Sinergia explică abilităţile cognitive uimitoare ale creierului uman?

Oamenii sunt de neegalat în domeniul cunoașterii. La urma urmei, nicio altă specie nu a trimis sonde pe alte planete, nu a produs vaccinuri salvatoare şi nu a creat poezie.

Cum sunt procesate informațiile în creierul uman pentru a face posibil acest lucru este o întrebare fascinantă la care însă nu există un răspuns definitiv.

Înțelegerea funcției creierului s-a schimbat de-a lungul anilor. Modelele teoretice actuale descriu creierul ca un „sistem distribuit de procesare a informațiilor”. Aceasta înseamnă că are componente distincte care sunt conectate într-o rețea cerebrală.

Pentru a interacționa între ele, diferite regiuni ale creierului fac schimb de informații printr-un sistem de semnale de intrare și de ieșire. Aceasta este însă doar o descriere aproximativă.

Într-un studiu publicat în Nature Neuroscience, folosind dovezi de la diferite specii și din mai multe discipline din neuroștiință, am arătat că nu există un singur tip de procesare a informațiilor în creier. Modul în care este procesată informația diferă, de asemenea, între oameni și alte primate, ceea ce poate explica de ce abilitățile cognitive ale speciei noastre sunt atât de superioare.

Am utilizat concepte din ceea ce este cunoscut sub numele de cadrul matematic al teoriei informației, studiul măsurării, stocării și comunicării informațiilor digitale. Această teorie este crucială pentru tehnologii precum internetul și inteligența artificială, pentru a urmări modul cum prelucrează creierul informațiile.

Am descoperit că diferite regiuni ale creierului folosesc, de fapt, strategii diferite pentru a interacționa între ele.

Sinergia în creierul uman

Credit: Adobe stock

Unele regiuni ale creierului fac schimb de informații cu altele într-un mod foarte stereotip, folosind intrări și ieșiri. Acest lucru asigură că semnalele sunt transmise într-o manieră reproductibilă și fiabilă. Acesta este cazul zonelor specializate pentru funcțiile senzoriale și motorii (cum ar fi procesarea informațiilor sonore, vizuale și de mișcare).

De exemplu, ochii trimit semnale către partea din spate a creierului pentru procesare. Majoritatea informațiilor care sunt trimise sunt duplicate, fiind furnizate de fiecare ochi. Cu alte cuvinte, jumătate din aceste informații nu sunt necesare. În consecinţă, acest tip de procesare a informațiilor de intrare-ieșire este considerat de tip „redundant”.

Redundanța oferă robustețe și siguranţă, permiţându-ne să vedem în continuare cu un singur ochi. Această capacitate este esențială pentru supraviețuire. De fapt, este atât de esențială încât conexiunile dintre aceste regiuni ale creierului sunt cablate anatomic în creier într-un mod similar celui cum sunt legate între ele componentele dintr-un telefon fix.

Cu toate acestea, nu toate informațiile furnizate de ochi sunt redundante. Combinarea informațiilor de la ambii ochi permite, în cele din urmă, creierului să proceseze adâncimea și distanța dintre obiecte. Pe baza acestor informaţii funcţionează şi multe tipuri de ochelari 3D la cinema.

Acesta este un exemplu al unui mod fundamental diferit de procesare a informațiilor. Numim acest tip de procesare a informațiilor, în care semnalele complexe din diferite rețele cerebrale sunt integrate, sub numele de „sinergie”.

Procesarea sinergică este utilizată în special în regiunile creierului care susțin o gamă largă de funcții cognitive complexe, cum ar fi atenția, învățarea, memoria de lucru, cogniția socială și numerică.

Imagini RMN ale creierului uman

Imagini RMN (Rezonanţă Magnetică Nucleară) ale creierului uman. Credit Shutterstock

Asemenea regiuni ale creierului, mai ales cele din partea din față și din mijlocul cortexului (stratul exterior al creierului), integrează diferite surse de informații din întregul creier. Prin urmare, ele sunt conectate mai larg și mai eficient cu restul creierului decât regiunile care se ocupă cu informațiile senzoriale primare și legate de mișcare.

Regiunile cerebrale cu sinergie mare care susțin integrarea informațiilor au, de obicei, o mulțime de sinapse, conexiuni microscopice care permit celulelor nervoase să comunice.

Sinergia ne face speciali?

Am vrut să știm dacă această capacitate de a acumula și de a procesa informații prin intermediul unor rețele complexe din creier este diferită între oameni și alte primate, care sunt rude apropiate ale noastre în termeni evolutivi.

Pentru aceasta am analizat datele imagistice ale creierului și analizele genetice ale diferitelor specii. Am descoperit că interacțiunile sinergice reprezintă o proporție mai mare din fluxul total de informații în creierul uman decât în ​​creierul maimuțelor macac. În schimb, creierele ambelor specii sunt similare în ceea ce privește cât de mult se bazează pe informații redundante.

De asemenea, ne-am concentrat atenţia, în mod specific, asupra cortexul prefrontal, o zonă din partea din față a creierului care asigură o capacitate cognitivă mai avansată. La macaci, procesarea redundantă a informațiilor este mai răspândită în această regiune, în timp ce la oameni predomină procesarea sinergică.

Cortexul prefrontal a suferit şi o expansiune semnificativă odată cu evoluția. Am constatat în cazul creierului uman că această regiune cerebrală s-a extins mai mult ca urmare a sinergiei în timpul evoluției, în comparaţie cu regiunea omoloagă de la cimpanzeu.

Analizele genetice de la donatori umani au arătat că regiunile creierului asociate cu procesarea informațiilor sinergice sunt mai susceptibile de a exprima gene care sunt unic umane și legate de dezvoltarea și funcționarea creierului, cum ar fi inteligența.

Acest lucru ne-a condus la concluzia că țesutul suplimentar al creierului uman, dobândit ca urmare a evoluției, poate fi dedicat în primul rând sinergiei. De asemenea, este tentant să presupunem că avantajele conferite de o sinergie mai mare ar putea explica, în parte, capacitățile cognitive suplimentare ale speciei  noastre.

Sinergia poate adăuga o piesă importantă la puzzle-ul evoluției creierului uman, care anterior lipsea.

Traducere după What is it about the human brain that makes us smarter than other animals? New research gives intriguing answer

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.