Beynimizin ve nöronlarımızın mimarisi her birimizin bireysel davranışsal seçimler yapmasını nasıl sağlar? Bilim adamları, sinir sistemlerinin karar almak için nasıl örgütlendiğini düşündüklerini açıklamak için uzun süredir hükümetin metaforunu kullandılar. Temelde Brexit’e oy veren İngiltere vatandaşı gibi bir demokrasi miyiz? Bir füze fırlatma emri veren Kuzey Kore lideri gibi bir diktatörlük mü? Türk ordusundakiler gibi kontrol için yarışan bir grup var mı? Veya başka bir şey?

In 1890, psikolog William James Her birimizde “burada […]…… bilincimizin bağlı olduğu bir merkezi veya pontifikal [sinir hücresi]” olduğunu savunduk. 1941, fizyolog ve Nobel ödüllü Sir Charles Sherrington Sorumlu, tek bir pontifikal hücre fikrine karşı olduğunu belirterek, gergin sistemin “her birimin bir hücresi olan milyonlarca kat demokrasi” olduğunu öne sürdü.

Peki kim haklıydı?

Etik nedenlerden dolayı, sağlıklı insanların beynindeki tek hücrelerin izlenmesinde nadiren haklıyız. Fakat beynin hücresel mekanizmalarını insan olmayan birçok hayvanda ortaya çıkarmak mümkündür. Kitabımda anlattığım gibi “Yönetim Davranışı” Deneyler, sinir sistemlerinde diktatörlükten oligarşiye, demokrasiye kadar çeşitli karar verme mimarilerini ortaya koydu.

Bir sinir diktatörlüğü

Bazı davranışlarda, tek bir sinir hücresi diktatör görevi görür ve mesaj göndermek için kullandığı elektrik sinyalleri yoluyla tüm hareketler dizisini tetikler. (Biz nörobiyologlar bu sinyalleri diyoruz aksiyon potansiyalleri, veya çiviler.) Kuyruğundaki bir kerevite dokunma örneğini alın; Yanal dev nörondaki tek bir başak, hayvanı yukarı doğru tonoz eden potansiyel tehlikeden hızlı bir kuyruk çevirmeye neden olur. Bu hareketler, dokunuşun saniyenin yaklaşık yüzde biri içinde başlar.

Benzer şekilde, bir beynin beynindeki dev Mauthner nöronundaki tek bir ani, balıkları bir tehditten hızla uzaklaştırarak güvenli bir şekilde yüzebilecekleri bir kaçış hareketi ortaya çıkarır. (Bu bir omurgalıda onaylanan tek komut “nöron”.)

Bu diktatör nöronlarının her biri alışılmadık derecede büyüktür - özellikle aksonu, uzun mesafelerde sivri aktaran hücrenin uzun, dar kısmıdır. Her diktatör nöron bir hiyerarşinin tepesinde durur, birçok duyusal nörondan gelen sinyalleri birleştirir ve emirlerini, kas kasılmalarına neden olan geniş bir alt nöronlar grubuna iletir.

Bu tür hücresel diktatörlükler, özellikle omurgasızlarda, kaçış hareketleri için ortaktır. Aynı zamanda, her meydana geldiklerinde temelde aynı olan diğer tür hareketleri de kontrol ederler. kriket cıvıl cıvıl.

Küçük takım yaklaşımı

Ancak bu diktatör hücreler tüm hikaye değil. Kerevit olabilir kuyruk çevirmeyi tetiklemek başka bir yol - başka bir küçük nöron kümesi aracılığıyla bir oligarşi olarak etkili davranmak.

Bu “dev olmayan” kaçışlar, dev nöronlar tarafından tetiklenenlere çok benzer, ancak biraz sonra başlar ve ayrıntılarda daha fazla esneklik sağlar. Bu nedenle, bir kerevit tehlikede olduğunun farkında olduğunda ve cevap vermek için daha fazla zamanı olduğunda, tipik olarak diktatörü yerine bir oligarşi kullanır.

Benzer şekilde, bir balığın Mauthner nöronu öldürülse bile, hayvan yine de tehlikeli durumlardan kaçabilir. Kullanarak hızlı bir şekilde benzer kaçış hareketleri yapabilir diğer nöronların küçük bir set, ancak bu eylemler biraz sonra başlar.

Bu fazlalık mantıklı: Bir avcıdan tek bir nörona kaçışa güvenmek çok riskli olurdu, yedekleme yapmadan - o nöronun sakatlanması ya da arızası yaşamı tehdit eder. Yani evrim kaçış başlatmak için birçok yol sağlamıştır.

Nöronal oligarşiler, bizler gibi, kendi üst düzey algılarımıza da aracılık edebilirler. insan yüzünü tanımak.

Çoğunluk kazanır

Diğer pek çok davranış için, sinir sistemleri, Sherrington’un “milyon kat demokrasisi” gibi bir şey yoluyla kararlar alır.

Örneğin, bir maymun koluna ulaştığında, beyninin motor korteksindeki birçok nöron ani üretir. Her nöron birçok yönde hareketler için çiviler; ancak her birinin en çok onu yönlendiren belirli bir yönü vardır.

Araştırmacılar, her bir nöronun herkese bir dereceye kadar ulaştığını, ancak çoğuna en fazla katkıda bulunduğunu ulaşmak için en fazla attığını varsaydı. Bunu çözmek için, birçok nöronu izlediler ve biraz matematik yaptılar.

Araştırmacılar, bir maymun birkaç hedefe ulaştığında birkaç nörondaki ani oranı ölçtüler. Daha sonra, tek bir hedef için, her bir nöronu bir vektörle temsil ettiler - açısı nöronun tercih ettiği ulaşma yönünü belirtir (en çok yükseldiğinde) ve uzunluk, bu özel hedef için göreceli hızlanma oranını gösterir. Etkilerini matematiksel olarak topladılar (ağırlıklı bir vektör ortalaması) ve hareket sonucunu güvenilir bir şekilde tahmin et Nöronların gönderdiği tüm mesajlardan.

Bu, bazı nöronların diğerlerinden daha sık oy kullandığı bir nöronal seçim gibidir. Şekilde bir örnek gösterilmiştir. Soluk menekşe çizgileri, bireysel nöronların hareket oylarını temsil eder. Turuncu çizgi (“nüfus vektörü”) toplam yönlerini belirtir. Sarı çizgi, popülasyon vektörünün tahminine oldukça benzer olan gerçek hareket yönünü gösterir. Araştırmacılar bu popülasyona kodlama diyor

Bazı hayvanlar ve davranışlar için, seçimi bozan sinir sisteminin demokrasi versiyonunu test etmek mümkündür. Örneğin, maymunlar (ve insanlar), gözleri bir fiksasyon noktasından diğerine hızlı bir şekilde kaydırmak için “saksades” adı verilen hareketler yaparlar. Sakkadlar, beynin bir kısmı olan kolikulus adı verilen nöronlar tarafından tetiklenir. Maymunda olduğu gibi yukarıdaki örneğe ulaşırsa, bu nöronların her biri çok çeşitli sakkatalar için çiviler bir yöne ve mesafeye en çok tırmanmak. Üstün koliculusun bir kısmı uyuşturulursa - belirli bir seçmen grubunun haklarından mahrum edilmesi - tümü sakcades uzağa kaydırılır şimdi sessiz seçmenlerin tercih ettiği yön ve mesafeden. Seçim şimdi yapıldı.

Tek hücreli bir manipülasyon, sülüklerin de seçimde bulunduğunu gösterdi. Sülükler vücutlarını bir dokunuştan ciltlerine doğru bükerler. Hareket, bir kısmı sonuç için oylanan, bazıları ise başka şekilde oylanan (ancak oy kullanmayan) az sayıda nöronun kolektif etkilerinden kaynaklanıyor.

Sülük üstüne dokunulursa, bu dokunuştan uzağa eğilme eğilimindedir. Normalde altta bulunan dokunuşlara tepki veren bir nöron elektriksel olarak uyarılırsa, sülük yaklaşık olarak zıt yönde (şeklin orta paneli) bükülme eğilimindedir. Bu dokunuş ve bu elektriksel uyarım aynı anda meydana gelirse, sülük aslında ara yönde (şeklin sağ paneli) bükülür.

Bu sonuç, her iki uyaran için de uygun değildir ancak yine de iki uç arasında bir çeşit uzlaşma olan seçim sonucudur. Siyasi bir parti bir platform oluşturmak için bir toplantıda bir araya geldiğinde olduğu gibi. Partinin çeşitli kanatlarının ne istediğini dikkate almak, ortada bir yerde bir uzlaşmaya neden olabilir.

Çok sayıda başka nöronal demokrasi örneği de gösterilmiştir. Demokrasiler cırcır böcekleri ve meyve sineklerinden insanlara kadar ne gördüğümüzü, duyduğumuzu, hissettiğimizi ve kokladığımızı belirler. Örneğin, renkleri fizikçi ve hekim olarak, her biri farklı bir ışık dalga boyuna en iyi yanıt veren üç çeşit fotoreseptörün orantılı oyu ile algılıyoruz. Thomas Young, 1802’te önerildi. Nöronal demokrasilerin avantajlarından biri, tek bir nöronun çivileşmesindeki değişkenliğin oylamada ortalama olmasıdır, bu yüzden algılar ve hareketler aslında bir veya birkaç nörona bağımlı olduklarından daha kesindir. Ayrıca, bazı nöronlar zarar görürse, diğerleri de durgunluğu almaya devam eder.

Ancak ülkelerin aksine, sinir sistemleri aynı anda birden fazla hükümet biçimini uygulayabilir. Bir nöronal diktatörlük bir oligarşi veya demokrasi ile bir arada bulunabilir. En hızlı hareket eden diktatör, bir davranışın başlangıcını tetiklerken, diğer nöronlar takip eden hareketlerde ince ayar yaparlar. Davranış sonuçları hayatta kalma ve üreme olasılığını arttırdığı sürece tek bir hükümet şekli olması gerekmez.

Yazar hakkında

Ari Berkowitz, Cumhurbaşkanlığı Biyoloji Profesörü; Hücresel ve Davranışsal Nörobiyoloji Yüksek Lisans Programı Direktörü, Oklahoma Üniversitesi

Bu yazı orijinalinde Konuşma. Okumak Orijinal makale.

İlgili Kitaplar

at InnerSelf Pazarı ve Amazon