Wir wissen viel, aber nicht genug darüber, wie die Zahnräder zusammenpassen. Piyushgiri Revagar, CC BY-NC-ND

Entscheidungen umfassen eine große Bandbreite an Komplexität. Es gibt wirklich einfache: Will ich einen Apfel oder ein Stück Kuchen mit meinem Mittagessen? Dann gibt es viel kompliziertere: Welches Auto soll ich kaufen oder welche Karriere soll ich wählen?

Neurowissenschaftler wie ich haben einige der einzelnen Teile des Gehirns identifiziert, die dazu beitragen, solche Entscheidungen zu treffen. Verschiedene Bereiche Prozess klingt, Sehenswürdigkeiten oder relevant vorherige Kenntniss. Aber zu verstehen, wie diese einzelnen Akteure als Team zusammenarbeiten, ist immer noch eine Herausforderung, nicht nur für das Verständnis der Entscheidungsfindung, sondern für das gesamte Gebiet der Neurowissenschaften.

Ein Teil des Grundes ist, dass die Neurowissenschaften bisher in einem traditionellen wissenschaftlichen Forschungsmodell operiert haben: Einzelne Labore arbeiten alleine, konzentrieren sich normalerweise auf einen oder wenige Hirnbereiche. Das macht es für jeden Forscher schwierig, Daten zu interpretieren, die von einem anderen Labor gesammelt wurden, da wir alle leichte Unterschiede in der Art haben, wie wir Experimente durchführen.

Neurowissenschaftler, die sich mit der Entscheidungsfindung befassen, erstellen zum Beispiel verschiedene Arten von Spielen für Tiere, und wir sammeln Daten darüber, was im Gehirn passiert, wenn das Tier eine Bewegung macht. Wenn jeder Mensch eine andere Versuchsanordnung und -methodik hat, können wir nicht feststellen, ob die Ergebnisse eines anderen Labors ein Hinweis auf etwas Interessantes sind, das tatsächlich im Gehirn vor sich geht, oder nur ein Nebenprodukt von Ausstattungsunterschieden.

Die BRAIN-Initiative, die die Obama-Administration in 2013 startete, begann, die Art von Zusammenarbeit zu fördern, die die Neurowissenschaft braucht. Ich denke nur, dass es nicht weit genug gegangen ist. Also habe ich ein Projekt mit dem Namen Internationales Gehirnlabor - ein virtuelles Mega-Labor, das aus vielen Laboren verschiedener Institutionen besteht - um zu zeigen, dass das Sprichwort "allein wir gehen schnell, zusammen gehen wir weit" für die Neurowissenschaften gilt. Die erste Frage, mit der sich die Zusammenarbeit befasst, konzentriert sich auf die Entscheidungsfindung im Gehirn.

Das Entscheidungsteam des Gehirns

Einzelne neurowissenschaftliche Labors haben bereits viel darüber herausgefunden, wie bestimmte Hirnareale zur Entscheidungsfindung beitragen.

Angenommen, Sie entscheiden sich zwischen einem Apfel oder einem Stück Kuchen zum Mittagessen. Zuerst müssen Sie wissen, dass Äpfel und Kuchen die beiden Optionen sind. Das erfordert Maßnahmen aus Gehirnbereichen, die sensorische Informationen verarbeiten - Ihre Augen sehen die leuchtend rote Haut des Apfels, während Ihre Nase den süßen Kuchengeruch einnimmt.

Diese sensorischen Bereiche verbinden sich oft mit sogenannten Assoziationsbereichen. Forscher haben traditionell gedacht, dass sie eine Rolle spielen verschiedene Informationen einfügen zusammen. Durch das Zusammentragen von Informationen aus den Augen, den Ohren usw. können die Assoziationsbereiche eine kohärente Großbild-Ansicht von dem, was in der Welt passiert.

Und warum wählen Sie eine Handlung gegenüber einer anderen? Das ist eine Frage für das Gehirn Belohnungsschaltung, das ist kritisch in den Wert verschiedener Optionen abwägen. Du weißt, dass der Kuchen jetzt köstlich schmeckt, aber du wirst es bereuen, wenn du später ins Fitnessstudio gehst.

Dann gibt es den frontalen Kortex, von dem angenommen wird, dass er einen spielt Rolle bei der Kontrolle freiwilliger Maßnahmen. Die Forschung legt nahe, dass sie sich an einer bestimmten Aktion beteiligt, sobald genügend eingehende Informationen eingetroffen sind. Es ist der Teil des Gehirns, der Ihnen sagen kann, dass das Stück Kuchengeruch so gut ist, dass es alle Kalorien wert ist.

Zu verstehen, wie diese verschiedenen Hirnareale typischerweise zusammenarbeiten, um Entscheidungen zu treffen, könnte helfen zu verstehen, was in kranken Gehirnen passiert. Patienten mit Störungen wie Autismus, Schizophrenie und Parkinson-Krankheit verwenden häufig sensorische Informationen auf ungewöhnliche Weise, insbesondere wenn sie komplex und unsicher sind. Entscheidungsforschung kann auch die Behandlung von Patienten mit anderen Störungen, wie Drogenmissbrauch und Sucht, beeinflussen. Tatsächlich, Sucht ist vielleicht ein Paradebeispiel wie die Entscheidungsfindung sehr schiefgehen kann.

