Cum funcționează mintea noastră. Neuroștiința Rețelelor Neuronale

Creierul și mintea

Neuroștiința funcționării minții umane este un subiect insuficient discutat, cel puțin în România. Paradigma și modalitățile de investigare a experiențelor, respectiv a minții umane, au suferit o schimbare drastică în ultimele decenii, așa că în continuare va fi descrisă noua conceptualizare din spatele eforturilor de cercetare.

Neuroștiința se referă la studiul sistemului nervos – adică, printre altele, studiul:

• creierului;
• măduvei spinării;
• sistemului nervos periferic.

Toate cele de mai sus fac parte din corpul uman. Între sistemul nervos și restul organismului există o relație complexă și necesară. 

Rolul creierului. Stabilitate prin flexibilitate

Prin alostază (din greacă, însemnând a rămâne stabil prin flexibilitate) putem înțelege că sistemul nervos are responsabilitatea de a se adapta la ceea ce viața îi dictează. Cu alte cuvinte, pentru a se acomoda cerințelor vieții, omul trebuie să rămână relativ stabil și flexibil.  

Te adaptezi, înveți, supraviețuiești

Toate sistemele care alcătuiesc corpul uman îndeplinesc această funcție alostatică (de adaptare proactivă). Mai mult, toate încercările de a înțelege felul în care funcționează creierul și, prin extensie, mintea umană, tind să aibă aceeași concluzie implicită:

Mecanismele de la baza funcționării creierului au ca scop supraviețuirea, prin adaptare.

Sistemul nervos are capacitatea de a recunoaște și înțelege acele lucruri pe care le întâlnim în viața de zi cu zi, relevante pentru calitatea vieții noastre, pentru ca ulterior să ajute restul corpului să se mobilizeze pentru a-și facilita propria dezvoltare și supraviețuire.

Rețele neuronale – O nouă paradigmă

Felul în care este înțeleasă modalitatea de funcționare a creierului a suferit o schimbare drastică în ultimii 20 ani. Tot mai multe studii au ieșit la suprafață confirmând această nouă perspectivă, a rețelelor neuronale.

Noua abordare se opune înțelegerii anterioare a creierului și contrazice în special ideea că experiențele noastre pot fi explicate prin activări neuronale în arii cerebrale specifice.

Ea scoate la iveală faptul că funcționarea creierului nu se bazează pe structuri cerebrale (pe centrii). În schimb, este constituită din activitatea unor rețele neuronale interconectate, răspândite mai mult sau mai puțin pe întreg cuprinsul sistemului nervos central.

Acest lucru presupune ca unele concepte precum emoția, memoria, sau gândirea nu se regăsesc în locații specifice, identificabile în creier. Ele sunt pur și simplu o modalitate de a ne reprezenta și organiza experiențele. Nu au o legătură directă cu activitatea neuronală reală.

Rețele neuronale extinse

Prin folosirea unor tehnici imagistice precum cea a rezonanței magnetice funcționale (fMRI), au fost identificate șase rețele neuronale. Împreună, acestea contribuie la majoritatea experiențelor umane.

Rețeaua Default (fronto-parietală medială)

Ea a fost numită astfel fiindcă reprezintă acea rețea care rămâne activă chiar și atunci când omul nu se preocupă de ceva anume. Când visăm cu ochii deschiși sau când pur și simplu medităm, rețeaua Default (implicită), continuă să-și desfășoare activitatea. Pentru a înțelege sintetic rolul acestei rețele, îi vom enumera cele patru funcții:

• Memoria autobiografică;
• Teoria minții (ToM);
• Anticiparea situațiilor viitoare;
• Luarea deciziilor cu valoare morală.

Rețeaua Default îndeplinește deci mai multe roluri ce au legătură cu activitatea de introspecție: de la emoții, empatie și judecată morală, până la concepția despre lume ca atare prin ceea ce se numește codare predictivă – codarea a ceea ce ne așteptăm să se întâmple.

