Η υπερέκθεση παραμόρφωσε την επιστήμη των κατοπτρικών νευρώνων | Περιοδικό Quanta

Το καλοκαίρι του 1991 ο νευροεπιστήμονας Βιτόριο Γκαλέζε μελετούσε πώς αναπαρίσταται η κίνηση στον εγκέφαλο όταν παρατήρησε κάτι περίεργο. Αυτός και ο ερευνητικός του σύμβουλος, Τζάκομο Ριζολάτι, στο Πανεπιστήμιο της Πάρμα παρακολουθούσαν ποιοι νευρώνες δραστηριοποιούνταν όταν οι πίθηκοι αλληλεπιδρούσαν με συγκεκριμένα αντικείμενα. Όπως είχαν παρατηρήσει οι επιστήμονες στο παρελθόν, οι ίδιοι νευρώνες πυροδοτήθηκαν όταν οι πίθηκοι είτε παρατήρησαν τα αντικείμενα είτε τα σήκωσαν.

Αλλά στη συνέχεια οι νευρώνες έκαναν κάτι που οι ερευνητές δεν περίμεναν. Πριν από την επίσημη έναρξη του πειράματος, ο Gallese έπιασε τα αντικείμενα για να τα δείξει σε έναν πίθηκο. Εκείνη τη στιγμή, η δραστηριότητα εκτοξεύτηκε στους ίδιους νευρώνες που είχαν εκτοξευθεί όταν ο πίθηκος έπιασε τα αντικείμενα. Ήταν η πρώτη φορά που κάποιος είχε παρατηρήσει νευρώνες να κωδικοποιούν πληροφορίες τόσο για μια ενέργεια όσο και για ένα άλλο άτομο που εκτελεί αυτήν την ενέργεια.

Αυτοί οι νευρώνες θύμιζαν στους ερευνητές έναν καθρέφτη: Οι ενέργειες που παρατήρησαν οι πίθηκοι αντανακλώνταν στον εγκέφαλό τους μέσω αυτών των περίεργων κινητικών κυττάρων. Το 1992, Gallese και Rizzolatti για πρώτη φορά τα κύτταρα στο περιοδικό Πειραματική Έρευνα Εγκεφάλου και μετά το 1996 τους ονόμασε «καθρέφτες νευρώνες» σε Εγκέφαλος.

Οι ερευνητές ήξεραν ότι είχαν βρει κάτι ενδιαφέρον, αλλά τίποτα δεν θα μπορούσε να τους προετοιμάσει για το πώς θα αντιδρούσε ο υπόλοιπος κόσμος. Μέσα σε 10 χρόνια από την ανακάλυψη, η ιδέα ενός νευρώνα-καθρέφτη είχε γίνει η σπάνια ιδέα της νευροεπιστήμης για να αιχμαλωτίσει τη φαντασία του κοινού. Από το 2002 έως το 2009, επιστήμονες από διάφορους κλάδους ενώθηκαν με τους εκλαϊκευτές της επιστήμης για να εντυπωσιάσουν αυτά τα κύτταρα, αποδίδοντάς τους περισσότερες ιδιότητες για να εξηγήσουν τέτοια σύνθετες ανθρώπινες συμπεριφορές as ενσυναίσθηση, αλτρουισμός, μάθηση, μίμηση, αυτισμό και ομιλία.

Έπειτα, σχεδόν όσο γρήγορα έπιασαν οι καθρέφτες νευρώνες, εισχώρησαν επιστημονικές αμφιβολίες για την επεξηγηματική τους δύναμη. Μέσα σε λίγα χρόνια, αυτά τα κύτταρα διασημοτήτων καταγράφηκαν στο συρτάρι των υπερβολικά υποσχόμενων, ελλιπώς παραδοθέντων ανακαλύψεων.

Ωστόσο, τα αρχικά πειραματικά αποτελέσματα εξακολουθούν να ισχύουν. Οι νευρώνες στον προκινητικό φλοιό και τις σχετικές περιοχές του εγκεφάλου αντικατοπτρίζουν συμπεριφορές. Ακόμα κι αν δεν εξηγούν εύκολα τεράστιες κατηγορίες ανθρώπινης εμπειρίας, οι νευρώνες-καθρέφτες «είναι ζωντανοί και κλωτσάνε», είπε ο Gallese. Τώρα μια νέα γενιά κοινωνικών νευροεπιστημόνων αναβιώνει την εργασία στα εγκαταλελειμμένα κύτταρα για να ερευνήσει πώς νευρώνες με ιδιότητες καθρέφτη σε όλο τον εγκέφαλο κωδικοποιούν την κοινωνική συμπεριφορά.

Η άνοδος και η πτώση

Μέρος αυτού που αρχικά ήταν τόσο συναρπαστικό με τους νευρώνες-καθρέφτες ήταν ότι ήταν εντυπωσιακά εκτός τόπου. Σε μια περιοχή του εγκεφάλου αφιερωμένη στον κινητικό σχεδιασμό, υπήρχαν κύτταρα με μοναδικές ιδιότητες που ανταποκρίθηκαν κατά την αντίληψη. Πέρα από αυτό, οι ερευνητές της Πάρμα ερμήνευσαν τα αποτελέσματά τους ως αποδεικτικά στοιχεία για αυτό που είναι γνωστό ως «κατανόηση δράσης» στον εγκέφαλο: Υποστήριξαν ότι οι πίθηκοι μπορούσαν να καταλάβουν τι έκανε ένα άλλο άτομο και ότι αυτή η διαίσθηση επιλύθηκε σε ένα μόνο κύτταρο.

Ο νευρώνας καθρέφτης ήταν επομένως ένας «άμεσα προσβάσιμος τρόπος εξήγησης ενός μηχανισμού που είναι εντελώς πιο περίπλοκος», είπε. Λούκα Μπονίνι, καθηγητής ψυχοβιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Πάρμα που δεν συμμετείχε στην αρχική μελέτη. Γαλβανισμένοι από αυτή την ερμηνεία, οι ερευνητές άρχισαν να προβάλλουν «κατανόηση» σε οποιοδήποτε αριθμό κυττάρων που έμοιαζαν με καθρέφτη.

Η ενθουσιώδης φανφάρα παρέστρεψε τη μελέτη των κατοπτρικών νευρώνων και διέκοψε τη σταδιοδρομία των ερευνητών. Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, ο γνωστικός επιστήμονας Γκρέγκορι Χίκοκ του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, στο Irvine, διαπίστωσε ότι οι νευρώνες στις κινητικές περιοχές του εγκεφάλου που σχετίζονται με την παραγωγή ομιλίας έγιναν ενεργοί όταν οι συμμετέχοντες άκουγαν ομιλία. Αν και δεν ήταν ένα συγκλονιστικό εύρημα - "έτσι λειτουργεί το σύστημα", είπε ο Hickok - άλλοι επιστήμονες άρχισαν να βλέπουν τα αποτελέσματά του μέσω ενός φακού-καθρέφτη-νευρώνα. Ήξερε ότι η θεωρία δεν μπορούσε να εφαρμοστεί στη δουλειά του. Άλλοι πάλι πρότειναν ότι όταν οι ακροατές αντιλαμβάνονταν την ομιλία, οι νευρώνες στον κινητικό φλοιό «καθρεφτίζουν» αυτό που άκουγαν.

