Cerebelul „Intepenit”

122

Oamenii de stiinta psihologici atribuie rareori caracteristicile personalitatii regiunilor creierului. Hipocampul nu este denumit incurcatura, cortexul prefrontal nu este caracterizat ca constiincios, iar amigdala nu este numita cu doua fete sau duplicita. Dar in cazul cerebelului, Richard B. Ivry de la Universitatea din California, Berkeley, face un argument bun pentru ce ar trebui sa-l numim incapatanat.

Cercetarile lui Ivry se concentreaza pe cunoastere si controlul motor, care exploreaza modul in care oamenii isi selecteaza actiunile, invata abilitati si produc miscari coordonate. Studiile sale utilizeaza adesea masuri comportamentale si neurostiintifice, incluzand RMN-ul, stimularea magnetica transcraniala (TMS) si modelarea de calcul pentru a studia persoanele sanatoase, precum si indivizii care sufera de boala Parkinson, degenerarea cerebelului si leziuni corticale. Prin aceste studii, Ivry a putut examina contributiile anumitor regiuni ale creierului la diverse mecanisme de invatare si sa discerne functionarea diferitelor procese care opereaza in afara constiintei umane.

In discursul sau William James Fellow Award la Conventia anuala 2016 APS din Chicago, Ivry s-a concentrat pe natura „incapatanata” a cerebelului, evidentiind studii comportamentale care au luminat proprietatile unice ale sistemului nostru senzor-motor. Dupa istoria cercetarilor de la James si studenta sa, Gertrude Stein, la fondatorul departamentului de psihologie al lui Berkeley, George Stratton, Ivry a conectat punctele intre rezultatele comportamentale simple si functiile cerebrale specifice.

Invatarea abilitatilor motorii

Ivry a explicat pentru prima data cele trei etape ale dezvoltarii abilitatilor motorii propuse de catre pionierul factorilor umani tarziu Paul Fitts si APS William James Fellow Michael Posner. Acestea includ

stadiul cognitiv, in timpul caruia individul ajunge sa inteleaga sarcina la indemana si cum sa o abordeze;
etapa asociativa, in timpul careia individul invata ce miscari sunt necesare pentru a produce
actiunea dorita ; si
etapa autonoma lunga, in timpul careia individul practica si dezvolta abilitatea motorie pana cand este automat.

Dar, dupa ce indivizii invata o abilitate motorie, trebuie sa se adapteze si sa calibreze constant miscarile pentru a se potrivi cu contextul si mediul actual. Ivry s-a referit la fiii sai si la cercul lor de baschet ajustabil pentru a se dezvolta in procesul: Pe masura ce copiii au crescut, Ivry si-a ridicat cercul si, desi nu au fost nevoiti sa invete o abilitate cu totul noua pentru a atinge cercul superior, ei au trebuit sa recunoasca inaltimea diferenta (adica reintroduceti stadiul cognitiv) si recalibrati-le sistemul motor pentru a se adapta situatiei (adica, reintroduceti stadiul asociativ pentru a determina cat de multa forta era necesara pentru a ajunge la cercul superior, precum si pentru a reveni la stadiul autonom pentru a practica noul miscare pana cand a fost automata).

Ivry a folosit experimentul clasic al lui Stratton cu ochelarii sai inversati de la inceputul anilor 1900 ca un exemplu suplimentar de adaptare a motorului. Stratton este cunoscut pentru faptul ca a purtat un monoclu inversat (a creat ochelari cu lentile si oglinzi care au inversat atat stanga, cat si dreapta si in sus si in jos, apoi le-a modificat intr-un monoclu, deoarece dispozitivul a fost prea greu pentru a purta ambii ochi) timp de 8 zile pentru manipuleaza experimental sistemul sau senzorial pentru a intelege mai bine perceptia si abilitatile adaptative ale creierului. Mitologia de pe Stratton sugereaza pe larg ca si-a adaptat cu succes miscarile motorii la viziunea inversata de-a lungul catorva zile, dar Ivry a remarcat ca specificul din jurnalele lui Stratton indica faptul ca ori de cate ori mainile sau obiectul sau nu erau in viziune,

“El a devenit destul de coordonat in miscarile sale, dar numai atunci cand mainile sale erau pe deplin vizibile”, a explicat Ivry. O „dubla reprezentare” a noii lumi adaptate pe care a locuit-o si vechiul sau simt al ceea ce este sus, jos, stanga si dreapta concurau efectiv ori de cate ori mainile sale nu erau la vedere, ceea ce il conducea in aceasta „problema de selectie constanta”.

Imbunatatirea si adaptarea

Aceasta nu inseamna ca experimentul lui Stratton a fost un esec. Desi poate nu a reusit sa ajunga la stadiul autonom, el a devenit cu siguranta destul de priceput in a se deplasa in lumea sa cu susul in jos. Si munca sa a creat scena pentru multe studii moderne de invatare senzorimotor.

