Neuronų „dreifas“: kodėl smegenų veikla nėra tokia pastovi, kaip manėme?
Dešimtmečius neurobiologijoje vyravo nekvestionuojama dogma: tam tikros smegenų ląstelės yra tarsi fiksuoti jungikliai, kurie visada reaguoja į tuos pačius dirgiklius. Tikėta, kad jei vienas neuronas suaktyvėja pamačius specifinę spalvą ar atliekant tam tikrą judesį, jis tą patį darys ir rytoj, ir po metų. Tačiau naujausi moksliniai tyrimai atskleidžia, kad smegenų „kodas“ yra nuolatinėje tėkmėje, o ši stabilumo iliuzija yra tik paviršutiniškas vaizdas.
Netikėtas atradimas Harvardo laboratorijoje
Viskas prasidėjo 2012 metais, kai neurobiologė Laura Driscoll Harvardo universitete ėmėsi ambicingo doktorantūros projekto. Jos tikslas buvo paprastas – nustatyti bazinį pelių neuronų aktyvumo lygį stebint tas pačias ląsteles ilgesnį laiką. Tačiau gauti duomenys buvo tokie netikėti, kad mokslininkė buvo priversta iš esmės pakeisti savo tyrimo kryptį.
2017 metais paskelbti rezultatai sudrebino mokslo bendruomenę. Paaiškėjo, kad nors pelių neuronai parietalio žievėje per vieną dieną reagavo į virtualaus labirinto užduotis itin prognozuojamai, per kelias savaites šis atsakas iš esmės pasikeitė. Ląstelės, kurios anksčiau aktyviai reagavo į tam tikrą pelių buvimo vietą, vėliau šią funkciją prarado, o jų vietą užėmė kiti neuronai. Šis reiškinys, dabar vadinamas „reprezentaciniu dreifu“ (representational drift), tapo vienu didžiausių iššūkių tradicinei neurobiologijos sampratai.
Kodėl tai svarbu?
Ilgą laiką mokslininkai manė, kad stabilus elgesys reikalauja stabilių neuronų grandinių. Tačiau reprezentacinis dreifas rodo, jog smegenys geba išlaikyti nuoseklų elgesį net tada, kai jį koduojantys individualūs neuronai nuolat keičiasi. Tai verčia mus iš naujo įvertinti, kaip saugoma atmintis ir kaip smegenys atnaujina informaciją.
Kai kurie tyrėjai kelia hipotezę, kad šis dreifas gali būti susijęs su atminties „laiko žymėjimu“ arba būdu, leidžiančiu smegenims lanksčiai integruoti naują patirtį į jau egzistuojančius modelius. Kitaip tariant, smegenys nėra statiška duomenų bazė – jos yra dinamiška sistema, kuri nuolat persitvarko, kad išliktų aktuali kintančioje aplinkoje.
Mokslinė diskusija ir ribos
Nors reprezentacinis dreifas buvo užfiksuotas įvairiose pelių smegenų srityse – nuo hipokampo iki regos žievės – mokslininkų bendruomenėje vis dar verda diskusijos. Kai kurie tyrimai, pavyzdžiui, atlikti su šikšnosparniais ar tiriant motorinę žievę, parodė stebėtiną neuronų stabilumą. Tai kelia klausimą: ar dreifas yra universalus biologinis principas, ar jis priklauso nuo rūšies, užduoties sudėtingumo ar netgi eksperimentinių metodų?
Skeptikai pabrėžia, kad stebėjimo duomenys gali būti paveikti ne tik tikrųjų neuronų pokyčių, bet ir nevaldomų gyvūno elgesio ar vidinės būsenos svyravimų. Vis dėlto, dauguma ekspertų sutinka, kad šis reiškinys yra realus ir reikalauja gilesnio supratimo.
Ateities perspektyvos
Šis atradimas turi ne tik teorinę reikšmę. Jis yra itin svarbus kuriant ilgalaikes smegenų ir kompiuterio sąsajas (angl. brain-machine interfaces). Jei smegenų „kodas“ nuolat kinta, inžinieriai turi kurti sistemas, kurios gebėtų prisitaikyti prie šio dreifo, užuot tikėjusios statišku signalu. Taip pat tai suteikia vertingų įžvalgų dirbtinio intelekto kūrėjams, siekiantiems išvengti „katastrofiško užmiršimo“ – problemos, kai naujai išmokta informacija ištrina senąją.
Nors kol kas neturime duomenų apie reprezentacinį dreifą žmogaus smegenyse, šis atradimas primena, kad biologinės sistemos yra kur kas sudėtingesnės, nei leidžia manyti paprasčiausi modeliai. Kaip teigia patys tyrėjai, šis reiškinys kelia gilius klausimus apie tai, kas iš tikrųjų vyksta mūsų galvose, ir skatina mus pripažinti savo dabartinių žinių ribotumą.