Ein kollaboratives Labor verteilt sich auf der ganzen Welt

Gerade jetzt machen Neurowissenschaftler viele Schnappschüsse darüber, was in bestimmten Bereichen des Gehirns passiert, wenn sie eine Entscheidung treffen. Aber sie stimmen nicht viel miteinander überein, deshalb passen diese Nahaufnahmen nicht zusammen, um uns ein Gesamtbild der Entscheidungsfindung zu geben, die wir brauchen.

Deshalb hat sich ein Team von uns zum International Brain Laboratory zusammengeschlossen. Mit Unterstützung der International Neuroinformatics Coordinating Facility, des Wellcome Trust und der Simons Foundation (ebenfalls ein Förderer von The Conversation US) wollen wir dieses große Bild schaffen, indem wir ein groß angelegtes Experiment entwerfen, das genau denselben Ansatz verwendet, um viele zu untersuchen verschiedene Hirnareale. Weil das Gehirn so komplex ist, brauchen wir die Expertise vieler verschiedener Labore, die sich jeweils auf bestimmte Gehirnareale spezialisieren. Aber wir brauchen sie, um den gleichen Ansatz zu koordinieren und zu verwenden, so dass wir alle ihre verschiedenen Teile des Bildes zusammensetzen können.

Wir bringen ein Team von 21-Wissenschaftlern zusammen, die sehr eng zusammenarbeiten werden, um zu verstehen, wie Milliarden von Neuronen in einem einzigen Gehirn zusammenarbeiten, um Entscheidungen zu treffen. Etwa ein Dutzend verschiedener Labore werden jeweils an einem großen Experiment teilnehmen, indem sie die Neuronenaktivität bei Tieren messen, die sich in genau demselben Spiel befinden. Unsere Teammitglieder werden Aktivität von Hunderten von Neuronen im Gehirn jedes Tieres aufzeichnen. Wir werden Zehntausende von neuronalen Aufzeichnungen sammeln, die wir zusammen analysieren können.

Halte es einfach

In realen Entscheidungen kombinieren Sie viele verschiedene Informationen - Ihre sensorischen Signale, Ihr internes Wissen darüber, was belohnt wird, was riskant ist. Aber das im Labor zu implementieren ist ziemlich schwierig.

Wir hoffen, die natürliche Nahrungssuche einer Maus wieder herzustellen. Im wirklichen Leben gibt es viele verschiedene Wege, die ein Tier nehmen kann, wenn es um die Welt geht und etwas zu essen sucht. Es will Essen finden, weil Essen lohnend ist. Es verwendet ankommende Sinnesreize, wie, "Oh, ich sehe eine Grille dort drüben!" Ein Tier könnte das mit einer Erinnerung der Belohnung kombinieren, wie, "Ich weiß, dass dieses Gebiet üppige Beerensträucher hat, ich erinnere mich dass von gestern, so ich Ich werde dort hingehen. "Oder:" Ich weiß, hier drüben war letztes Mal eine Katze, also sollte ich besser diesen Bereich meiden. "

Im ersten Moment sieht das Setup, das wir für das International Brain Laboratory verwenden, gar nicht so natürlich aus. Die Maus hat ein kleines Gerät, mit dem sie Entscheidungen meldet - es ist eigentlich ein Rad aus einem Lego-Set. Zum Beispiel könnte es lernen, dass es, wenn es ein Bild eines vertikalen Gitters sieht und das Rad dreht, bis das Bild zentriert ist, eine Belohnung erhält. Wenn Sie darüber nachdenken, was Futtersuche ist - die Umwelt erkunden, versuchen, Belohnungen zu finden, die sensorischen Signale und das vorherige Wissen zu nutzen -, erfasst diese einfache Lego-Rad-Aktivität ihre Essenz.

Wir mussten wirklich über die Abwägung zwischen einem Verhalten nachdenken, das komplex genug ist, um uns interessante neuronale Berechnungen zu ermöglichen, und einem, das so einfach war, dass es in vielen verschiedenen experimentellen Laboratorien auf die gleiche Art und Weise implementiert werden könnte. Die Balance, die wir trafen, war eine Entscheidungsaufgabe, die einfach beginnt und immer komplexer wird, wenn ein einzelnes Tier verschiedene Stufen der Ausbildung erreicht.

Selbst in der einfachsten, sehr frühen Phase, in der die Tiere nur willkürliche Bewegungen ausführen, entscheiden sie, wann sie eine Bewegung machen müssen, um eine Belohnung zu ernten. Ich bin mir sicher, dass wir noch viel weiter gehen können, aber selbst wenn das so weit ist wie wir, wird es sehr interessant sein, neuronale Messungen von überall im Gehirn während eines einfachen Verhaltens zu haben. Wir wissen nicht, wie es im Gehirn passiert, dass Sie entscheiden, wann Sie eine bestimmte Aktion ausführen und wie Sie diese Aktion ausführen. Neuronale Messungen von überall im Gehirn von dem, was passiert ist, kurz bevor das Tier spontan beschlossen hat, eine Belohnung zu erhalten, wird ein großer Schritt vorwärts sein.

Über den Autor

Anne Churchland, außerordentliche Professorin für Neurowissenschaften, Kaltes Frühlingshafen-Labor

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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