Citește mai multe și la link-ul următor: Default Mode Network

Patologii. Studiile curente arată faptul că abateri semnificative de la funcționarea normală a acestei rețele se manifestă sub formă de:

• ruminații (în depresie);
• halucinații (în schizofrenie);
• pierderi de memorie (în Alzheimer)

Rețeaua Salience (mid cingulo insulară)

„Salience” din engleză s-ar traduce prin importanță. Este folosit pentru a descrie această rețea neuronală, fiindcă ea se activează atunci când apar schimbări importante în mediu. Aceste schimbări sunt conceptualizate drept erori în predicție, situații neașteptate, care necesită o reacție adaptativă rapidă.

Spre exemplu, rețeaua Salience se activează atunci când se pornește o alarmă sau când apare o senzație de durere.

Cuvântul predicție este important în descrierea activității acestei rețele, întrucât la înțelegerea rolului pe care îl joacă în sistemul mai larg al rețelelor neuronale extinse, în special în legătură cu rețeaua Default. 

În acest sens, dacă rețeaua Default este responsabilă de proiectarea imaginii pe care o avem despre lumea în care trăim (codare predictivă), rețeaua Salience intervine în cazurile frecvente de incongruență între respectiva imagine și ceea ce se întâmplă în realitate (eroare în predicție). 

Rețeaua atențională ventrală are scopul de a asigura atenția involuntară și reflexul de orientare, pentru a activa rețeaua Salience. Cele două au fost considerate a fi aceeași rețea, pentru că se suprapun parțial.

În ceea ce privește patologiile, ea este întâlnită în marea majoritate a tulburărilor de stres. Printre acestea se numără anxietatea, depresia și PTSD. Asta se întâmplă din cauza rolului central pe care rețeaua Salience îl are în menținerea homeostaziei, prin atenționarea erorilor în predicție,

Practic, în încercarea de a se adapta după o incapacitate de a repera pericole în mediu, rețeaua Salience se poate activa în mod neadecvat. Stresul rezultat din această defecțiune poate cauza mai mult rău organismului decât să iasă în întâmpinarea pericolelor respective. 

Rețeaua executivă (frontoparietală laterală)

Cineva se poate gândi că executiv se aliniază conceptual cu ideea de rațional. Până de curând se credea, în fapt, că există o relație ierarhică între emoții și cogniții, între emoțional și rațional, respectiv că prima îi este inferioară celei din urmă.

Ceea ce neuroștiința a demonstrat în ultimele decade contrazice întru totul această convingere.

Emoționalul și raționalul nu sunt două forme diferite de procesare, ci două construcții psihologice și culturale ale unei sume de subactivități homeostatice și de procesare adaptativă implicite în experiența umană.

Organismul învață și răspunde la contextul de mediu, iar respectivele răspunsuri sunt, de fapt, acele categorii mintale pe care oamenii le numesc gânduri, emoții, comportamente, etc.

Rețeaua executivă are responsabilitatea de a prelua sarcinile trimise dinspre rețeaua Salience și de a lua decizii în mod controlat. Printre deciziile luate de ea se regăsește însăși conceperea emoției pe care o avem la un moment dat.

Conceperea emoțiilor se face în raport cu un proces implicit de învățare, comun de-a lungul tuturor formelor de viață. Această învățare poate fi pozitivă (prin recompensă) sau negativă (prin pedeapsă) și are scopul de a menține homeostazia organismului.

Diferența conceptuală dintre emoții și gânduri este acea legătură viscerală cu restul corpului, comunicarea cu restul mecanismelor fiziologice pe care corpul uman a ajuns să le aibă după milioane de ani de evoluție. Această comunicare revine parțial în sarcina rețelei executive, care, deci, îndeplinește următoarele funcții:

• Conceperea și declanșarea emoțiilor;
• Analizarea informațiilor noi și relevante;
• Planificarea unei acțiuni imediate;
• Setarea memoriei de lucru;
• Luarea deciziilor.

