Desember 18, 2012
redOrbit Staff & Wire Reports - Your Universe Online
En av de unike egenskapene til det menneskelige sinn er dets evne til å prioritere sine mål og prioriteringer ettersom situasjoner endres og ny informasjon oppstår. Dette skjer når du avbryter et planlagt cruise fordi du trenger pengene til å reparere din brutte bil, eller når du avbryter morgenjoggen din fordi mobiltelefonen din ringer i lommen.
I en ny studie publisert i Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS), sier forskere fra Princeton University at de har oppdaget mekanismene som styrer hvordan hjernen vår bruker ny informasjon for å endre våre eksisterende prioriteringer.
Forskerlaget ved Princeton's Neuroscience Institute (PNI) brukt funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI) for å skanne fag og finne ut hvor og hvordan menneskers hjerne reprioriterer mål. Overraskende fant de at skifte av mål foregår i prefrontal cortex, en region i hjernen som er kjent for å være forbundet med en rekke høyere oppførsel. De observerte også at den kraftige nevrotransmitterdopaminen - også kjent som "gledekjemikaliet" - ser ut til å spille en kritisk rolle i denne prosessen.
Ved hjelp av en ufarlig magnetisk puls avbrøt forskerne aktiviteten i deltakerens prefrontale cortex mens de spilte spill og fant at de ikke kunne bytte til en annen oppgave i spillet.
"Vi har funnet en grunnleggende mekanisme som bidrar til hjernens evne til å konsentrere seg om en oppgave og deretter bytte fleksibelt til en annen oppgave," forklarte Jonathan Cohen, meddirektør for PNI og universitetets Robert Bendheim og Lynn Bendheim Thoman professor i nevrovitenskap.
"Forringelser i dette systemet er sentrale for mange kritiske lidelser av kognitiv funksjon som de som observeres i skizofreni og tvangssyndrom."
Tidligere forskning hadde allerede vist at når hjernen bruker ny informasjon for å endre sine mål eller atferd, blir denne informasjonen midlertidig sendt inn i hjernens arbeidsminne, en type kortvarig minneoppbevaring. Hittil har forskere imidlertid ikke forstått mekanismene som styrer hvordan denne informasjonen er oppdatert.
BRUKE SPILL TIL PINPOINT BESLUTNINGSMAKING
Sammen med studiens hovedforfatter Kimberlee D'Ardenne av Virginia Tech og andre forskere Neir Eshel, Joseph Luka, Agatha Lenartowicz og Leight Nystrom, Cohen og hans team utarbeidet en studie som tillot dem å skanne hjernen til sine fag mens de spilte et spill. Spillet krevde deltakerne å trykke på bestemte knapper avhengig av forskjellige visuelle tegn. Hvis de ble vist bokstaven A før bokstaven X, ble de bedt om å trykke på en knapp merket "1". Men hvis de så brevet B før X, måtte de trykke på en knapp merket "2".
I en tidligere versjon av oppgaven ble deltakerne imidlertid først bedt om å trykke på 1-knappen når de så X uansett hvilke bokstaver som gikk foran det. Dermed ble A og B-regelen som ble introdusert i andre runde, tjent som "ny informasjon" som deltakeren måtte bruke for å oppdatere sitt mål om å bestemme hvilken knapp som skal trykkes.
Undersøkelse av fMRI etterpå fant forskerne økt aktivitet i den rette prefrontale cortex da deltakerne fullførte den mer komplekse oppgaven som var involvert ta en avgjørelse mellom to knapper basert på visuelle signaler A og B. Dette var imidlertid ikke tilfellet for den enklere versjonen av oppgaven.
Cohens resultater bekrefter funnene fra sitt eget tidligere forskningsprosjekt fra 2010 som brukte en annen skanningsmetode for å måle timingen av hjernevirksomhet.
I den nåværende studien leverte forskningsgruppen også korte magnetiske pulser til prefrontal cortex for å bekrefte at dette faktisk er hjernegruppen involvert i oppdatering av arbeidsminne. Baserer timing av pulsen på den forrige studien, ga forskerne den magnetiske puls på det nøyaktige tidspunkt da de trodde at den rette prefrontale cortex skulle oppdatere minne. De fant ut at hvis de leverte pulsen nøyaktig 0.15 sekunder etter at deltakerne hadde sett bokstavene A eller B, kunne de ikke slå den riktige knappen. De kunne dermed bruke den magnetiske puls for å forstyrre minneoppdateringsprosessen.
"Vi forutslo at hvis puls ble levert til den delen av den høyre prefrontale cortex observert ved hjelp av fMRI, og når hjernen oppdaterer sin informasjon som avslørt av EEG, vil emnet ikke beholde informasjonen om A og B, forstyrrer hans eller hennes ytelse på knapp-pushing oppgaven, "forklarte Cohen.
DOPAMIN SOM GATEKEEPER AV VÅR ARBEIDSGENHET
I den siste delen av forsøket ønsket Cohs team å teste deres teori om at nevrotransmitterdopaminet er ansvarlig for å merke ny informasjon og viktig for å oppdatere arbeidsminne og mål når det kommer inn i prefrontal cortex. Dopamin er en naturlig forekommende kjemikalie som er kjent for å spille nøkkelroller i en rekke mentale prosesser som de som involverer motivasjon og belønning.
For å gjøre dette brukte teamet igjen fMRI til å skanne en region som kalles midbrainen som er tett befolket med spesialiserte nerveceller, kjent som dopaminerge kjerner, som er ansvarlige for å produsere de fleste av hjernens dopaminsignaler. Forskerne spores aktiviteten til disse dopamin-emitterende nervecellene mens deltakerne utførte oppgavene og fant en signifikant korrelasjon mellom hjerneaktivitet i disse områdene og i riktig prefrontal cortex.
"Den bemerkelsesverdige delen var at dopaminsignalene korrelerte både med oppførselen til våre frivillige og deres hjerneaktivitet i prefrontale cortex," forklarer Cohen.
"Denne konstellasjonen av funn gir sterk bevis på at de dopaminerge kjernene gjør det mulig for prefrontale cortex å holde fast på informasjon som er relevant for oppdatering av oppførsel, men ikke informasjon som ikke er."
Professor David Badre fra Brown University, en spesialist innen kognitive, språklige og psykologiske fag, mener at arbeidet til Cohs team representerer et stort skritt fremover i vitenskapens forsøk på å forstå hvordan hjernen oppdaterer sitt arbeidsminne.
Selv om han ikke var direkte involvert i studien, skrev Badre en kommentar til studien som ble publisert online i begynnelsen av november av PNAS. I den uttalte han at: “Mekanismene hjernen oppnår en adaptiv balanse mellom fleksibilitet og stabilitet er fortsatt grunnlaget for mye aktuell undersøkelse innen kognitiv nevrovitenskap. Disse resultatene gir grunnlag for nye undersøkelser av de nevrale mekanismene for fleksibel, målrettet atferd. ”