Vi vet mycket, men inte tillräckligt, om hur kuggarna passar ihop. Piyushgiri Revagar, CC BY-NC-ND

Besluten spänner över ett brett spektrum av komplexitet. Det finns verkligen enkla: Vill jag ha ett äpple eller en bit tårta med min lunch? Då är det mycket mer komplicerade: Vilken bil ska jag köpa, eller vilken karriär ska jag välja?

Neuroscientists som jag har identifierat några av de enskilda delarna av hjärnan som bidrar till att fatta beslut som dessa. Olika områden processljud, sevärdheter eller relevanta förhandskunskap. Men förstå hur dessa enskilda spelare arbetar tillsammans som ett team är fortfarande en utmaning, inte bara för att förstå beslutsfattandet, men för hela området för neurovetenskap.

En del av anledningen är att neuroscience hittills har fungerat i en traditionell vetenskaplig forskningsmodell: Individuella labs arbetar på egen hand, vanligtvis med fokus på ett eller några hjärnområden. Det gör det svårt för någon forskare att tolka data som samlats in av ett annat laboratorium, eftersom vi alla har små skillnader i hur vi kör experiment.

Neuroscientists som studerar beslutsfattande skapar alla slags olika spel för att djur ska spela, till exempel, och vi samlar in data om vad som händer i hjärnan när djuret gör ett drag. När alla har en annan experimentell inställning och metodik, kan vi inte bestämma om resultaten från ett annat laboratorium är en aning om något intressant som faktiskt pågår i hjärnan eller bara en biprodukt av skillnader i utrustning.

BRAIN-initiativet, som Obama-administrationen lanserade i 2013, började uppmuntra den typ av samarbete som neurovetenskap behöver. Jag tror bara att det inte har gått tillräckligt långt. Så jag grundade ett projekt som heter International Brain Laboratory - ett virtuellt mega-laboratorium som består av många laboratorier vid olika institutioner - för att visa att ordspråket "ensam vi går fort, tillsammans går vi långt" gäller för neurovetenskap. Den första frågan som samarbetet handlar om fokuserar på hjärnans beslutsfattande.

Hjärnans beslutsteam

Individuella neurovetenskapslaboratorier har redan upptäckt mycket om hur särskilda hjärnområden bidrar till beslutsfattandet.

Säg att du väljer mellan ett äpple eller en bit tårta att gå med lunch. Först måste du veta att äpplen och kakan är de två alternativen. Det kräver åtgärd från hjärnområden som bearbetar sensorisk information - dina ögon ser äppleets ljusröda hud, medan näsan tar in den söta lukten av kakan.

De sensoriska områdena ansluter ofta till vad vi kallar associeringsområden. Forskare har traditionellt trott att de spelar en roll i sätta olika bitar av information tillsammans. Genom att samla information från ögonen, öronen och så vidare kan föreningsområdena ge en mer sammanhängande, storbildsvy av vad som händer i världen.

Och varför välja en handling över en annan? Det är en fråga för hjärnans belöningskretsar, vilket är kritiskt i väger värdet av olika alternativ. Du vet att kakan kommer att smaka söt gott nu, men du kan ångra dig när du går till gymmet senare.

Sedan är det den främre cortexen, som antas spela en roll i kontrollen av frivilliga åtgärder. Forskning tyder på att det är inblandat i att begå en viss åtgärd när tillräckligt med inkommande information har kommit fram. Det är den del av hjärnan som kan säga att kakan luktar så bra att det är värt alla kalorier.

Förstå hur dessa olika hjärnområden brukar fungera tillsammans för att fatta beslut kan hjälpa till att förstå vad som händer i sjuka hjärnor. Patienter med sjukdomar som autism, schizofreni och Parkinsons sjukdom använder ofta sensorisk information på ett ovanligt sätt, särskilt om det är komplext och osäkert. Forskning om beslutsfattande kan också informera behandling av patienter med andra sjukdomar, som missbruk och missbruk. Verkligen, missbruk är kanske ett utmärkt exempel av hur beslutsfattandet kan gå väldigt fel.

