Badania przprowadzili naukowcy z niemieckich uniwersytetów w Tybindze i Bonn we współpracy z oddziałem epileptologii Szpitala Uniwersyteckiego w Bonn, który specjalizuje się w zabiegach chirurgicznych na mózgach osób z padaczką. U niektórych pacjentów napadowe wyładowania pochodzą zawsze z tego samego obszaru mózgu. Aby precyzyjnie zlokalizować ten uszkodzony obszar, lekarze wszczepiają pacjentom kilka elektrod. Sondy można wykorzystać do precyzyjnego określenia pochodzenia drgawek, ale również mierzyć aktywność poszczególnych neuronów.

W badaniu wzięło udział pięć kobiet i czterech mężczyzn. Mieli wszczepione elektrody w płacie skroniowym mózgu, aby rejestrować aktywność komórek nerwowych. Poproszono ich o wykonanie prostych zadań arytmetycznych. „Odkryliśmy, że podczas dodawania aktywowały się inne neurony, niż podczas odejmowania” – wyjaśnił prof. Florian Mormann z Oddziału Epileptologii Szpitala Uniwersyteckiego w Bonn.

„Nie było tak, że niektóre neurony reagowały tylko na znak '+', a inne tylko na znak '-'. Nawet gdy zastąpiliśmy symbole matematyczne słowami, efekt pozostał ten sam” – zaznaczyła Esther Kutter, która robi doktorat w grupie badawczej Mormanna. - „Na przykład gdy badani zostali poproszeni o obliczenie '5 i 3', ich 'neurony dodawania' wróciły do działania; podczas gdy w przypadku '7 odjąć 4' aktywne były 'neurony odejmowania'".

To pozwala sądzić, że odkryte komórki faktycznie kodują matematyczną instrukcję działania. Naukowcy wprowadzili wzorce aktywności komórek do samouczącego się programu komputerowego. Jednocześnie wskazali programowi, czy badani obliczają obecnie sumę, czy różnicę. Kiedy algorytm został skonfrontowany z nowymi danymi dotyczącymi aktywności po tej fazie treningu, był w stanie dokładnie określić, podczas której operacji obliczeniowej został zarejestrowany.

„Z eksperymentów na małpach wiemy, że neurony specyficzne dla pewnych reguł obliczeniowych istnieją również w ich mózgach” – powiedział prof. Andreas Nieder z Uniwersytetu w Tybindze. - „Jednak u ludzi nie ma prawie żadnych danych w tym zakresie”.

Podczas analizy obie grupy robocze natknęły się na interesujące zjawisko: jednym z badanych obszarów mózgu była tak zwana kora hipokampa. Tam również ujawniono komórki nerwowe, które aktywowały się podczas dodawania lub odejmowania. Jednak podsumowując, różne neurony dodawania stawały się aktywne naprzemiennie podczas jednego i tego samego zadania arytmetycznego. Mówiąc obrazowo, to tak, jakby klawisz plus na kalkulatorze ciągle zmieniał swoje położenie. Tak samo było z odejmowaniem. Naukowcy nazywają to również „kodowaniem dynamicznym”.

„To badanie stanowi ważny krok w kierunku lepszego zrozumienia jednej z naszych najważniejszych zdolności symbolicznych, a mianowicie liczenia za pomocą liczb” – podkreśla Mormann. Dwa zespoły z Bonn i Tybingi chcą teraz dokładnie zbadać, jaką rolę odgrywają w tym znalezione komórki nerwowe.(PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ zan/