מאמר זה פורסם במקור ב- The Conversation. קרא את המאמר המקורי.
כיצד האדריכלות של המוח והנוירונים שלנו מאפשרת לכל אחד מאיתנו לבצע בחירות התנהגותיות אינדיבידואליות? מדענים השתמשו זה מכבר במטאפורה של הממשלה כדי להסביר כיצד לדעתם מערכות העצבים מאורגנות לקבלת החלטות. האם אנו שורשים דמוקרטיה, כמו אזרחי בריטניה שמצביעים בעד ברקסיט? דיקטטורה, כמו מנהיג צפון קוריאה שמורה על שיגור טילים? קבוצה של פלגים שמתמודדים על שליטה, כמו אלה שבצבא הטורקי? או משהו אחר?
בשנת 1890, הפסיכולוג ויליאם ג'יימס טען כי אצל כל אחד מאיתנו "[t] הנה ... תא אחד עצבי מרכזי או פונטיבי אליו קשורה התודעה שלנו." אולם בשנת 1941, פיזיולוג וחתן פרס נובל סר צ'ארלס שרינגטון טענו נגד הרעיון. של תא פופטי יחיד האחראי, ומציע כי מערכת העצבים היא "דמוקרטיה פי מיליון שכל אחת מהן היא תא". אז מי צדק?
מסיבות אתיות, לעתים נדירות אנו מוצדקים במעקב אחר תאים בודדים במוחם של אנשים בריאים. אך ניתן לחשוף את המנגנונים התאיים של המוח בקרב בעלי חיים רבים שאינם אנושיים. כשאני מספר בספרי "התנהגות שליטה", ניסויים חשפו מגוון של ארכיטקטורות לקבלת החלטות במערכות עצבים - מדיקטטורה, לאוליגרכיה, לדמוקרטיה.
עבור התנהגויות מסוימות, תא עצב בודד אכן פועל כדיקטטור, ומפעיל מערך שלם של תנועות דרך האותות החשמליים שבהם הוא משתמש בכדי לשלוח הודעות. (אנו הנוירוביולוגים קוראים לאותות אלה פוטנציאל פעולה או דוקרנים.) קח את הדוגמא של נגיעה בסרט בזנב; קפיץ בודד בנוירון הענק לרוחב מעורר כפכף זנב מהיר שמכפף את החיה כלפי מעלה, מתוך סכנה פוטנציאלית. תנועות אלה מתחילות תוך כמאה משנייה מהנגיעה.
הסרטנים נמלטים בזכות "נוירון הדיקטטור" שלו. כל תמונה נמשכת 10 מאיות השנייה. (ג'נס הרברולץ ואביגיל שדג, אוניברסיטת מרילנד, קולג 'פארק) באופן דומה, דוקרן יחיד בנוירון הענק של מאוטנר במוחו של דג מעורר תנועת בריחה שמסב את הדגים במהירות מאיום כדי שיוכל לשחות למקום מבטחים. (זהו ה"נוירון הפיקודי "המאושר היחיד בחוליות.)
כל אחד מ"נוירוני הדיקטטור "הללו גדול באופן יוצא דופן - במיוחד האקסון שלו, החלק הארוך והצר של התא שמעביר קוצים לאורך מרחקים ארוכים. כל נוירון דיקטטורי יושב בראש היררכיה, משלב אותות מנוירונים חושיים רבים ומעביר את הוראותיו למערך גדול של נוירונים כפופים שבעצמם גורמים להתכווצויות שרירים.
דיקטטורות סלולריות כאלה נפוצות לתנועות בריחה, בעיקר בחסדי חוליות. הם גם שולטים בסוגים אחרים של תנועות זהות בעיקרון בכל פעם שהם מתרחשים, כולל ציוץ קריקט.
אבל תאי הדיקטטור האלה הם לא כל הסיפור. סרטנים יכולים להפעיל גם זנב הפוך בדרך אחרת - באמצעות מערכת נוירונים קטנה אחרת הפועלת למעשה כ אוליגרכיה.
