Όταν πρόκειται για γρήγορη ή αργή σκέψη, ο χρονισμός των νευρώνων κάνει τη διαφορά, βρήκε μια μελέτη έγινε από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Σιγκαπούρης. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η ταχύτητα με την οποία ένα άτομο είναι σε θέση να κατανοήσει, να επεξεργαστεί, να αποθηκεύσει και να χρησιμοποιήσει πληροφορίες, εξαρτάται από τον χρονισμό ανταπόκρισης των νευρώνων μεταξύ τους.
Η ικανότητα μάθησης και προσαρμογής με την εμπειρία είναι ένα από τα πιο ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά του ανθρώπινου εγκεφάλου. Αυτό το συναρπαστικό όργανο αποτελείται από δισεκατομμύρια νευρώνες που συνδέονται μεταξύ τους.
Ο χρονισμός της νευρωνικής δραστηριότητας παίζει ρόλο στη διαμόρφωση της επεξεργασίας των πληροφοριών από τον εγκέφαλο
Οι φυσικές συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων, οι συνάψεις, είναι εκεί όπου οι νευρώνες επικοινωνούν. Οι συνάψεις είναι αξιοσημείωτα πλαστικές – αυτές οι συνδέσεις μπορούν να ενισχυθούν ή να αποδυναμωθούν ως απάντηση στις εισερχόμενες πληροφορίες. Τέτοιες αλλαγές στην αποτελεσματικότητα των συνάψεων υποβαστάζουν τη μάθηση και τη διαμόρφωση της μνήμης στον εγκέφαλο.
Η ομάδα των ερευνητών διαπίστωσε ότι οι νευρώνες στον ιππόκαμπο, μια περιοχή του εγκεφάλου που είναι κρίσιμη για τη διαμόρφωση της μνήμης, χρησιμοποιούν μια εκπληκτικά μεγάλη ποικιλία μηχανισμών μάθησης.
Μία τέτοια μορφή μάθησης, που ονομάζεται STDP (spike-timing-dependent plasticity), εξαρτάται από το χρονισμό κάθε ζεύγους ηλεκτρικής δραστηριότητας που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση πληροφοριών στους νευρώνες. Μια ηλεκτρική ακίδα στον προσυναπτικό νευρώνα τον διεγείρει για να απελευθερώσει νευροδιαβιβαστές οι οποίοι ταξιδεύουν κατά μήκος της σύναψης για να ενεργοποιήσουν τον μετασυναπτικό νευρώνα, όπου η πληροφορία μετατρέπεται πάλι σε μια ηλεκτρική ακίδα.
Όταν οι προ- και οι μετασυναπτικοί νευρώνες είναι ενεργοί ταυτόχρονα (σε χρόνο λιγότερο από 30 χιλιοστά του δευτερολέπτου), οι συνδέσεις μεταξύ τους ενισχύονται. Ωστόσο, όταν ο προσυναπτικός νευρώνας πυροδοτείται νωρίτερα κατά 30 χιλιοστά του δευτερολέπτου ή περισσότερο, ή όταν ο μετασυναπτικός νευρώνας πυροδοτείται νωρίτερα κατά 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου, οι συνδέσεις ενισχύονται σε μικρότερο βαθμό.
Επιπλέον, οι ερευνητές έδειξαν πως όταν οι προ- και οι μετασυναπτικές αιχμές εμφανίζονται ταυτόχρονα, η αύξηση της συναπτικής αντοχής παραμένει για μερικές ώρες και η σύναψη μπορεί ακόμη και να ενισχύσει τις αδύναμες πληροφορίες ώστε να αποθηκευτεί.
Ο χρονισμός των νευρώνων
Όταν οι προ- και μετασυναπτικοί νευρώνες είναι ενεργοί ταυτόχρονα (λιγότερο από 30 χιλιοστά του δευτερολέπτου), οι συνδέσεις μεταξύ τους ενισχύονται. Ωστόσο, όταν ο προσυναπτικός νευρώνας πυροδοτείται νωρίτερα κατά 30 χιλιοστά του δευτερολέπτου ή περισσότερο, ή όταν ο μετασυναπτικός νευρώνας πυροδοτείται νωρίτερα κατά 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου, οι συνδέσεις ενισχύονται σε μικρότερο βαθμό.
Αυτή η μελέτη αποκαλύπτει πόσο σημαντικός είναι ο χρονισμός της νευρωνικής δραστηριότητας στη διαμόρφωση της επεξεργασίας πληροφοριών από τον εγκέφαλο.
Το πρότυπο STDP έχει προταθεί για να εξηγήσει τη χωρική και χρονική μάθηση. Επιπλέον, το μοντέλο STDP είναι χρήσιμο σε διάφορες καταστάσεις όπου η ταυτοποίηση ενός αντικειμένου και η λήψη αποφάσεων πρέπει να γίνει γρήγορα, π.χ. για τον εντοπισμό ενός αντικειμένου ή ενός φίλου/εχθρού. Για παράδειγμα, όταν μια μπάλα κινείται προς το μέρος μας, πρέπει να εντοπίσουμε το αντικείμενο και την τροχιά μέσα σε ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα, προκειμένου να αναλάβουμε δράση. Ομοίως, όταν συναντάμε ένα άλλο άτομο, πρέπει να αποφασίσουμε γρήγορα αν είναι φίλος ή εχθρός. Αυτή η αναγνώριση απαιτεί τη συντονισμένη δράση διαφόρων περιοχών του εγκεφάλου μέσα σε ένα παράθυρο χρονισμού δραστηριοτήτων που εξηγείται από το STDP.
Η ικανότητα του εγκεφάλου να αλλάξει ως απόκριση στον ακριβή χρονισμό της ροής πληροφοριών μπορεί να λείπει από τα άτομα που επηρεάζονται από τη νόσο Αλτσχάιμερ καθώς ο ιππόκαμπος είναι ιδιαίτερα κατεστραμμένος σε αυτόν τον τύπο άνοιας.
Η ολοκληρωμένη κατανόηση των παραγόντων που διαμορφώνουν τις νευρικές συνδέσεις είναι κρίσιμη για την κατανόηση της επεξεργασίας πληροφοριών στον εγκέφαλο. Η μελέτη αυτή μπορεί να αποτελέσει το θεμέλιο για την κατανόηση του τρόπου που οι διαφορές στον χρονισμό αλλάζουν τη λειτουργία του εγκεφάλου. Οι γνώσεις βοηθούν να γίνει περισσότερο κατανοητό πώς διαμορφώνονται οι μνήμες. Επιπλέον, μπορούν να βοηθήσουν τις τεχνολογίας τεχνητής νοημοσύνης, π.χ. τα βαθιά νευρωνικά δίκτυα που εμπνέονται από τους μηχανισμούς μάθησης του εγκεφάλου.
Στην περίπτωση της διαταραχής του φάσματος του αυτισμού, μερικά από τα νευρικά συστήματα είναι πιο ενεργά από τα άλλα, κάτι που μπορεί να είναι ο λόγος για τον οποίο ορισμένοι αυτιστικοί άνθρωποι είναι καλοί σε ορισμένες εργασίες, όπως είναι η ζωγραφική ή τα μαθηματικά, αλλά έχουν δυσκολία στην κοινωνικοποίηση.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.
