Kiedy mózg znajduje się pod presją, niektóre sygnały neuronowe zaczynają oscylować synchronicznie – podobnie jak dobrze wyćwiczona orkiestra. Nowe badanie przeprowadzone na Uniwersytecie Johannesa Gutenberga w Moguncji (JGU) po raz pierwszy pokazuje, jak elastycznie ta synchronizacja neuronalna dostosowuje się do różnych sytuacji i że ta dynamiczna koordynacja jest ściśle związana ze zdolnościami poznawczymi.

„Specyficzne sygnały w środkowym obszarze czołowym mózgu są lepiej zsynchronizowane u osób o wyższych zdolnościach poznawczych – szczególnie podczas wymagających faz myślenia” – wyjaśnia profesor Anna-Lena Schubert z Instytutu Psychologii na JGU, pierwsza autorka badania, które zostało niedawno opublikowane w Journal of Experimental Psychology: General. Naukowcy skupili się na środkowym obszarze czołowym mózgu i mierzalnej koordynacji tak zwanych fal theta. Te fale mózgowe oscylują między czterema a ośmioma hercami i należą do wolniejszych częstotliwości neuronowych. „Mają one tendencję do występowania, gdy mózg jest szczególnie obciążony, na przykład gdy się koncentrujemy lub gdy musimy świadomie kontrolować nasze zachowanie” – mówi Schubert, który kieruje Laboratorium Analizy i Modelowania Złożonych Danych na JGU.

Osoby z silniejszą łącznością theta w środkowym obszarze czołowym są często w stanie lepiej się skoncentrować pomimo zakłóceń.

148 uczestników badania, w wieku od 18 do 60 lat, najpierw wypełniło testy oceniające ich pamięć i inteligencję, zanim ich aktywność mózgu została zarejestrowana za pomocą elektroencefalografii (EEG). Procedura ta mierzy drobne sygnały elektryczne w mózgu za pomocą elektrod przymocowanych do skóry głowy i jest sprawdzoną techniką uzyskiwania dokładnego wglądu w procesy poznawcze. Podczas rejestracji EEG uczestnicy wykonali trzy wymagające umysłowo zadania mające na celu ocenę kontroli poznawczej.

Badacze byli zainteresowani zdolnością uczestników do elastycznego przełączania się między zmieniającymi się zasadami, co jest istotnym aspektem inteligentnego przetwarzania informacji. Na przykład uczestnicy musieli nacisnąć przycisk, aby zdecydować, czy liczba jest parzysta czy nieparzysta, a wkrótce potem, czy jest większa czy mniejsza niż pięć. Każda zmiana reguły wymagała szybkiego dostosowania strategii umysłowych – proces ten pozwolił badaczom dokładnie obserwować koordynację sieci w mózgu w czasie rzeczywistym.

Rezultat: osoby o wyższych zdolnościach poznawczych wykazywały szczególnie silną synchronizację fal theta w kluczowych momentach, zwłaszcza podczas podejmowania decyzji. Ich mózgi lepiej radziły sobie z utrzymaniem skupienia myśli, gdy miało to znaczenie. „Osoby z silniejszą łącznością theta w środkowym obszarze czołowym często lepiej koncentrują się i blokują czynniki rozpraszające, niezależnie od tego, czy jest to telefon komórkowy wibrujący podczas pracy, czy próba czytania książki na zatłoczonym dworcu kolejowym” – wyjaśnił Schubert.

Badanie dostarcza ważnych informacji na temat działania inteligencji na poziomie neuronalnym

Profesor Anna-Lena Schubert była szczególnie zaskoczona tym, jak ściśle koordynacja rytmów mózgu jest powiązana ze zdolnościami poznawczymi. „Nie spodziewaliśmy się, że związek ten będzie tak wyraźny” – powiedziała. Decydującym czynnikiem nie była ciągła synchronizacja, ale zdolność mózgu do elastycznego i kontekstowego dostosowywania czasu – jak orkiestra podążająca za doświadczonym dyrygentem. Region śródczołowy często nadaje ton tej koordynacji, ale współpracuje z innymi obszarami mózgu. Ta śródczołowa łączność theta wydaje się być szczególnie istotna podczas podejmowania decyzji, ale nie podczas mentalnego przygotowania do nowych zasad zadania.

Poprzednie badania EEG dotyczące wydajności poznawczej w większości badały aktywność w izolowanych obszarach mózgu. W przeciwieństwie do tego, w tym badaniu przyjęto podejście oparte na sieci i zbadano, w jaki sposób różne obszary współdziałają podczas wielu zadań, aby zidentyfikować stabilne, nadrzędne wzorce. Wyniki pokazują, że indywidualne różnice w wydajności poznawczej są związane z dynamicznym zachowaniem sieci mózgu. Według naukowców potencjalne zastosowania, takie jak narzędzia szkoleniowe lub diagnostyczne oparte na mózgu, są wciąż odległe. Jednak badanie to dostarczy ważnych podstaw do zrozumienia, w jaki sposób inteligencja działa na poziomie neuronalnym. Badanie uzupełniające, do którego obecnie rekrutowani są uczestnicy w wieku 40 lat i starsi z regionu Ren-Men, zbada, które czynniki biologiczne i poznawcze dodatkowo wspierają ten rodzaj skutecznej koordynacji mózgu i jaką rolę odgrywają inne zdolności poznawcze, takie jak szybkość przetwarzania i pamięć robocza.