Vad händer i våra hjärnor när vi planerar? Studie avslöjar hur mentala simuleringar förlitar sig på lagrade minnen

by Albert
planera

När vi tar en paus för att tänka efter innan vi fattar ett viktigt beslut kan vi föreställa oss de potentiella resultaten av olika val vi skulle kunna göra. Denna ”mentala simulering” är central för hur vi planerar och fattar beslut i vardagen, men hur hjärnan arbetar för att åstadkomma detta är inte väl förstått.

Ett internationellt team av forskare har nu upptäckt neurala mekanismer som används vid planering. Resultaten, som publiceras i tidskriften Nature Neuroscience, tyder på att ett samspel mellan hjärnans prefrontala cortex och hippocampus gör att vi kan föreställa oss framtida resultat för att vägleda våra beslut.

”Prefrontala cortex fungerar som en ’simulator’ som mentalt testar möjliga handlingar med hjälp av en kognitiv karta som lagras i hippocampus”, förklarar Marcelo Mattar, biträdande professor vid New York Universitys psykologiska institution och en av artikelförfattarna.

”Den här forskningen belyser de neurala och kognitiva mekanismerna för planering – en central komponent i både människors och djurs intelligens. En djupare förståelse av dessa hjärnmekanismer kan i slutändan förbättra behandlingen av störningar som påverkar förmågan att fatta beslut.”

Rollerna för både prefrontala cortex – som används vid planering och beslutsfattande – och hippocampus – som används vid minnesbildning och lagring – har länge varit etablerade. Deras specifika uppgifter vid deliberativt beslutsfattande, dvs. de typer av beslut som kräver att vi tänker efter innan vi agerar, är dock mindre tydliga.

För att belysa de neurala mekanismerna för planering utvecklade Mattar och hans kollegor – Christopher Jensen, en beräkningsneurovetare vid University College London, och Guillaume Hennequin, professor i beräkningsneurovetenskap vid University of Cambridge – en beräkningsmodell för att förutsäga hjärnaktivitet under planering. De analyserade sedan data från både människor och laboratorieråttor för att bekräfta modellens giltighet – ett återkommande neuralt nätverk (RNN), som lär sig mönster baserat på inkommande information.

Modellen tog hänsyn till befintlig kunskap om planering och lade till nya lager av komplexitet, inklusive ”föreställda handlingar”, och fångade därmed hur beslutsfattande innebär att väga effekterna av potentiella val – i likhet med hur en schackspelare föreställer sig sekvenser av drag innan han förbinder sig till ett. Dessa mentala simuleringar av potentiella framtider, modellerade som interaktioner mellan prefrontala cortex och hippocampus, gör det möjligt för oss att snabbt anpassa oss till nya miljöer, till exempel att ta en omväg när vi upptäcker att en väg är blockerad.

Forskarna validerade denna beräkningsmodell med hjälp av både beteende- och nervdata. För att bedöma modellens förmåga att förutsäga beteende genomförde forskarna ett nytt experiment som mätte hur människor navigerade i en labyrint online på en datorskärm och hur länge de behövde tänka före varje steg.

För att validera modellens förutsägelser om hippocampus roll i planeringen analyserade de neurala inspelningar från gnagare som navigerade i en fysisk labyrint som konfigurerats på samma sätt som i det mänskliga experimentet. Genom att ge en liknande uppgift till människor och råttor kunde forskarna dra paralleller mellan beteende- och neuraldata – en särskilt innovativ aspekt av denna forskning.

De experimentella resultaten överensstämde med beräkningsmodellen och visade på ett intrikat samspel mellan prefrontala cortex och hippocampus. I experimenten med människor återspeglade deltagarnas hjärnaktivitet att de ägnade mer tid åt att tänka innan de agerade när de navigerade genom labyrinten. I experimenten med laboratorieråttor liknade djurens neurala reaktioner när de rörde sig genom labyrinten modellens simuleringar.

”Sammantaget ger detta arbete grundläggande kunskap om hur dessa hjärnkretsar gör det möjligt för oss att tänka innan vi agerar för att fatta bättre beslut”, säger Mattar. ”Dessutom erbjuder en metod där både mänskliga och animaliska försöksdeltagare och RNNs alla tränades att utföra samma uppgift ett innovativt och grundläggande sätt att få insikter i beteenden.”

Ytterligare information: A recurrent network model of planning explains hippocampal replay and human behavior, Nature Neuroscience (2024). DOI: 10.1038/s41593-024-01675-7

Related Articles

Leave a Comment