בריחות "לא ענקיות" אלה דומות מאוד לאלה המופעלות על ידי נוירונים ענקיים, אך מתחילות מעט מאוחר יותר ומאפשרות גמישות רבה יותר בפרטים. לפיכך, כאשר סרטנים מודעים לכך שהוא בסכנה ויש לו יותר זמן להגיב, הוא בדרך כלל משתמש באוליגרכיה במקום הדיקטטור שלה.
באופן דומה, גם אם נוירון מאוטנר של דגים נהרג, החיה עדיין יכולה לברוח ממצבים מסוכנים. זה יכול לבצע במהירות תנועות מילוט דומות באמצעות קבוצה קטנה של נוירונים אחרים, אם כי פעולות אלה מתחילות מעט מאוחר יותר.
יתירות זו הגיונית: יהיה זה מאוד מסוכן לסמוך על בריחה מטורף אל נוירון בודד, ללא פגיעה בגיבוי או תקלה של אותו נוירון אז תהיה סכנת חיים. כך שהאבולוציה סיפקה מספר דרכים ליזום בריחה.
לייקס עורכים בחירות נוירונים לפני שנרתעים ממגעכם. (Vitalii Hulai / iStock) אוליגרכיות נוירוניות עשויות גם לתווך את התפיסות שלנו ברמה הגבוהה ביותר, למשל כאשר אנו מכירים פנים אנושיות. עם זאת, עבור התנהגויות רבות אחרות, מערכות עצבים מקבלות החלטות דרך משהו כמו "הדמוקרטיה פי מיליון" של שרינגטון.
לדוגמא, כאשר קוף מושיט את זרועו, נוירונים רבים בקליפת המוח המוחית שלו מייצרים קוצים. כל נוירון דוקר לתנועות בכיוונים רבים, אך לכל אחד כיוון מסוים מסוים שהופך אותו לדוקרני ביותר.
החוקרים שיערו כי כל נוירון תורם לכל היקפים במידה מסוימת, אך מרגיז את המקסימום בשביל להגיע אליו הוא תורם לרוב. כדי להבין זאת, הם עקבו אחר נוירונים רבים ועשו קצת מתמטיקה.
החוקרים מדדו את קצב הדוקרנים במספר נוירונים כאשר קוף הושיט לעבר מספר יעדים. ואז, עבור מטרה יחידה, הם ייצגו כל נוירון על ידי וקטור - הזווית שלו מצביעה על כיוון ההגעה העדיף של הנוירון (כשהוא דוקר ביותר) והאורך מציין את קצב הדוקר היחסי שלו עבור יעד ספציפי זה. הם סיכמו באופן מתמטי את השפעותיהם (ממוצע וקטורי משוקלל) ויכלו לחזות באופן אמין את התוצאה התנועתית של כל ההודעות שהנוירונים העבירו.
זה כמו בחירות עצביות בהן חלק מהנוירונים מצביעים לעיתים קרובות יותר מאחרים. דוגמה מוצגת באיור. הקווים הסגולים החיוורים מייצגים את קולות התנועה של נוירונים בודדים. הקו הכתום ("וקטור האוכלוסייה") מציין את כיווןם המסוים. הקו הצהוב מציין את כיוון התנועה בפועל, הדומה למדי לתחזית של וקטור האוכלוסייה. החוקרים כינו אוכלוסייה זו קידוד.
עבור כמה בעלי חיים והתנהגויות, ניתן לבדוק את גרסת מערכת העצבים לדמוקרטיה על ידי הפרעה בבחירות. לדוגמה, קופים (ואנשים) מבצעים תנועות המכונות "סאקדות" כדי להעביר במהירות את העיניים מנקודת קיבוע אחת לאחרת. סוכריות מופעלות על ידי נוירונים בחלק המוח הנקרא colliculus superior. כמו בקוף שמוצג בדוגמה לעיל, נוירונים אלה דופקים כל אחד למגוון רחב של סוכריות אך מתרגלים הכי הרבה לכיוון ולמרחק אחד. אם מורדמים הרדמה של חלק אחד מהקוליקול העילאי - ביטול הזיכיון של קבוצה מסוימת של מצביעים - כל הסקסדות מתרחקות מהכיוון והמרחק שהעדיפו הבוחרים הדוממים כעת. הבחירות נקבעו כעת.