Για να αποκρούσει τους λάτρεις των κατοπτρικών νευρώνων, ο Hickok άρχισε να δηλώνει στην αρχή των ερευνητικών του συνομιλιών ότι η δουλειά του δεν είχε καμία σχέση με τους κατοπτρικούς νευρώνες - μια επιλογή που τον έφερε άθελά του στο επίκεντρο της συζήτησης. Το 2009, ο αρχισυντάκτης του Εφημερίδα της Γνωσιακής Νευροεπιστήμης κάλεσε τον Hickok να γράψει μια κριτική της θεωρίας. Χρησιμοποίησε την ομιλία ως δοκιμαστική περίπτωση για να αντικρούσει τον μεγαλεπήβολο ισχυρισμό ότι οι νευρώνες-καθρέφτες στον κινητικό φλοιό επέτρεψαν σε έναν πίθηκο να καταλάβει τις ενέργειες του άλλου. Εάν, υποστήριξε ο Hickok, υπάρχει ένας μόνο νευρικός μηχανισμός που κωδικοποιεί την παραγωγή μιας δράσης και την κατανόηση αυτής της δράσης, τότε η βλάβη σε αυτόν τον μηχανισμό θα πρέπει να αποτρέψει την εμφάνιση και των δύο. Ο Hickok συγκέντρωσε έναν φάκελο μελετών που έδειξαν ότι η βλάβη στις περιοχές παραγωγής ομιλίας δεν διαταράσσει την κατανόηση της ομιλίας. Τα δεδομένα, έγραψε, «αποδεικνύουν κατηγορηματικά ότι η θεωρία των κατοπτρικών νευρώνων της αντίληψης του λόγου είναι εσφαλμένη σε οποιαδήποτε ισχυρή μορφή».

Η πολυαναφερόμενη κριτική οδήγησε σε α προσφορά βιβλίου και, το 2015, μια πρόσκληση για δημόσια συζήτηση Gallese στο Κέντρο του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης για το μυαλό, τον εγκέφαλο και τη συνείδηση. Μοιράζοντας τη σκηνή για πρώτη φορά, το ζευγάρι ήταν φιλικοί αντίπαλοι: δύο διακεκριμένοι επιστήμονες αντάλλασσαν ανταγωνιστικές απόψεις με ελαφρά πειράγματα, ακολουθούμενοι από χαμογελάει πάνω από μπύρες.

Αν και αυτή η αντιπαράθεση ήταν φιλική, η αντίδραση στη διαφημιστική εκστρατεία των κατοπτρικών νευρώνων γενικά δεν ήταν. Σήμερα, ο Gallese παραμένει έκπληκτος από την «κακότητα» που αντιμετώπισε στην επιστημονική κοινότητα. «Δεν νομίζω ότι κανένας άλλος έχει εξεταστεί τόσο βαθιά όσο εμείς», είπε. Και η επίδραση στη μελέτη αυτών των εγκεφαλικών κυττάρων ήταν βαθιά. Στα χρόνια μετά τη συζήτηση του NYU, οι νευρώνες καθρέφτης έχουν έπεσε από τον επιστημονικό λόγο. Το 2013, στο αποκορύφωμα της δημοσιότητας, οι επιστήμονες δημοσίευσαν περισσότερες από 300 εργασίες με τον «καθρέφτη νευρώνα» στον τίτλο. Μέχρι το 2020, ο αριθμός αυτός είχε μειωθεί στο μισό, σε λιγότερους από 150.

The Mirror Neuron, επαναπροσδιορισμένος

Το επεισόδιο είναι μια μελέτη περίπτωσης για το πώς ο ενθουσιασμός γύρω από ορισμένες ιδέες μπορεί να μεταμορφώσει την πορεία της έρευνάς τους. Ο Gallese απέδωσε τη μείωση των μελετών για νευρώνες-καθρέφτες στον συλλογικό φόβο και την αυτολογοκρισία. «[Οι ερευνητές] φοβούνται [ότι] αν φέρουν την ετικέτα «καθρέφτες νευρώνες», η εργασία μπορεί να απορριφθεί», είπε.

Ως αποτέλεσμα, οι ερευνητές έχουν υιοθετήσει διαφορετική ορολογία - «δίκτυο ενεργοποίησης δράσης», για παράδειγμα - για να εξηγήσουν τους μηχανισμούς καθρέφτη στον εγκέφαλο. Ο όρος «καθρέφτης νευρώνας» έχει επίσης γίνει θολή. Στην αρχή, ο ορισμός του ήταν ξεκάθαρος: Ήταν ένα μοτέρ που πυροβολούσε κατά τη διάρκεια μιας κίνησης αλλά και κατά την αντίληψη της ίδιας ή παρόμοιας κίνησης. Ωστόσο, καθώς οι ερευνητές στρατολόγησαν τον όρο για να εξηγήσουν κοινωνικά φαινόμενα, ο ορισμός έγινε δυσκίνητος σε σημείο που έγινε μια «αδόκιμη θεωρία», είπε ο Hickok.

Σήμερα, μετά από μια περίοδο χαλάρωσης, οι κοινωνικοί νευροεπιστήμονες βυθοκόρουν τα κύτταρα από τη βιολογική λάσπη. Καθώς κοιτάζουν πέρα ​​από τις κινητικές περιοχές του εγκεφάλου, βρίσκουν κάτι που μοιάζει ύποπτα με νευρώνες-καθρέφτες. Πέρυσι, μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ αναφέρεται στο Κύτταρο η ανακάλυψη νευρώνων που αντικατοπτρίζουν την επιθετικότητα στα ποντίκια. Αυτή η σουίτα κυττάρων πυροδοτήθηκε τόσο όταν ένα ποντίκι συμπεριφερόταν επιθετικά όσο και όταν έβλεπε άλλους να τσακώνονται. Επειδή τα κύτταρα έγιναν ενεργά και στα δύο πλαίσια, οι ερευνητές πρότειναν ότι είναι νευρώνες καθρέφτης.

«Αυτό ήταν το πρώτο παράδειγμα που αποδεικνύει την ύπαρξη νευρώνων καθρέφτη σε περίπλοκες κοινωνικές περιοχές του εγκεφάλου», δήλωσε η Έμιλι Γου, επίκουρη καθηγήτρια νευρολογίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες, η οποία δεν συμμετείχε στην έρευνα.

Αυτό το εύρημα προσθέτει σε α αυξανόμενο αριθμό αποδεικτικών στοιχείων ότι οι νευρώνες πέρα ​​από τον προκινητικό φλοιό έχουν κατοπτρικές ιδιότητες όταν δύο ζώα αλληλεπιδρούν κοινωνικά. Αυτά τα ίδια κύτταρα πυροδοτούν κατά τη διάρκεια προσωπικών ενεργειών ή συναισθήματα και ως απάντηση στο να βλέπεις άλλους να έχουν τις ίδιες εμπειρίες.

Τεχνικά, με τον αρχικό ορισμό, αυτά τα κύτταρα δεν είναι νευρώνες-καθρέφτες, είπε ο Hickok: Οι νευρώνες καθρέφτης είναι κινητικά κύτταρα, όχι κοινωνικά κύτταρα. Ωστόσο, ο Wu δεν ιδρώνει τους ορισμούς. Αντί να συζητά τι είναι και τι δεν είναι ένας καθρέφτης νευρώνας, πιστεύει ότι είναι πιο σημαντικό να καταλογίσουμε τις λειτουργικές ιδιότητες καθρέφτη που χαρακτηρίζουν τα κύτταρα όπου κι αν υπάρχουν στον εγκέφαλο.

Ο στόχος θα ήταν να περιγραφεί πόσο διαδεδομένοι είναι αυτοί οι νευρώνες και πώς, σε ηλεκτροφυσιολογικό επίπεδο, συμπεριφέρονται όπως κάνουν μοναδικά. Με αυτόν τον τρόπο, αυτοί οι επιστήμονες καθαρίζουν το σύννεφο της διαφημιστικής εκστρατείας για να δουν αυτά τα κύτταρα για αυτό που πραγματικά είναι.

Διόρθωση: Απρίλιος 2, 2024
Μια πρόταση αναθεωρήθηκε για να διευκρινιστεί ότι ο Wu δεν καταλογίζει προσωπικά τους κατοπτρικούς νευρώνες.