“Nu suntem la fel de radicali ca Stratton”, a spus Ivry. De fapt, el considera ca, intr-un anumit sens, cercetarile actuale „efectueaza backtrack-uri de la Stratton” prin utilizarea metodologiilor mai simple pe intervale de timp mai scurte.

Studiile recente ale lui Ivry si ale colegilor au folosit o sarcina model pentru a studia adaptarea senzorului motor, prin faptul ca participantii au pus mana sub un ecran. Ecranul exclude viziunea mainii lor si afiseaza un marker in locul sau, precum si o tinta. Participantii sunt instruiti sa-si deplaseze mana sub ecran spre tinta, in timp ce markerul vizual imita miscarea lor; apoi revin la punctul de plecare pentru a repeta procesul. Dupa ce subiectii s-au obisnuit cu sarcina, cercetatorii introduc o manipulare (sau o perturbare) in feedback-ul vizual,

facand marcatorul sa se deplaseze pe un curs modificat in comparatie cu mana (de exemplu, o rotatie de 20 de grade), similar cu perturbarea inversata cu ochelarii Stratton.

Prin mentinerea sarcinii la fel si rotirea gradului de miscare al markerului, cercetatorii sunt capabili sa tinteasca in mod specific o recalibrare rapida in sistemul de executie implicit (adica, sistemul aproape de stadiul autonom), mai degraba decat de selectie sau de sistemul cognitiv, imbunatatind astfel la experimentul lui Stratton. Si, in general, participantii sunt capabili sa se adapteze rapid la schimbarea feedback-ului vizual, cu mana in miscare intr-o directie care anuleaza efectul perturbatiei. Studiile efectuate pe indivizi cu degenerare cerebeloasa sau ataxie (pierderea controlului miscarilor corporale) au constatat ca acesti indivizi nu sunt capabili sa se adapteze sarcinii (adica prezinta modificari mai mici de performanta dupa perturbare), ceea ce inseamna ca aceasta adaptare motorie depinde de buna functionare a acestei anumite regiuni cerebrale.

Ivry a explicat ca modelele de calcul recente ale acestui comportament sunt intrigante, deoarece contul teoretic arunca notiunile traditionale despre cerebel: „In loc sa punem accentul pe cerebelul din domeniul motor, il plaseaza mult mai mult in domeniul senzorial, sau cel putin la intersectia dintre senzorial si miscare. ” Aceste modele, a remarcat Ivry, deriva din teoriile care dateaza de la psihologii experimentali fondatori, care au sugerat ca atunci cand oamenii fac o miscare, creierul produce miscarea, precum si o copie a actiunii motorii, o constructie cunoscuta sub numele de copie efener. Aceasta copie este apoi utilizata intern pentru a prezice cum ar trebui sa se produca in mod ideal miscarea si care ar fi in mod ideal feedbackul senzorial. Dupa executarea miscarii,

De exemplu, atunci cand oamenii coboara pe scari, copia efectelor lor ii conduce sa prezica ca piciorul lor trebuie sa simta urmatorul pas. Cu toate acestea, daca banda de rulare lipseste si presiunea preconizata pe picior este absenta, creierul proceseaza aceasta diferenta ca o eroare senzoriala de predictie, un semnal care poate fi utilizat pentru a declansa o corectie rapida a miscarii pentru a impiedica persoana sa se rastoarne. Pe langa facilitarea controlului online, erorile de predictie senzoriala sunt esentiale si pentru invatare. Erorile sunt utilizate pentru a modifica miscarile ulterioare, precum si pentru a modifica predictiile senzoriale generate de copia efectelor asociate cu aceste miscari. In acest fel, cerebelul pastreaza sistemul senzor-senzor calibrat excelent, ceea ce este esential pentru producerea miscarilor calificate.

In studiile recente, cercetatorii au aratat cum procesul de invatare treptata caracteristic adaptarii senzorului-motor poate fi ocolit. Prin adoptarea unei strategii care vizeaza (adica, stadiul de selectie din nou), oamenii pot invata sa raspunda la o perturbare la fel de mare ca o rotatie vizuala de 45 de grade intr-un singur proces. Cu toate acestea, una dintre cele mai marcante constatari ale acestei sarcini a fost aceea ca, cu cat participantii la probe au efectuat mai multe, cu atat au ajuns mai rau. Intr-adevar, dupa aproximativ 80 pana la 100 de incercari, miscarile participantilor au ratat tinta cu aproximativ 25 de grade.

“Acesta este un fenomen fascinant”, a mentionat Ivry. „Nu exista multe exemple in comportamentul uman unde, cu cat practicati mai mult, cu atat obtineti mai rau.”