Ett labbsamarbete sprids runt om i världen

Just nu tar neurovetenskapliga massor av närbildsbilder av vad som händer i vissa delar av hjärnan när det fattar ett beslut. Men de samordnar inte mycket varandra, så de här närbildstyckena passar inte ihop för att ge oss en stor bild av beslutsfattandet som vi behöver.

Därför sammanfogade ett lag oss för att bilda International Brain Laboratory. Med stöd från International Neuroinformatics Coordinating Facility, Wellcome Trust, och Simons Foundation (även en finansiär av samtalet US), strävar vi efter att skapa den stora bilden genom att utforma ett storskaligt experiment som använder exakt samma metod för att studera många olika hjärnområden. Eftersom hjärnan är så komplex, behöver vi kunskapen hos många olika laboratorier som var och en specialiserar sig på specifika hjärnområden. Men vi behöver dem att samordna och använda samma tillvägagångssätt så att vi kan lägga alla sina olika delar av bilden tillsammans.

Vi sammanför ett team av 21-forskare som kommer att arbeta väldigt nära för att förstå hur miljarder neuroner arbetar i en enda hjärna för att fatta beslut. Cirka ett dussin olika laboratorier kommer var och en att göra en del av ett stort experiment genom att mäta neuronaktivitet hos djur som är involverade i exakt samma spel. Våra medarbetare registrerar aktivitet från hundratals neuroner i varje djurs hjärna. Vi samlar tiotusentals neuronal inspelningar som vi kan analysera tillsammans.

Håll det enkelt

I riktiga beslut kombinerar du massor av olika informationstyper - dina sensoriska signaler, din inre kunskap om vad som är givande, vad är riskabelt. Men att genomföra det i ett laboratoriekontext är ganska svårt.

Vi hoppas kunna återskapa en muss naturliga foderupplevelse. I verkliga livet finns det många olika vägar som ett djur kan ta när det navigerar i världen som letar efter något att äta. Det vill hitta mat, eftersom maten är givande. Den använder inkommande sensoriska signaler, liksom, ”Åh, jag ser en cricket borta!” Ett djur kan kombinera det med ett minne av belöning, som ”Jag vet att detta område har frodiga bärbuskar, jag kommer ihåg att från igår, så jag kommer att gå dit. "Eller" Jag vet att det var en katt förra gången, så jag skulle bättre undvika det området. "

Vid första passet ser inte installationen som används för International Brain Laboratory mycket naturligt. Musen har en liten enhet som den använder för att rapportera beslut - det är faktiskt ett hjul från en Lego-uppsättning. Det kan till exempel lära sig att när det ser en bild av ett vertikalt galler och vrider hjulet tills bilden är centrerad blir det en belöning. Om du tänker på vad födosökande är - att utforska miljön försöker hitta belöningar, att använda sig av sensoriska signaler och förkunskaper - denna enkla Lego hjul aktivitet gör fånga dess essens.

Vi hade verkligen att tänka på avvägningen mellan att ha ett beteende som var komplicerat nog att ge oss en inblick i intressanta neurala beräkningar, och en som var enkel nog att det kan genomföras på samma sätt i många olika experimentella laboratorier. Balansen vi slog var en beslutsuppgift som börjar enkelt och blir mer och mer komplex som ett enskilt djur uppnår olika stadier av träning.

Även i den enklaste, mycket tidigt skede vi tittar på, där djuren bara göra frivilliga rörelser, de avgöra när man ska göra en rörelse för att skörda en belöning. Jag är säker på att vi kan gå mycket längre, men även om det är så långt som vi får, kommer det att vara väldigt intressant att ha neurala mätningar från hela hjärnan under ett enkelt beteende som detta. Vi vet inte hur det händer i hjärnan som du bestämmer när du ska ta en viss åtgärd och hur man utför den åtgärden. Att ha neurala mätningar från hela hjärnan av det som hände strax innan djuret spontant bestämde sig för att gå och få en belöning kommer att vara ett stort steg framåt.

Om författaren

Anne Churchland, docent i neurovetenskap, Cold Spring Harbor Laboratory

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon