Μπορούμε ν’ απομονώσουμε μια συνομιλία ανάμεσα σε άλλες ομιλίες ή θορύβους μέσα σε ένα δωμάτιο, να εντοπίσουμε ένα σετ κλειδιών μέσα σε ένα σκηνικό γενικού χάους, ή να προβλέψουμε πώς θα εμπλακεί στην πορεία του αυτοκινήτου μας ένα γατί που βλέπουμε στην άκρη του δρόμου.
Με κάποιον τρόπο, ακόμη και όταν οι αισθήσεις μας κατακλύζονται από πληθώρα πληροφοριών, έχουμε την ικανότητα να εστιάσουμε σε αυτό που είναι σημαντικό και να δράσουμε ανάλογα.
Οι διαδικασίες εστίασης προσοχής είναι ο τρόπος του εγκεφάλου να φωτίζει με έναν «φανό» τα ερεθίσματα που χαρακτηρίζει σημαντικά και φιλτράροντας τα υπόλοιπα και αφήνοντας τα εκτός.
Οι νευροεπιστήμονες θέλουν να προσδιορίσουν τα κυκλώματα που προσδιορίζουν τον σκοπό του «φανού» που τον θέτουν σε ισχύ.
Για δεκαετίες οι μελέτες είχαν επικεντρωθεί στον φλοιό, την αναδιπλούμενη δομή στο εξωτερικό του εγκεφάλου που σχετίζεται με την ευφυΐα και την ανώτερου βαθμού νόηση. Είναι πλέον σαφές ότι η δραστηριότητα στον φλοιό ενισχύει την αισθητηριακή επεξεργασία για να ενδυναμώσει τα ενδιαφέροντα στοιχεία.
Όμως, τώρα κάποιοι ερευνητές ακολουθούν μια διαφορετική προσέγγιση μελετώντας πώς ο εγκέφαλος καταστέλλει τη ροή των πληροφοριών και όχι πώς την ενισχύει.
Ίσως το πιο σημαντικό που ανακάλυψαν είναι ότι αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει ορισμένες πιο αρχαίες περιοχές, που βρίσκονται βαθιά μέσα στον εγκέφαλο και που συνήθως δεν εξετάζονταν σε σχέση με την προσοχή.
Με αυτή τη νέα προσέγγιση οι επιστήμονες κάνουν τα πρώτα τους βήματα για να κατανοήσουν πώς το σώμα και το μυαλό -μέσω αυτόματων αισθητηριακών εμπειριών, φυσικών κινήσεων και της υψηλού επιπέδου συνείδησης- είναι βαθιά και αναπόσπαστα εμπλεκόμενα το ένα με το άλλο.
Για πολύ καιρό η προσοχή φαινόταν σταθερά συνδεδεμένη με τη συνείδηση και άλλες σύνθετες λειτουργίες και οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι ήταν πρωτίστως και κυρίως φλοιικό φαινόμενο. Μια σημαντική απόκλιση από αυτή τη θεωρία προέκυψε το 1984, όταν ο Francis Crick, γνωστός για το έργο του με τη δομή του DNA, έθεσε την πρόταση ότι ο «φανός» της προσοχής ελέγχεται από μια περιοχή βαθιά στον εγκέφαλο που ονομάζεται υποθάλαμος, τμήματα του οποίου λαμβάνουν δεδομένα από τις αισθητηριακές περιοχές και τα προωθούν στον φλοιό.
Ο Crick ανέπτυξε μια θεωρία σύμφωνα με την οποία ο αισθητηριακός υποθάλαμος δεν λειτουργεί μόνο ως σταθμός αναμετάδοσης αλλά και ως φύλακας, όχι μόνο ως γέφυρα αλλά και ως κόσκινο- επιτρέποντας την ροή μέρους των πληροφοριών ώστε να δημιουργήσει ένα ορισμένο επίπεδο εστίασης σε ο,τι περνάει.
Όμως οι απόπειρες να ταυτοποιηθεί ένας συγκεκριμένος μηχανισμός αποδείχτηκαν άκαρπες, κυρίως γιατί είναι πολύ δύσκολο να διαμορφωθούν μέθοδοι για την μελέτη της προσοχής σε εργαστήρια με πειραματόζωα.
Αυτό δεν σταμάτησε τον Michael Halassa, νευροεπιστήμονα του Ινστιτούτου McGoven για την Έρευνα του Εγκεφάλου στο ΜΙΤ. Ήθελε να καθορίσει με ακρίβεια το πώς οι αισθητηριακά δεδομένα έχουν φιλτραριστεί προτού φτάσουν οι πληροφορίες στον εγκεφαλικό φλοιό, για να εντοπίσει το ακριβές κύκλωμα που υπέδειξε η θεωρία του Crick.
Οδηγήθηκε σε ένα λεπτό στρώμα ανασταλτικών νευρώνων που ονομάζεται TRN (δικτυωτός σχηματισμός) και το οποίο τυλίγει τον υπόλοιπο θάλαμο σαν κέλυφος.
Ήδη τον καιρό που ο Halassa εργαζόταν ως μεταδιδακτορικός ερευνητής είχε βρει έναν τρόπο να προσπελάσει αυτό το κομμάτι του εγκεφάλου: Τo TRN επέτρεπε την εισροή αισθητηριακών στοιχείων όταν ένα ζώο ήταν ξύπνιο και είχε στραμμένη την προσοχή του προς κάτι στο περιβάλλον του και την απέτρεπε όταν το ζώο κοιμόταν.
Το 2015 ο Halassa και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν ένα άλλο, πιο συγκεκριμένο επίπεδο ελέγχου της εισροής πληροφοριών που ενέπλεκε ακόμη περισσότερο το TRN ως μέρος του κυκλώματος του Crick και αυτή τη φορά αφορούσε το πώς τα ζώα διάλεγαν πού θα εστιάσουν ενώ η προσοχή τους διαιρείται μεταξύ διαφορετικών αισθήσεων.
Στην μελέτη οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ποντίκια εκπαιδευμένα στο να τρέχουν καθοδηγούμενα οπτικοακουστικά σήματα και συγκεκριμένα από φώτα που αναβοσβήνουν και διακοπτόμενους ηχητικούς τόνους.
Ύστερα έδιναν ταυτόχρονα αντικρουόμενες εντολές μέσω των φώτων και των ήχων στα ποντίκια και συγχρόνως τα καθοδηγούσαν ώστε να αγνοήσουν ορισμένα σήματα. Οι αντιδράσεις των πειραματόζωων έδειχναν το πόσο επικεντρωμένα αυτά ήταν στο σημείο ενδιαφέροντος.
Σε όλη τη διάρκεια του συγκεκριμένου πειράματος, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν καθιερωμένες τεχνικές για να καταστείλουν τη δραστηριότητα σε διάφορες περιοχές του εγκεφάλου και να διαπιστώσουν τι παρενέβη στην απόδοση των ποντικιών.
Όπως αναμενόταν, ο ρόλος του προμετωπιαίου φλοιού, ο οποίος εκδίδει εντολές υψηλού επιπέδου προς άλλα μέρη του εγκεφάλου, ήταν κρίσιμος.
Όμως, η ομάδα παρατήρησε επίσης ότι εάν μια δοκιμή απαιτούσε τα ποντίκια να επικεντρώσουν στην όραση, η ενεργοποίηση των νευρώνων στο οπτικό TRN είχε επίπτωση στην απόδοσή τους. Και όταν αυτοί οι νευρώνες καταστέλλονταν, τα ποντίκια είχαν μεγαλύτερη δυσκολία να δίνουν προσοχή στον ήχο.
Στην πραγματικότητα, το δίκτυο ενεργοποιεί τα κουμπιά σε ανασταλτικές διεργασίες, όχι διεγερτικές, με τον υποθάλαμο να εμποδίζει τις πληροφορίες που ο προμετωπιαίος φλοιός θεωρεί ότι προκαλούν διάσπαση προσοχής. Εάν το ποντίκι έπρεπε να δώσει προτεραιότητα στις ακουστικές πληροφορίες, ο προμετωπιαίος φλοιός έλεγε στο οπτικό TRN να αυξήσει τη δραστηριότητά του για να καταστείλει τον οπτικό υποθάλαμο απορρίπτοντας τα μη σχετικά οπτικά δεδομένα.
Στην πραγματικότητα ο «φανός» λειτουργεί αντίστροφα. Ο εγκέφαλος δεν αυξάνει τον φωτισμό στα σημεία ενδιαφέροντος, αλλά αποσύρει το φως από όλα τα υπόλοιπα που δεν πρέπει να μας τραβήξουν την προσοχή.
Παρά την επιτυχία της μελέτης, οι ερευνητές αναγνώρισαν ένα πρόβλημα. Είχαν επιβεβαιώσει τη διαίσθηση του Crick: Ο προμετωπιαίος φλοιός ελέγχει ένα φίλτρο στις εισερχόμενες αισθητηριακές πληροφορίες στον υποθάλαμο. Αλλά ο προμετωπιαίος φλοιός δεν έχει άμεσες συνδέσεις με τα αισθητηριακά τμήματα του TRN. Κάποιο μέρος του κυκλώματος έλειπε.
Μέχρι τώρα. O Halassa και οι συνάδελφοί του έβαλαν τελικά τα υπόλοιπα κομμάτια στη θέση τους και τα αποτελέσματα αποκαλύπτουν πολλά για το πώς πρέπει να προσεγγίσουμε την έρευνα για την προσοχή.
Με εργασίες παρόμοιες με εκείνες που χρησιμοποίησαν το 2015, τα μέλη της ομάδας εξέτασαν τις λειτουργικές επιδράσεις διαφόρων περιοχών του εγκεφάλου μεταξύ τους, καθώς και τις νευρωνικές συνδέσεις μεταξύ τους.
Βρήκαν ότι το πλήρες κύκλωμα πηγαίνει από τον προμετωπιαίο φλοιό σε μια πολύ πιο βαθιά δομή που ονομάζεται βασικά γάγγλια (τα οποίο συχνά συνδέεται με τον κινητικό έλεγχο και αποτελούν την έδρα και για μια σειρά από άλλες λειτουργίες), στη συνέχεια στο TRN και τον υποθάλαμο, πριν τελικά επιστρέψει στις ανώτερες περιοχές του φλοιού.
Έτσι για παράδειγμα καθώς η οπτική πληροφορία περνάει από το μάτι στον οπτικό υποθάλαμο μπορεί να διακοπεί άμεσα εάν δεν είναι σχετική με το δεδομένο έργο. Τα βασικά γάγγλια μπορούν να παρέμβουν και να ενεργοποιήσουν το οπτικό TRN για να αποκοπεί το εξωτερικό ερέθισμα σε αρμονία με την εντολή του προμετωπιαίου φλοιού.
Οι επιστήμονες διαπίστωσαν και κάτι επιπλέον. Ο μηχανισμός δεν καταστέλλει μόνο τις άλλες αισθήσεις για να αυξήσει την αντίληψη μίας αίσθησης αλλά φιλτράρει την ίδια την αίσθηση. Όταν τα ποντίκια καθοδηγήθηκαν να επικεντρωθούν σε συγκεκριμένα ηχητικά σήματα το TRΝ βοήθησε στην καταστολή άλλων, μη σχετικών ήχων μέσα στο ακουστικό τοπίο των πειραματόζωων. Οι επιπτώσεις στην αισθητηριακής επεξεργασία «μπορούν να είναι πολύ πιο εξειδικευμένες από την απλή καταστολή ολόκληρης της υποθαλαμικής περιοχής για μια αισθητηριακή μορφή, η οποία είναι μια μάλλον ευρεία μορφή καταστολής», λέει ο Duje Tadin, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Rochester.
«Συχνά παραμελούμε να απαλλαγούμε από όσα είναι λιγότερο σημαντικά», συμπληρώνει ο Tadin «Αλλά πολλές φορές νομίζω ότι είναι ο πιο σωστός τρόπος διαχείρισης των πληροφοριών». Αν βρίσκεστε σε ένα θορυβώδες δωμάτιο μπορείτε να υψώσετε τη φωνή σας για να ακουστείτε ή μπορείτε να φροντίσετε να εξαλειφθούν οι άλλοι θόρυβοι.
Τα ευρήματα του Halassa δείχνουν ότι ο εγκέφαλος βάζει στην άκρη εξωτερικά ερεθίσματα νωρίτερα από το αναμενόμενο. «Αυτό που είναι ενδιαφέρον» λέει ο Ian Fiebelkorn, γνωστικός νευροεπιστήμονας στο Πρίνστον, είναι ότι «το φιλτράρισμα ξεκινά από αυτό το πρώτο βήμα, πριν καν οι πληροφορίες φτάσουν στον οπτικό φλοιό».
Υπάρχει όμως μια προφανής αδυναμία στη στρατηγική του εγκεφάλου να ξεσκαρτάρει την αισθητηριακή πληροφόρηση με αυτόν τον τρόπο, και συγκεκριμένα ο κίνδυνος ότι οι απορριφθείσες πληροφορίες μπορεί να είναι απροσδόκητα σημαντικές. Το έργο του Fiebelkorn δείχνει ότι ο εγκέφαλος έχει έναν τρόπο να αντισταθμίσει αυτούς τους κινδύνους.
Εξηγεί: «Όταν οι άνθρωποι σκέφτονται τον “φανο ” της προσοχής, τον έχουν στο μυαλό τους ως μια σταθερή, συνεχής ακτίνα η οποία φωτίζει το πού ένα ζώο πρέπει να κατευθύνει την αντιληπτική του ικανότητα. Αλλά η έρευνά μου είναι ότι αυτό δεν είναι αλήθεια, αντιθέτως, φαίνεται ότι ο “φανος ” αναβοσβήνει».
Σύμφωνα με τα ευρήματά του, το επίκεντρο του εστιακού φωτός φαίνεται να είναι σχετικά ασθενές περίπου τέσσερις φορές το δευτερόλεπτο, προφανώς για να αποτρέψει τα ζώα να παραμείνουν υπερβολικά επικεντρωμένα σε μια μοναδική τοποθεσία ή ερέθισμα στο περιβάλλον τους. Αυτή η πολύ σύντομη καταστολή του τι είναι σημαντικό δίνει έμμεσα ώθηση σε άλλα, περιφερειακά ερεθίσματα, δημιουργώντας μια ευκαιρία για τον εγκέφαλο να στρέψει την προσοχή του σε κάτι άλλο εάν είναι απαραίτητο. «Το μυαλό φαίνεται να είναι έτσι κατασκευασμένο ώστε να αποσπάται κατά περιόδους», λέει.
Ο Fiebelkorn και οι συνάδελφοί του, όπως και η ομάδα του Halassa, ερευνούν επίσης τις υποφλοιώδεις περιοχές για να εξηγήσουν αυτή την κατασκευή. Προς το παρόν, έχουν μελετήσει το ρόλο ενός ακόμα τμήματος του υποθαλάμου αλλά σχεδιάζουν να εξετάσουν στο μέλλον και τα βασικά γάγγλια.
Αυτές οι μελέτες σηματοδοτούν μια σημαντική μετατόπιση το επίκεντρο των ερευνών. Οι μηχανισμοί που αφορούσαν την προσοχή κάποτε θεωρούνταν αποκλειστικό ζήτημα του φλοιού. Σύμφωνα με τον Krauzlis, νευροεπιστήμονα στο National Eye Institute των National Institutes of Health του Μέριλαντ τα τελευταία πέντε χρόνια ««έχει γίνει λίγο πιο προφανές ότι υπάρχουν πράγματα που συντελούνται κάτω από τον φλοιό».
«Οι περισσότεροι άνθρωποι θέλουν ο εγκεφαλικός φλοιός να κάνει όλη τη βαριά δουλειά για εμάς και δεν νομίζω ότι αυτό είναι ρεαλιστικό», λέει ο John Maunsell, νευροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου.
Στην πραγματικότητα, η ανακάλυψη του Halassa για το ρόλο της βασικών γαγγλίων στην προσοχή είναι ιδιαίτερα συναρπαστική. Αυτό συμβαίνει εν μέρει επειδή είναι μια τόσο αρχαία περιοχή του εγκεφάλου, η οποία δεν θεωρείται συνήθως μέρος της επιλεκτικής προσοχής.
Ο Halassa ενδιαφέρεται ιδιαίτερα για το τι μπορεί να αποκαλύψει τη σχέση μεταξύ της προσοχής και των βασικών γαγγλίων σχετικά με καταστάσεις όπως η διαταραχή ελλειμματικής προσοχής και ο αυτισμός, οι οποίες συχνά εκδηλώνονται ως υπερευαισθησία σε ορισμένα είδη ερεθισμάτων.
Αλλά ίσως το πιο ενδιαφέρον σημείο για τη συμμετοχή των βασικών γαγγλίων είναι ότι η αυτή η εγκεφαλική δομή συνήθως συνδέεται με τον κινητικό έλεγχο, αν και οι έρευνες όλο και περισσότερο τα εμπλέκουν στη μάθηση που βασίζεται στη ανταμοιβή, στη λήψη αποφάσεων και σε άλλες συμπεριφορές βασισμένες στο κίνητρο.
Με το έργο που γίνεται στο εργαστήριο του Halassa, ο ρόλος των βασικών γαγγλίων έχει επεκταθεί τώρα και περιλαμβάνει τον αισθητηριακό έλεγχο. Αυτό αναδεικνύει το γεγονός ότι «η προσοχή είναι στην πραγματικότητα η δυνατότητα για αλληλουχία με τη σωστή σειρά και η φροντίδα να μην παρασυρόμαστε από πράγματα που δεν πρέπει να μας αποσπούν την προσοχή», λέει ο Maunsell.
«Η ιδέα ότι οι κινητικές δομές εμπλέκονται σε αυτό είναι σωστή κατά μία έννοια- ποια είναι αυτή; ότι θα πρέπει να βρίσκονται ακριβώς στο επίκεντρο της διαδικασίας λήψης αποφάσεων για το τι θα ακολουθήσει στη συνέχεια, σε τι θα εστιάσουμε τους αισθητηριακούς πόρους μας».
Αυτό είναι σύμφωνο με μια ενεργητική άποψη της προσοχής και της γνώσης στο σύνολό της ως διαδικασιών που βασίζονται σε αυτό που είναι γνωστό ως ενεργό συμπέρασμα. Ο εγκέφαλος δεν δειγματίζει απλώς παθητικά πληροφορίες από το περιβάλλον και στη συνέχεια απαντά στα παρατηρούμενα εξωτερικά ερεθίσματα.
Το αντίστροφο συμβαίνει επίσης, δηλαδή κινήσεις σώματος τόσο μικρές όσο το τρεμόπαιγμα ενός ματιού καθοδηγούν επίσης την αντίληψη. Τα αισθητηριακά και τα κινητικά συστήματα «δεν λειτουργούν ανεξάρτητα και εξελίχθηκαν μαζί», λέει ο Fiebelkorn. Και έτσι οι κινητικές περιοχές του εγκεφάλου δεν βοηθούν μόνο στη διαμόρφωση του τελικού αποτελέσματος (συμπεριφορά ενός ζώου) αλλά συμβάλλουν επίσης στη διαμόρφωση των δεδομένων που λαμβάνουμε.
«Η αντίληψη εξυπηρετεί τη πράξη, διότι πρέπει να αναπαραστήσουμε τον κόσμο για να κινηθούμε πράττοντας μέσα σε αυτόν», λέει η Heleen Slagter, γνωστικη επιστήμονας στο Πανεπιστήμιο VU του Άμστερνταμ. «Ο τρόπος με τον οποίο μαθαίνουμε να αντιλαμβανόμαστε τον κόσμο γύρω μας συνδέεται με τις πράξεις». Το υψηλό επίπεδο διάδρασης με τον φλοιό δείχνει ότι, ακόμη και πέρα από την προσοχή, «αυτές οι υποφλειώδεις δομές διαδραματίζουν πολύ σημαντικότερο ρόλο στη γνωστική λειτουργία ανώτερης τάξης από ότι συχνά θεωρείται».
Και αυτό, με τη σειρά του, θα μπορούσε να δώσει ενδείξεις για το πώς να σκεφτούμε για τη συνείδηση, το πιο ανεξιχνίαστο κομμάτι της νευροεπιστήμης. Όπως αποδεικνύεται από τη μελέτη του Halassa και άλλες έρευνες, «όταν εξετάζουμε τις νευρικές συσχετίσεις της προσοχής, εξετάζουμε σε κάποιο βαθμό τις νευρικές συσχετίσεις της αντίληψης», εξηγεί ο Maunsell. «Είναι μέρος μιας ευρύτερης εικόνας, που αφορά την προσπάθεια μας να καταλάβουμε πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος».
Η Slagter μελετά τώρα τον ρόλο που μπορεί να διαδραματίσουν τα βασικά γάγγλια στη συνείδηση. «Βιώνουμε τον κόσμο όχι μόνο χρησιμοποιώντας το σώμα μας, αλλά εξ αιτίας του σώματος μας. Και οι εγκέφαλοι αναπαριστούν τον κόσμο ώστε οι πράξεις μας να έχουν νόημα μέσα σε αυτή την αναπαράσταση», λέει. «Ως εκ τούτου, θα ήθελα να πιστεύω ότι η συνειδητή εμπειρία πρέπει είναι στενά συνδεδεμένη με πραξεις», όπως και η προσοχή. «Η συνείδηση είναι άμεσα συνδεδεμένη με τα όσα πράττουμε».
