Овај чланак је првобитно објављен у часопису Тхе Цонверсатион. Прочитајте оригинални чланак.
Како архитектура нашег мозга и неурона омогућава сваком од нас да доноси индивидуалне изборе у понашању? Научници су дуго користили метафору власти да објасне како мисле да су нервни системи организовани за доношење одлука. Да ли смо у коријену демократије, попут грађанина Велике Британије који гласа за Брекит? Диктатура, попут лидера Северне Кореје који је наредио лансирање ракете? Скуп фракција које се такмиче за контролу, попут оних унутар турске војске? Или нешто друго?
1890. године, психолог Виллиам Јамес тврдио је да је у свакоме од нас „[т] овде ... једна централна или понтификална [нервна ћелија] на коју је везана наша свест.“ Али 1941. године, физиолог и нобеловац Сир Цхарлес Схеррингтон је тврдио против те идеје о једној задуженој једној ћелијској ћелији, што више сугерира да је нервни систем „милионска демократија чија је свака јединица ћелија“. Па, ко је био у праву?
Из етичких разлога ретко смо оправдани надгледањем појединих ћелија у мозгу здравих људи. Али је изведиво открити ћелијске механизме мозга код многих нехуманих животиња. Као што се препричавам у својој књизи "Управљање понашањем", експерименти су открили читав низ архитектура одлучивања у нервном систему - од диктатуре, олигархије, демократије.
За нека понашања, једна нервна ћелија делује као диктатор, покрећући читав низ покрета помоћу електричних сигнала које користи за слање порука. (Ми неуробиолози називамо тим сигналима акционе потенцијале или шиљке.) Узмите пример додиривања рака на његов реп; један једини шиљак у бочном гигантском неурону изазива брзи окрет ремена који своди животињу нагоре, ван потенцијалне опасности. Ти покрети почињу у року од једне стотине секунде додира.
Ракови бјеже захваљујући свом "диктаторском неурону". Свака фотографија је снимљена 10 стотина секунде. (Јенс Херберхолз и Абигаил Сцхадегг, Университи оф Мариланд, Цоллеге Парк) Слично томе, један шиљак огромног Маутхнеровог неурона у мозгу рибе изазива покрет за бекство који брзо скреће рибу од претње да би могла пливати на сигурно. (Ово је једини потврђени „командни неурон“ код кичмењака.)
Сваки од тих "диктаторских неурона" је необично велик - нарочито његов акон, дугачки, уски део ћелије који преноси шиљке на велике удаљености. Сваки диктаторски неурон сједи на врху хијерархије, интегришући сигнале из многих сензорних неурона и преносећи своје наредбе великом низу подређених неурона који сами узрокују контракције мишића.
Такве ћелијске диктатуре су уобичајене за покрета бекства, посебно код бескраљежњака. Такође контролишу друге врсте покрета који су у основи идентични сваки пут када се појаве, укључујући цврчање цврчака.
Али ове диктаторске ћелије нису цела прича. Рак може такодје да покрене реп и на други начин - кроз други мали сет неурона који ефективно делују као олигархија.
Ови "не-гигантски" бекства веома су слични онима које покрећу џиновски неурони, али почињу нешто касније и омогућавају већу флексибилност у детаљима. Стога, када је рак свестан да му је у опасности и има више времена за реакцију, он обично користи олигархију уместо свог диктатора.
Слично томе, чак и ако је Маутнеров неурон рибе убијен, животиња и даље може да побегне из опасних ситуација. Врло брзо се могу направити слични покрети бекства помоћу малог низа других неурона, мада ове акције почињу нешто касније.
Ова редундантност има смисла: било би веома ризично веровати бекству од предатора до једног неурона, без резервне повреде или оштећења тог неурона тада би било опасно по живот. Дакле, еволуција је пружила више начина за покретање бекства.
Пијавице одржавају изборе неурона пре него што се повуку из вашег додира. (Виталии Хулаи / иСтоцк) Неуронске олигархије могу такође посредовати у нашим перцепцијама на високом нивоу, на пример када препознајемо људско лице. Међутим, за многа друга понашања, нервни системи доносе одлуке кроз нешто попут Схеррингтон-ове „милионске демократије“.
На пример, када мајмун пружи руку, многи неурони у моторном кортексу његовог мозга стварају шиљке. Сваки се неурон креће у кретању у више праваца, али сваки има један одређени правац који га чини најбољим за лепршање.
Истраживачи су хипотетирали да сваки неурон у некој мјери доприноси свим достигнућима, али највише даје за досеге којима највише доприноси. Да би то схватили, пратили су многе неуроне и извели неке математике.
Истраживачи су мерили брзину убода у неколико неурона када је мајмун дошао до неколико мета. Затим су, за једну мету, сваки неурон представљали вектором - његов угао означава жељени смер неурона (када он највише шиљати), а дужина означава његову релативну брзину клијања за овај одређени циљ. Математички су сумирали своје ефекте (пондерирани векторски просек) и могли су поуздано предвидјети исход кретања свих порука које неурони шаљу.
Ово је попут избора неурона у којима неки неурони гласају чешће од других. Пример је приказан на слици. Бледо љубичасте линије представљају гласовне покрете појединих неурона. Наранџаста линија ("вектор популације") означава њихов сажети правац. Жута линија означава стварни правац кретања, што је прилично слично предвиђању вектора популације. Истраживачи су ову популацију назвали кодирањем.
Код неких животиња и понашања могуће је тестирати верзију демократије нервног система ометајући изборе. На пример, мајмуни (и људи) праве покрете зване „сакаде“ како би брзо пребацили поглед са једне тачке фиксације у другу. Сакаде покрећу неурони у делу мозга који се зове супериорни коликулус. Као у горе приказаном примеру мајмуна, ови неурони се трзају за најразличитије сакаде, али највише за један смјер и удаљеност. Ако је један део супериорног коликулуса анестезиран - што онемогућава одређени скуп бирача - све се сакаде померају из правца и удаљености које су прећутали сада тихи гласачи. Избори су сада лажни.
Манипулација са једном ћелијом показала је да пијавице такође одржавају изборе. Пијавице савијају своја тела од додира по кожи. Овај покрет настаје због колективних ефеката малог броја неурона, од којих су неки гласали за резултирајући исход, а неки су гласали на други начин (али су били забрањени).
Забрињава покрет „пијавица“ пијавица. Лево: истраживачи су додирнули животињску кожу на месту назначено стрелицом. Свака чврста линија представља правац који је пијавица одвојила од овог додира у једном покусу. Средина: електрична стимулација различитом сензорном неурону пијавицу је савила у другом правцу. Тачно: Истраживачи су додиривали кожу и истовремено стимулирали неурон, а пијавица се савијала у средњим правцима. (Прештампано уз дозволу Мацмиллан Публисхерс Лтд: ЈЕ Левис и ВБ Кристан, Натуре 391: 76-79, ауторска права 1998.) Ако се пијавица додирне на врху, она се савија од овог додира. Ако је неурон који обично реагује на додир дна, електрично стимулисан, пијавица има тенденцију савијања у приближно супротном смеру (средња плоча слике). Ако се овај додир и овај електрични подражај јаве истовремено, пијавица се заправо савија у средњем правцу (десни панел слике).
Овај исход није оптималан ни за појединачни подстицај, али је ипак изборни резултат, својеврсни компромис између две крајности. То је као кад се политичка странка окупи на конвенцији да састави платформу. Узимајући у обзир шта различита крила странке желе довести до компромиса негде у средини.
Доказани су бројни други примери неуронских демократија. Демократије одређују шта видимо, чујемо, осећамо и миришемо, од цврчака и воћних муха до људи. На пример, боје опажамо пропорционалним гласањем три врсте фоторецептора који сваки најбоље реагују на различиту таласну дужину светлости, као што је физичар и лекар Тхомас Иоунг предложио 1802. Једна од предности неуронских демократија је та променљивост у једном неурону шпиц је просечан у гласању, па су перцепције и покрети заправо прецизнији него ако зависе од једног или неколико неурона. Такође, ако су неки неурони оштећени, многи други остају да заузму застој.
Међутим, за разлику од земаља, нервни системи могу примењивати вишеструке облике власти истовремено. Неуронска диктатура може коегзистирати са олигархијом или демократијом. Диктатор, делујући најбрже, може покренути почетак понашања, док остали неурони фино подешавају настала кретања. Не треба постојати јединствени облик власти све док последице понашања повећавају вероватноћу преживљавања и репродукције.