Imagine de ansamblu

Cele mai comune implicări în patologii ale rețelei executive se centrează pe o slabă conectivitate între cele Default și Salience, ceea ce se traduce prin predispoziția persoanei în cauză de a căuta și de a fi mai atent la probleme (la erori în predicție) decât să caute și să fie mai atent la potențiale soluții.

Acest fenomen poate fi originea unui sentiment profund de neputință, ceea ce mai departe poate aduce cu sine stări de anxietate și simptome de depresie.

 Pe lângă aceste 3 rețele neuronale (trioul Default-Salience-Executivă), studiate puternic în ultimii ani în relație cu simptomatologia psihiatrică, putem identifica:

• Rețeaua dorsală frontoparietală (atențională);
• Rețeaua pericentrală (somato-motorie);
• Rețeaua occipitală (vizuală).

Omul, alături de rudele sale genetice apropiate, se bazează pe procesarea vizuală îndeajuns de mult încât există o rețea extinsă, dedicată acestui scop, iar aproximativ 50% din suprafața neurocorticală este responsabilă de această procesare.

Referitor la rețeaua atențională dorsală și cea ventrală (suprapusă parțial cu rețeaua Salience), diferența dintre cele două este că cea dorsală este responsabilă de atenția voluntară, pe când cea ventrală este implicată în atenția involuntară. 

Interfuncționalitatea celor trei rețele enumerate mai sus, precum și integrarea cu restul rețelelor constituie un obiect de studiu de mare importanță în prezent, iar implicațiile potențialelor deznodăminte ale acestei cercetări, pot elucida o parte considerabilă a misterelor momentan neexplicate, care gravitează în jurul experienței umane.

Referințe:

Abdallah, C. G., Averill, C. L., Ramage, A. E., Averill, L. A., Goktas, S., Nemati, S., Krystal, J. H., Roache, J. D., Resick, P. A., Young-McCaughan, S., Peterson, A. L., Fox, P., Borah, E. V., Dondanville, K. A., Kok, M., Litz, B., Mintz, J., Robinson, P. C., Woolsey, M., & Yarvis, J. (2019). Salience Network Disruption in U.S. Army Soldiers With PosttraumaticStress Disorder. Chronic Stress, 3. https://doi.org/10.1177/2470547019850467

Buckner, R. L., Andrews-Hanna, J. R., & Schacter, D. L. (2008). The brain’s default network: Anatomy, function, and relevance to disease. Annals of the New York Academy of Sciences, 1124, 1–38. https://doi.org/10.1196/ANNALS.1440.011

Chen, X., Chen, N. X., Shen, Y. Q., Li, H. X., Li, L., Lu, B., Zhu, Z. C., Fan, Z., & Yan, C. G. (2020). The subsystem mechanism of default mode network underlying rumination: A reproducible neuroimaging study. NeuroImage, 221, 117185. https://doi.org/10.1016/J.NEUROIMAGE.2020.117185

Corr, R., Glier, S., Bizzell, J., Pelletier-Baldelli, A., Campbell, A., Killian-Farrell, C., & Belger, A. (2022). Triple Network Functional Connectivity During Acute Stress in Adolescents and the Influence of Polyvictimization. Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging, 7(9), 867–875. https://doi.org/10.1016/J.BPSC.2022.03.003

Homman-Ludiye, J., & Bourne, J. A. (2014). Mapping arealisation of the visual cortex of non-primate species: Lessons for development and evolution. In Frontiers in Neural Circuits. https://doi.org/10.3389/fncir.2014.00079

Jing, R. X., Li, S., Zhang, X. J., Long, J., Zhou, T. H., & Zhuo, C. J. (2018). Aberrant Functional Connectivity Patterns of Default Mode Network May Play a Key Role in the Interaction between Auditory Verbal Hallucinations and Insight. Chinese Medical Journal, 131(6), 736. https://doi.org/10.4103/0366-6999.226905