Aceasta deteriorare a performantei cu practica, a explicat Ivry, dezvaluie o calitate unica a cerebelului: demonstreaza ca cerebelul nu cunoaste strategia (adica nu „stie” ca participantul urmareste intentionat sa se indeparteze de tinta pentru a compensa perturbarea). In schimb, foloseste eroarea de predictie senzoriala, nepotrivirea dintre locul in care persoana vizeaza si locul unde apare feedback-ul, pentru a „retune” sistemul senzor-motor. Acest proces, insotit de uitarea obiectivului dorit, face ca cerebelul sa fie foarte „incapatanat”, a spus Ivry.

In cele din urma, participantii isi schimba comportamentul, reglandu-si miscarile pentru a-si reduce erorile, ajungand in cele din urma la o „stare stabila asimptotica” in care miscarile lor aproape aproape de tinta. Ivry a explicat acest tipar unic in performanta ca un joc competitiv, sau „remorcher de razboi”, intre feedbackul din eroarea senzoriala de predictie si sarcina orientata spre obiectiv. Feedback-ul obiectivului este simplu: marcatorul a atins tinta? Daca nu, ajustati strategia de vizare la un nou unghi pentru a atinge tinta. Totusi, eroarea de predictie senzoriala persista, deoarece markerul nu apare intr-o locatie corespunzatoare pozitiei anticipate a mainii. Acest lucru determina subconstient individul sa indeparteze miscarea mainii mai departe, in directia opusa perturbatiei, chiar daca aceasta inrautateste efectiv performanta.

Studiile ulterioare ale acestui fenomen asupra indivizilor cu degenerare cerebeloasa sau ataxie au aratat o contributie redusa din procesul de invatare implicit, indicand ca tendinta erorii de predictie senzoriala de a inrautati performanta depinde cu adevarat de cerebel. In alte studii, indivizii cu leziuni ale cortexului prefrontal – regiunea creierului care ar fi cel mai responsabil pentru mentinerea strategiei directionate in scopuri – au prezentat un raspuns exagerat la eroarea de predictie senzoriala, producand erori si mai mari decat cele facute de participantii la control.

Ivry si colegii lor au apreciat ca performanta lor s-a datorat unui „sistem cerebelos nemarcat” prin care eroarea senzoriala de predictie i-a determinat sa ajunga mai departe.

Incercand sa remediati imposibilul

Ivry si colegii au conceput recent o noua sarcina experimentala pentru a examina in continuare incapatanarea cerebelului. Configuratia este similara cu cea utilizata in sarcinile de rotatie visuomotorie, dar acum feedback-ul vizual este independent de miscarea mainii. Mai degraba, in tandem cu fiecare atingere, un marker urmeaza o cale predeterminata; de exemplu, acesta ar putea fi deplasat la 7,5 grade de tinta. Chiar daca aceasta manipulare este descrisa participantilor si li se spune sa ignore markerul, comportamentul lor arata foarte similar cu cel observat in studiile de adaptare. Adica, cerebelul raspunde la diferenta dintre locatia tinta si marker: Pana la sfarsitul a 100 de incercari, participantii se indepartau fara sa stie de tinta cu aproximativ 20 de grade. Inca o data,

Ivry a explicat ca acest nou model si linie de cercetare au implicatii profunde despre modul in care functioneaza cerebelul: „cerebelul… nu trebuie sa-ti faca griji in privinta obiectivelor sau a reusitei sarcinilor… [Pur si simplu] presupune pur si simplu,„ orice mi se spune sa fac , Vreau sa o fac sau sa o execut cat de fidel pot. ”’??

Lectura ulterioara

Schlerf, J., Ivry, RB, & Diedrichsen, J. (2012). Codificarea erorilor de predictie senzoriala in cerebelul uman. The Journal of Neuroscience, 32 , 4913–4922.

Taylor, JA si Ivry, RB (2011). Strategii cognitive flexibile in timpul invatarii motorii. PLoS Computational Biology, 7 , e1001096. doi: 10.1371 / journal.pcbi.1001096

Taylor, JA, Klemfuss, NM si Ivry, RB (2010). O strategie explicita prevaleaza atunci cand cerebelul nu calculeaza erori de miscare. Cerebelul, 9 , 580-586.

Cerebelul „Intepenit”

Invatarea abilitatilor motorii

Imbunatatirea si adaptarea

Incercand sa remediati imposibilul

Lectura ulterioara

Populare

Afacere proprie, angajat la stat sau angajat la privat? Pro &...

Cum alegi cel mai bun brad de Crăciun?

Afla cum iti poti lansa o mica afacere folosind un spatiu...

Top 10 cele mai supraevaluate filme din toate timpurile

10 regizori care au facut un film de groaza si au...

10 documentare care au schimbat perceptia publicului

Top 10 interviuri controversate cu celebritati din toate timpurile

Top 10 cele mai memorabile momente ale premiilor Oscar

Cum se schimba viata atunci cand intri in cercurile sociale ale...

10 povesti ciudate din lumea rap pe care sa le cunosti