Mózg ma neurony, które aktywują się podczas pewnych operacji matematycznych. Pokazują to ostatnie badania przeprowadzone przez uniwersytety w Tybindze i Bonn. Wyniki wskazują, że niektóre z wykrytych neuronów są aktywne wyłącznie podczas dodawania, podczas gdy inne są aktywne podczas odejmowania. Nie obchodzi ich, czy instrukcja obliczeniowa jest zapisana jako słowo czy jako symbol. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Current Biology.
Większość uczniów szkół podstawowych prawdopodobnie już wie, że trzy jabłka plus dwa jabłka dają razem pięć jabłek. Jednak to, co dzieje się w mózgu podczas takich obliczeń, jest nadal w dużej mierze nieznane. Aktualne badanie przeprowadzone przez uniwersytety w Bonn i Tybindze rzuca teraz światło na tę kwestię.
Naukowcy skorzystali ze specjalnej funkcji Oddziału Epileptologii Szpitala Uniwersyteckiego w Bonn. Specjalizuje się w zabiegach chirurgicznych na mózgach osób z padaczką. U niektórych pacjentów napady padaczkowe zawsze pochodzą z tego samego obszaru mózgu. Aby precyzyjnie zlokalizować ten uszkodzony obszar, lekarze wszczepiają pacjentom kilka elektrod. Sondy można wykorzystać do precyzyjnego określenia pochodzenia skurczu. Dodatkowo poprzez okablowanie można mierzyć aktywność poszczególnych neuronów.
W obecnym badaniu wzięło udział pięć kobiet i czterech mężczyzn. Mieli wszczepione elektrody w tak zwanym płacie skroniowym mózgu, aby rejestrować aktywność komórek nerwowych. Tymczasem uczestnicy musieli wykonać proste zadania arytmetyczne. „Odkryliśmy, że inne neurony aktywowały się podczas dodawania niż podczas odejmowania” – wyjaśnia prof. Florian Mormann z Oddziału Epileptologii Szpitala Uniwersyteckiego w Bonn.
Nie było tak, że niektóre neurony reagowały tylko na znak „+”, a inne tylko na znak „-”: „Nawet gdy zastąpiliśmy symbole matematyczne słowami, efekt pozostał ten sam”, wyjaśnia Esther Kutter, która robi doktorat w grupie badawczej prof. Mormanna. „Na przykład, gdy badani zostali poproszeni o obliczenie „5 i 3”, ich neurony dodawane wróciły do działania; podczas gdy w przypadku „7 mniej 4” ich neurony odejmowane tak zrobiły”.
To pokazuje, że odkryte komórki faktycznie kodują matematyczną instrukcję działania. Aktywność mózgu pokazała zatem z dużą dokładnością, jakie zadania badani obecnie obliczają: naukowcy wprowadzili wzorce aktywności komórek do samouczącego się programu komputerowego. Jednocześnie powiedzieli programowi, czy badani obliczają obecnie sumę, czy różnicę. Kiedy algorytm został skonfrontowany z nowymi danymi dotyczącymi aktywności po tej fazie treningu, był w stanie dokładnie określić, podczas której operacji obliczeniowej został zarejestrowany.
Badaniami kierował prof. Andreas Nieder z Uniwersytetu w Tybindze wraz z prof. Mormannem. „Z eksperymentów na małpach wiemy, że neurony specyficzne dla pewnych reguł obliczeniowych istnieją również w ich mózgach” – mówi. „Jednak u ludzi nie ma prawie żadnych danych w tym zakresie”. Podczas analizy obie grupy robocze natknęły się na interesujące zjawisko: jednym z badanych obszarów mózgu była tak zwana kora hipokampowa. Tam też naukowcy odkryli komórki nerwowe, które aktywowały się podczas dodawania lub odejmowania. Jednak podsumowując, różne neurony addycyjne stawały się aktywne naprzemiennie podczas jednego i tego samego zadania arytmetycznego. Mówiąc obrazowo, to tak, jakby klawisz plus na kalkulatorze ciągle zmieniał swoje położenie. Tak samo było z odejmowaniem. Naukowcy nazywają to również „kodowaniem dynamicznym”.
„To badanie stanowi ważny krok w kierunku lepszego zrozumienia jednej z naszych najważniejszych zdolności symbolicznych, a mianowicie liczenia za pomocą liczb” – podkreśla Mormann. Dwa zespoły z Bonn i Tybingi chcą teraz dokładnie zbadać, jaką rolę odgrywają w tym znalezione komórki nerwowe.
