प्रतिनिधित्व की एक पदानुक्रमित संरचना की ओर रुख करते हैं: कॉर्टेक्स धारणा के निर्माण के लिए सुविधाओं को बनाता है और एकीकृत करता है, नेटवर्क की अन्य परतों को संकेत भेजता है जो मस्तिष्क तक किसी निर्णय पर आता है या व्यवहार का चयन होने तक अधिक जानकारी को एकीकृत करता है।

लेकिन इस पेपर में ऐसा नहीं है। टीम के परिणाम एक अन्य सिग्नल प्रोसेसिंग विचार के पक्ष में बोलते हैं जिसमें "उत्तेजना संकेत आने से पहले एक ही समय में सब कुछ होता है," शिकागो विश्वविद्यालय के एक न्यूरोसाइंटिस्ट लेस्ली केए ने कहा, जो गंध पर काम करता है। "सीखी गई जानकारी कॉर्टेक्स में है, इस जानकारी को दर्शाने वाले न्यूरॉन्स के परस्पर समूहों की एक प्रणाली बनाती है, और फिर आप इसे उम्मीदों की मदद से प्रभावित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप इस प्रणाली को पता चलता है।"

अचानक भीड़

यह मॉडल से इस प्रकार है कि निर्णय लेने की प्रक्रिया प्राप्त जानकारी के आधार पर एक चिकनी निर्माण नहीं है, बल्कि अंतर्दृष्टि के अनुक्रम की तरह कुछ है, तंत्रिका उतार-चढ़ाव का एक छलांग है। काट्ज़ ने फोंटानिनी के समान मॉडल का उपयोग ला कैमरा के साथ इस विचार का समर्थन करने के लिए किया कि निर्णय लेने "अचानक भीड़ में होता है।"

"स्वाद का पूरी तरह से अलग कोण" के बीच संबंध - इंद्रियों से संवेदनाओं के प्रसंस्करण और उनके आगे के प्रसंस्करण के अध्ययन पर फोंटानिनी का काम - "हर्षित प्रत्याशा" की स्थिति में काट्ज़ छोड़ देता है।

वह अलग-अलग न्यूरॉन्स पर एकाग्रता से दूर जाने की आवश्यकता पर जोर देती है जो कुछ संकेतों का जवाब देते हैं, और आंतरिक नेटवर्क की कार्यप्रणाली को बेहतर ढंग से समझने के लिए आंतरिक अवस्थाओं और गतिकी की ओर बढ़ते हैं - यहां तक ​​कि सबसे बुनियादी संवेदी उत्तेजनाओं के मामले में भी। "यह कहना बहुत आसान है कि एक न्यूरॉन सक्रियण की संख्या बढ़ाता है," इज़राइल में तेल अवीव विश्वविद्यालय में एक न्यूरोसाइंटिस्ट अनन मोरन ने कहा। लेकिन यह समझने के लिए कि जीव कैसे काम करते हैं, "आप केवल उत्तेजना को ध्यान में नहीं रख सकते हैं, आपको आंतरिक स्थिति के बारे में सोचना होगा," उन्होंने कहा। "और इसका मतलब यह है कि संवेदनाओं, कार्यों और इसी तरह से लागू करने के लिए मस्तिष्क द्वारा उपयोग किए जाने वाले तंत्र के हमारे पिछले विचार की समीक्षा करने की आवश्यकता है।"

कटज़ ने कहा, "उत्तेजना के आने से पहले स्वाद कोर्टेक्स में क्या होता है, इसके आने पर इसकी प्रोसेसिंग से जुड़ा है।" इस मामले में, इन आंतरिक राज्यों के अनुभव या सुराग के प्रभाव में कैसे परिवर्तन होता है, के एक अध्ययन से नेटवर्क कनेक्टिविटी के बारे में नई जानकारी सामने आई है।

अब, मोरन ने कहा, ऐसी प्रासंगिक निर्भरता को धारणा और सोच के अन्य अध्ययनों से गुजरना चाहिए। “अंतिम सीमा दृश्य प्रणाली है। इस तरह के काम हमें दृश्य जानकारी के प्रसंस्करण के बारे में कुछ दिलचस्प बता सकते हैं। "

उन्होंने कहा, "हमारे पास अभी तक अच्छा, एकीकृत मॉडल नहीं है जो इस सारी गतिविधि को जोड़ती है।" लेकिन यह एक "अच्छा शुरुआती बिंदु" है।