MIT Sinir Bilimcisi, Beyin Dalgalarının Düşünce ve Bilincin Arkasındaki Gizli Motor Olduğunu Öneriyor

İnsanın gizemini anlamaya gelince bilinçBilim insanları uzun zamandır salt sinirsel ateşlemeyi zengin düşünce deneyimine dönüştüren gizli mekanizmayı arıyorlardı.

Şimdi, MIT'in önde gelen sinir bilimcilerinden biri, şu sonuca varan bir ipucu bulduğuna inanıyor: Beynin elektrik dalgaları sadece düşüncelerimizi değil, aslında yaratmak onlara.

Şunda Sinirbilim Derneği'nin yıllık toplantısı 15 Kasım'da MIT'nin Picower Öğrenme ve Hafıza Enstitüsü'nden profesör Dr. Earl K. Miller kışkırtıcı bir öneriyi açıklayacak: biliş ve bilinç, beyin korteksinin hızlı, esnek organizasyonundan ortaya çıkıyor; bu, ilerleyen beyin dalgaları tarafından gerçekleştirilen analog hesaplamalarla destekleniyor.

Başka bir deyişle, beynin ritmi arka plandaki gürültüden daha fazlası olabilir; bizzat düşüncenin nabzı olabilir.

Dr. Miller bir basın açıklamasında "Beyin kendini organize etmek için bu salınımlı dalgaları kullanıyor" dedi. "Biliş, büyük ölçekli nöral kendi kendine organizasyondur. Beyin, karmaşık davranışları gerçekleştirmek için kendini organize etmelidir. Beyin dalgaları, beyni organize eden uyarılma ve engelleme kalıplarıdır ve bu, bilince yol açar çünkü bilinç, korteksin bu organize örgüsüdür."

Dr. Miller'in teorisi analog hesaplama kavramını yeniden canlandırıyor. Ayrık ikili bitlere dayanan dijital bilgisayarların aksine, analog sistemler sürekli bilgiyi işler; çok çeşitli olası değerler üretmek için etkileşime giren dalgalar.

Miller, beynin doğal salınımlarının (milyonlarca nöron tarafından üretilen elektrik dalgaları) analog bilgisayarlar olarak işlev gördüğünü, bilgileri hızlı, esnek ve enerji açısından verimli bir şekilde şekillendirdiğini savunuyor.

Dr. Miller'ın MIT'deki laboratuvarında otuz yılı aşkın süredir yapılan araştırmalar, bu dalgaların, yüksek bilişsel işlevlerden sorumlu olan beynin en dış katmanı olan korteks boyunca bilgi akışını düzenlemeye nasıl yardımcı olduğunu gösterdi.

Çalışması, beyin dalgalarının düşünceye yönelik trafik sinyalleri gibi davrandığını öne sürüyor: Daha yavaş "yukarıdan aşağıya" frekanslar hedef ve kuralları taşırken, daha hızlı dalgalar duyusal bilgi iletiyor. Birlikte algıladığımız, hatırladığımız ve karar verdiğimiz şeye rehberlik ederler.

2000'li yılların başında, Dr. Miller sinir biliminin ortak yazarlarından birini yazdı. en çok alıntı yapılan makalelerBu, beynin prefrontal korteksinin yalnızca bilgiyi işlemekle kalmayıp aynı zamanda diğer bölgelerin davranışlarını etkileyen hedefe yönelik kalıpları aktif olarak sürdürdüğünü gösteriyor.

Daha sonraki çalışmalar birçok nöronun tek bir işleve bağlı olmadığını ortaya çıkardı. Bunun yerine, birden fazla ağa katılabilme yeteneğine sahip "çoklu görevliler"dirler.

Ancak asıl soru hâlâ ortadaydı: Beyin, sürekli değişen bu ağları nasıl bu kadar verimli bir şekilde koordine ediyor?

2007 yılına gelindiğinde Miller'in ekibi sinirsel salınımların kalıplarında yanıtlar bulmaya başladı. Alfa ve beta dalgalarının (yaklaşık 15-35 Hz) yukarıdan aşağıya kontrol sinyallerini, yani beynin iç kurallarını taşıdığını keşfettiler. Bu arada gama dalgaları (35-60 Hz) gelen duyusal verileri taşır.

Çalışma belleği gibi bilişsel görevlerde, beta dalgalarının gama aktivitesini kısıtladığı ve beynin hedeflerini duyusal girdi akışına etkili bir şekilde empoze ettiği görülüyor.

Dr. Miller, bu etkileşimin beynin egzersiz yapmasını sağlayan şey olduğunu açıklıyor. bilinçli kontrol. Kısa süreli hafızadan bir şeyi hatırlamamız gerektiğinde (günün öğle yemeği spesiyallerini hatırlamak gibi), beyin daha yavaş beta dalgalarının gücünü geçici olarak azaltır ve daha hızlı gama dalgalarının depolanan bilgiyi almasına izin verir.

Temelde bu dalga kalıpları arasındaki denge, belirli düşüncelerin ne zaman ortaya çıkacağını ve ne zaman bastırılmış kalacağını belirler.

Son çalışmalar bu bulguları tüm kortekse kadar genişletti. 2020 kağıt Dr. Miller'ın laboratuvarından elde edilen veriler, dalga frekanslarının beynin arkasından öne doğru kademeli olarak arttığını ve sürekli bir ritim değişimi yarattığını gösterdi.