מניפולציה חד-תאית הדגימה כי עלוקות גם מקיימות בחירות. לייקים מכופפים את גופם ממגע לעורם. התנועה נובעת מההשפעות הקולקטיביות של מספר מצומצם של נוירונים, שחלקם הצביעו בעד התוצאה שהתקבלה וחלקם הצביעו אחרת (אך לא הוצמדו).
הפרעה של "בחירות" של תנועת עלוקה. משמאל: החוקרים נגעו בעור החיה במקום שהצביע על ידי החץ. כל קו אחיד הוא הכיוון שהעלוקה התכופפה ממגע זה במשפט אחד. אמצע: גירוי חשמלי לנוירון חושי אחר גרם לעלוקה להתכופף לכיוון אחר. מימין: חוקרים נגעו בעור והמריצו את הנוירון בו זמנית והעלוקה התכופפה לכיווני ביניים. (הודפס מחדש באישור של הוצאת מקמילן בע"מ: JE Lewis ו- WB Kristan, Nature 391: 76-79, זכויות יוצרים 1998) אם נוגעת בכריעה בחלקה העליון, היא נוטה להתכופף מהמגע הזה. אם נוירון שמגיב בדרך כלל לנגיעות בתחתית מגורה באופן חשמלי במקום זה, העלוקה נוטה להתכופף בכיוון ההפוך (הלוח האמצעי של הדמות). אם מגע זה והגירוי החשמלי הזה מתרחשים במקביל, העלוקה מתכופפת למעשה לכיוון ביניים (הלוח הימני של הדמות).
תוצאה זו אינה אופטימלית עבור אף גירוי אינדיבידואלי, אך היא בכל זאת תוצאת הבחירות, מעין פשרה בין שני קצוות. זה כמו כשמפלגה פוליטית מתכנסת בכנס כדי להקים במה. אם לוקחים בחשבון את מה שהאגפים השונים של המפלגה רוצים יכולים להביא לפשרה אי שם באמצע.
הוכחו מספר דוגמאות נוספות לדמוקרטיות עצביות. הדמוקרטיות קובעות את מה שאנחנו רואים, שומעים, מרגישים ומריחים, מצרצפים וזבובי פרי לבני אדם. לדוגמה, אנו קולטים צבעים באמצעות הצבעה פרופורציונלית של שלושה סוגים של קולטני פוטו שכל אחד מהם מגיב בצורה הטובה ביותר לאורכי גל שונים של אור, כפי שהציע הפיזיקאי והרופא תומאס יאנג בשנת 1802. אחד היתרונות של דמוקרטיות נוירוניות הוא השונות בנוירון יחיד. ההצבעה ממוצעת בממוצע, כך שתפיסות ותנועות מדויקות יותר מאשר אם היו תלויים בנוירון אחד או מעט. כמו כן, אם נוירונים מסוימים נפגעים, רבים אחרים נותרו לרפות.
לעומת זאת, בניגוד למדינות, מערכות עצבים יכולות ליישם צורות ממשל מרובות בו זמנית. דיקטטורה עצבית יכולה להתקיים יחד עם אוליגרכיה או דמוקרטיה. הרודן, הפועל בצורה המהירה ביותר, עלול לעורר התחלת התנהגות בעוד נוירונים אחרים מכווננים את התנועות שבאות בעקבותיו. לא צריך להיות צורת ממשל אחת כל עוד ההשלכות ההתנהגותיות מגבירות את ההסתברות להישרדות ולהתרבות.
