„Neurony matematyczne” zidentyfikowane w mózgu

Ludzki mózg wciąż kryje wiele tajemnic. Najnowsze doniesienia mówią o „neuronach matematycznych”, które uaktywniają się podczas rozwiązywania zadań arytmetycznych. W jaki sposób naukowcom udało się odkryć te wyspecjalizowane neurony?

W mózgu funkcjonują neurony, które uruchamiają się dokładnie w trakcie wykonywania pewnych operacji matematycznych. Podczas badania przeprowadzonego przez niemieckie uniwersytety dowiedziono, że niektóre z wykrytych neuronów są aktywne wyłącznie podczas dodawania, tymczasem inne w trakcie odejmowania.

Badania nad padaczką

Podstawy matematyki są nam znane od dzieciństwa, wpierw rodzice uczą nas rachować np. cukierki, następnie w szkole poznajemy bardziej zaawansowane obliczenia. Wydawać by się mogło, że liczenie jest czymś oczywistym, jednak w dużej mierze pozostaje nieodgadnione to, co dzieje się w mózgu podczas takich obliczeń. Na te pytania rzuca światło badanie przeprowadzone przez uniwersytety w Bonn i Tybindze. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie „Current Biology”.

Naukowcy współpracowali z Oddziałem Epileptologii Szpitala Uniwersyteckiego w Bonn. Zajmuje się on przeprowadzaniem zabiegów chirurgicznych na mózgach osób dotkniętych padaczką. Niektórzy pacjenci doświadczają napadów, pochodzących zawsze z tego samego obszaru mózgu. W celu odnalezienia uszkodzonego obszaru lekarze wszczepiają pacjentom kilka elektrod. Następnie dzięki sondom szczegółowo określa się miejsce występowania skurczu. Co więcej, aparatura mierzy dodatkowo aktywność poszczególnych neuronów.

Odmienna aktywność neuronów

W przywołanym badaniu wzięło udział dziewięć osób – pięć kobiet i czterech mężczyzn. Wszczepiono im elektrody w płacie skroniowym, aby obserwować aktywność komórek nerwowych. W trakcie dokonywania pomiarów uczestnicy wykonywali proste zadania arytmetyczne. Okazało się, że podczas dodawania aktywowały się inne neurony niż podczas odejmowania.

Zaobserwowane zjawisko dowodzi, że odnalezione komórki odczytują kod matematycznej instrukcji obliczeniowej. Uzyskane wzorce aktywności komórek naukowcy wprowadzili do samouczącego się programu komputerowego. Następnie informowali program, czy badani obliczają w danej chwili sumę czy różnicę. Niebawem po etapie uczenia maszyny program komputerowy otrzymał nowy wykaz zarejestrowanej aktywności i okazało się, że algorytm dokładnie definiował, jakie działania wykonywała osoba z daną aktywnością.

Zdolność do operowania symbolami

Badaniami kierował prof. Andreas Nieder z Uniwersytetu w Tybindze wraz z prof. Florianem Mormannem. Nider przypomniał, że w obiegu funkcjonuje wiedza o małpich mózgach, w których istnieją neurony odpowiedzialne za pewne obliczenia. Zauważył również, że brakuje niemal całkowicie podobnych danych ze wskazaniem na ludzi.

Badanie zostało sfinansowane przez Niemiecką Fundację Badawczą (DFG) i Fundację Volkswagena. Niemieckie uniwersytety chcą w dalszej kolejności sprawdzić, jaką dokładnie rolę odgrywają w tych procesach znalezione komórki nerwowe. Według Mormanna dzięki tej pracy lepiej poznamy mechanizmy warunkujące naszą zdolność do prowadzenia obliczeń za pomocą liczb, które są w istocie konwencjonalnymi symbolami pewnych wartości.