To, co dzieje się w naszym mózgu podczas obliczeń, jest nadal w dużej mierze nieznane. Niemieccy naukowcy dostrzegli, że niektóre neurony są aktywne wyłącznie podczas określonych operacji. Zidentyfikowali neurony, które aktywują się tylko podczas dodawania. Znaleźli też takie, które wykazują aktywność wyłącznie podczas odejmowania.
Niedawne badania przeprowadzone przez naukowców z uniwersytetów w Tybindze i Bonn doprowadziły do wykrycia neuronów, które są aktywne wyłącznie podczas dodawania, podczas gdy inne aktywują się tylko podczas odejmowania. Jak przyznają uczeni, nie przy tym znaczenia, czy instrukcja dotycząca przeprowadzenia określonych działań matematycznych jest zapisana w postaci słowa czy symbolu.
Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie „Current Biology” (DOI: 10.1016/j.cub.2022.01.054).
Nowe badania niemieckich naukowców rzucają nieco więcej światła na to, co dzieje się w naszych mózgach podczas obliczeń. - Odkryliśmy, że inne neurony aktywują się podczas dodawania, a inne podczas odejmowania – wyjaśnił współkierujący badaniami prof. Florian Mormann. - To badanie stanowi ważny krok w kierunku lepszego zrozumienia jednej z naszych najważniejszych zdolności symbolicznych, a mianowicie działań za pomocą liczb – dodał.
Badania były prowadzone we współpracy z oddziałem epileptologii Szpitala Uniwersyteckiego w Bonn. Oddział ten specjalizuje się w zabiegach chirurgicznych na mózgach osób cierpiących na padaczkę. U niektórych pacjentów źródłem napadów jest zawsze ten sam obszar mózgu. Do jego lokalizacji uczeni używają elektrod wszczepianych pacjentom. Sondy te można wykorzystać do precyzyjnego określenia uszkodzonego obszaru, ale można też za ich pomocą mierzyć aktywność poszczególnych neuronów.
Uczeni mierzyli aktywność neuronów u dziewięciu pacjentów – pięciu kobiet i czterech mężczyzn. Badani mieli wszczepione elektrody w płat skroniowy. Zostali poproszeni o przeprowadzenie prostych zadań arytmetycznych. Podczas analizy aktywności neuronów, naukowcy dostrzegli, że różne neurony aktywowały się w zależności od tego, czy badani wykonywali dodawanie, czy odejmowanie.
Ale nie wyglądało to tak, że niektóre neurony reagowały tylko na znak „+”, a inne tylko na znak „-”. - Nawet gdy zastąpiliśmy symbole matematyczne słowami, efekt pozostał ten sam. Na przykład, gdy badani zostali poproszeni o obliczenie „5 i 3”, ich „neurony dodawania” zaczynała działać, podczas gdy w przypadku „7 odjąć 4” aktywność wykazywały „neurony odejmowania” – wyjaśniła Esther Kutter, doktorantka w grupie badawczej prof. Mormanna.
Eksperymenty te sugerują, że zidentyfikowane neurony faktycznie kodują instrukcje matematyczne. Uczeni wprowadzili zaobserwowane wzorce aktywności do samouczącego się programu komputerowego. Początkowo, w ramach treningu, podpowiadali mu, jakie działania wykonują badani. Z czasem program sam zaczął działać. Aktywność neuronów była tak wyraźna, że program był w stanie dokładnie określić, która operacja była wykonywana, tylko na podstawie tego, jak zachowywały się neurony.
- Z eksperymentów na małpach wiemy, że neurony specyficzne dla pewnych reguł obliczeniowych istnieją również w ich mózgach - przyznał współprowadzący badania prof. Andreas Nieder z Uniwersytetu w Tybindze. Jednak, jak zaznaczył, dotąd brakowało danych na temat u ludzi. Poczynione ustalenia wskazują, że ludzkie mózgi mają te same rodzaje specyficznych komórek, które kodują określoną matematyczną instrukcję działania.
Źródło: University of Bonn, fot. Christian Burkert/Volkswagen-Stiftung/University of Bonn