Başka bir çalışmada ekibi gösterdi Aynı modelin maymunlardan insanlara kadar türler arasında da mevcut olduğunu ve daha derin kortikal katmanların daha yavaş beta dalgaları, yüzey katmanlarının ise daha hızlı gama dalgaları ürettiğini görüyoruz.

Bu keşif daha derin bir organizasyon ilkesine işaret ediyordu: korteks koordineli, dalga tabanlı bir bilgi işlem sistemi olarak çalışıyor.

2023 yılında Dr. Miller ve meslektaşları bu fikri “Uzaysal Hesaplama” teorisi adını verdikleri şeyle resmileştirdiler. bilişsellik. Model, beyin dalgalarının kalıp gibi davranarak geçici sinir ağlarını şekillendirdiğini öne sürüyor: Daha yavaş beta dalgaları kısıtlamaları belirlerken, daha hızlı gama dalgaları ayrıntıları dolduruyor.

Beynin hedefleri belirli bir bilgi talep ettiğinde beta dalgaları, gama dalgalarının doğru kortikal "yamayı" etkinleştirmesine izin verir ve beynin fiziksel bağlantılarını yeniden kurmadan hızlı, hedefe yönelik bilgiye ulaşmaya olanak tanır.

Dr. Miller bunun önemli olduğunu savunuyor, çünkü sinaptik yeniden bağlantıların (nöronların fiziksel olarak bağlantılarını güçlendirdiği veya zayıflattığı süreç) gerçek zamanlı biliş için çok yavaş olduğunu söylüyor. Dalgalar ise tam tersine beyinde yıldırım hızıyla ilerleyerek düşünce için gerekli esnekliği ve koordinasyonu sağlayabilir.

Dr. Miller için, bilinç düşünceden ayrı bir süreç değildir; onun en yüksek ifadesidir. “Bilinç, biliş buzdağının görünen kısmıdır” diyor.

Beynin dalga güdümlü hesaplamalarının çoğu otomatik olarak gerçekleşir. Ancak bilinç, bir gözetim katmanı sağlayarak, duraklatmamıza, planlamamıza veya içgüdüleri geçersiz kılmamıza olanak tanır.

Miller, "Bilinç, siz davranışa girişmeden önce davranışı planlamak ve aptalca olacak devam eden kararlara karşı çıkmak için oradadır" diyor. "İkinci modda, sanki bilinç, beyninizin az önce yaptığını açıklamak için uydurduğu bir hikaye gibidir... Kendini takip etmek ve geleceği planlamak için oradadır."

Bu ikili işlev (izleme ve kontrol) bunun nedenini açıklayabilir bilinç hem aktif hem de gözlemci, hem anlık hem de düşünceli bir his veriyor. Kendi aktivitesinin kaydını tutan, dalgaların senfonisini tutarlı bir deneyime dönüştüren beyindir.

Miller'in anestezi uzmanı ve MIT meslektaşı Emery N. Brown ile yaptığı işbirliği, teorisine daha fazla kanıt sağladı. Genel anestezinin etkilerini incelemek (esasen "kapatma düğmesi") bilinç— ekibi, anestezik ilaçların beta ve gama dalgalarının normal dengesini bozduğunu gösterdi.

Anestezi altında korteksin dalga koordinasyonu bozulur. Duyusal ve üst düzey bölgeler arasındaki iletişim bozulur ve normalde düşünceyi senkronize eden ritmik ilerleyen dalgalar düzensizleşir veya fazları değişir. Hatta farklı anestezik ajanlar beynin dalga frekanslarını hizadan çıkararak analog hesaplama yapma yeteneklerini zayıflatıyor.

Kısacası beynin müziği durduğunda zihin de durur.

Dr. Miller'in önerisi henüz kanıtlanmamıştır. Ancak bunun sinir bilimcilerin beyin ve biliş hakkında nasıl düşündükleri konusunda derin etkileri olabilir. Analog hesaplama çerçevesi, onlarca yıllık deneysel sonuçları birleştirici bir kavram altında birleştiriyor. bilinç beynin gürültülü ritimlerine rağmen ortaya çıkmayabilir, ancak onlar sayesinde ortaya çıkabilir.

Dr. Miller teorisini sunarak, korteksin kendi kendini düzenleyen dalgalarının zekayı ve hatta belki de benlik duygusunu nasıl ortaya çıkardığına dair daha derin bir araştırmayı tetiklemeyi umuyor.

Sonuçta, eğer bu fikir geçerliyse, insan düşüncesinin sırrı beynin statik bağlantılarında değil, onun sürekli değişen enerji modellerinde yatıyor olabilir; hareket etmeyi hiç bırakmayan, yine de bir şekilde farkındalığa yol açan dalgaların zarif bir analog dansı.

Tim McMillan emekli bir kolluk kuvveti yöneticisi, araştırmacı muhabir ve The Debrief'in kurucu ortağıdır. Yazıları genellikle savunma, ulusal güvenlik, İstihbarat Topluluğu ve psikoloji ile ilgili konulara odaklanmaktadır. Tim'i Twitter'da takip edebilirsiniz: @LtTimMcMillan. Tim'e e-posta yoluyla ulaşılabilir: [email protected] veya şifreli e-posta yoluyla: [email protected]