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Wie Ihr Gehirn schwierige Aufgaben angeht

Wie Ihr Gehirn schwierige Aufgaben angeht
Mit dem Üben wird es einfacher. Duntrune Studios / Shutterstock 

Haben Sie sich jemals hingesetzt, um Ihr Morgenkreuzworträtsel oder Sudoku zu vervollständigen, und sich gefragt, was in Ihrem Gehirn vor sich geht? Irgendwo in der Aktivität der Milliarden von Neuronen in Ihrem Gehirn liegt der Code, mit dem Sie sich an ein Schlüsselwort erinnern oder die zur Vervollständigung des Puzzles erforderliche Logik anwenden können.

Angesichts der Komplexität des Gehirns können Sie davon ausgehen, dass diese Muster unglaublich komplex und für jede Aufgabe einzigartig sind. Aber neuere Forschungen schlägt vor, dass die Dinge tatsächlich einfacher sind.

Es stellt sich heraus, dass viele Strukturen in Ihrem Gehirn auf präzise Weise zusammenarbeiten, um ihre Aktivitäten zu koordinieren und ihre Handlungen an die Anforderungen des jeweiligen Ziels anzupassen.

Wir nennen diese koordinierten Muster die „niedrigdimensionale Mannigfaltigkeit“, die Sie als analog zu den Hauptverkehrsstraßen betrachten können, die Sie für den Pendelverkehr zur und von der Arbeit verwenden. Der Großteil des Verkehrs fließt über diese wichtigen Autobahnen, die eine effiziente und effektive Möglichkeit darstellen, von A nach B zu gelangen.

Wir haben Beweise dafür gefunden, dass die meisten Gehirnaktivitäten diesen Mustern folgen. In sehr einfachen Worten, dies erspart Ihrem Gehirn, bei der Ausführung einer Aufgabe alles von Grund auf neu erarbeiten zu müssen. Wenn Sie beispielsweise von jemandem mit einem Ball beworfen werden, kann Ihr Gehirn mithilfe der niedrig dimensionierten Mannigfaltigkeit die Muskelbewegungen, die zum Fangen des Balls erforderlich sind, schnell koordinieren, anstatt dass Ihr Gehirn jedes Mal neu lernen muss, wie ein Ball gefangen wird.

In einer Studie, die am 22 im Oktober in der Fachzeitschrift Neuron veröffentlicht wurde, haben meine Kollegen und ich diese Muster weiter untersucht. Insbesondere wollten wir herausfinden, ob sie bei wirklich herausfordernden kognitiven Aufgaben, die viel Konzentration erfordern, eine Rolle bei der Gestaltung der Gehirnaktivität spielen.

Wir haben das Gehirn von Menschen mit hochauflösender funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) gescannt, während sie a Lateinische Quadrate AufgabeDies ähnelt einem Sudoku-Puzzle, verwendet jedoch Formen anstelle von Zahlen. Jeder, der vor dem Morgenkaffee Sudoku gespielt hat, weiß, wie viel Konzentration und Konzentration erforderlich sind, um Sudoku zu lösen.

Die Idee hinter der Aufgabe der lateinischen Quadrate besteht darin, die fehlende Form an einer bestimmten Stelle in einem Raster zu identifizieren, da jede Form in jeder Zeile und Spalte nur einmal angezeigt werden kann. Wir haben drei verschiedene Schwierigkeitsgrade erstellt, die davon abhängen, wie viele verschiedene Zeilen und Spalten überprüft werden müssen, um die richtige Antwort zu erhalten.

Verkehr steuern

Unsere Voraussage war, dass das Durchführen der schwierigeren Versionen der Aufgabe zu einer Neukonfiguration der niedrigdimensionalen Mannigfaltigkeit führen würde. Um zur Autobahnanalogie zurückzukehren, könnte eine knifflige Aufgabe eine Gehirnaktivität von der Autobahn auf die Nebenstraßen lenken, um die Überlastung zu umgehen.


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Unsere Ergebnisse bestätigten unsere Vorhersagen. Schwierigere Versuche zeigten andere Muster der Gehirnaktivierung als einfache, als würde der Verkehr des Gehirns auf verschiedenen Straßen umgeleitet. Je kniffliger die Aufgabe, desto mehr änderten sich die Muster.

Darüber hinaus fanden wir einen Zusammenhang zwischen diesen veränderten Aktivierungsmustern des Gehirns und der erhöhten Wahrscheinlichkeit, einen Fehler bei der härteren Version des Latin Squares-Tests zu machen.

In gewisser Weise ist der Versuch, eine schwierige Aufgabe zu lösen, wie das Ausprobieren eines neuen Rattenrennens auf Ihrem morgendlichen Arbeitsweg - Sie könnten Erfolg haben, aber in Ihrer Hast und Ihrem Stress könnten Sie auch wahrscheinlicher eine falsche Wendung einschlagen.

Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass unsere Gehirnaktivität möglicherweise nicht so kompliziert ist, wie wir einst dachten. Die meiste Zeit lenkt unser Gehirn den Verkehr auf gut etablierten Routen, und selbst wenn es kreativ werden muss, versucht es immer noch, den Verkehr zum selben Endziel zu leiten.

Dies wirft eine wichtige Frage auf: Wie erreicht das Gehirn diese Koordinationsstufe?

Eine Möglichkeit ist, dass diese Funktion von der erfüllt wird ThalamusEine Struktur, die tief im Gehirn liegt, aber mit fast dem gesamten Rest des Gehirns verbunden ist.

Wichtig ist, dass der Thalamus so beschaltet ist, dass er als Filter für die fortgesetzte Aktivität in der Großhirnrinde fungiert, dem Hauptinformationsverarbeitungszentrum des Gehirns, und daher die Art von Einfluss ausüben kann, nach der wir gesucht haben.

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Positionen des Thalamus und der Großhirnrinde im Gehirn.
Pikovit / Shutterstock

Aktivitätsmuster im Thalamus sind in herkömmlichen Neuroimaging-Experimenten schwer zu entziffern. Aber zum Glück ist die Hochauflösender MRT-Scanner, der in unserer Studie verwendet wurde Die von meinen Kollegen Luca Cocchi und Luke Hearne gesammelten Daten haben es uns ermöglicht, sie detailliert zu beobachten.

Sicher genug, wir sahen einen klaren Zusammenhang zwischen der Aktivität im Thalamus und dem Aktivitätsfluss in der niedrigdimensionalen Mannigfaltigkeit. Dies deutet darauf hin, dass der Thalamus bei der Ausführung bestimmter Aufgaben dabei hilft, die Aktivität im Kortex zu formen und einzuschränken, ähnlich wie ein Polizist, der den geschäftigen Verkehr lenkt.

Also, wenn Sie sich das nächste Mal zum Spielen von Sudoku hinsetzen, ersparen Sie sich einen Gedanken für Ihren Thalamus und die niedrigdimensionale Mannigfaltigkeit, die er erzeugt. Gemeinsam gestalten sie die Gehirnaktivität, die Ihnen letztendlich bei der Lösung des Rätsels hilft.Das Gespräch

Über den Autor

James ShineRobinson Fellow Universität von Sydney

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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