Når hjernen er under pres, begynder visse neurale signaler at svinge synkront – ligesom et velindstuderet orkester. En ny undersøgelse udført på Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) viser for første gang, hvor fleksibelt denne neurale synkronisering tilpasser sig forskellige situationer, og at denne dynamiske koordinering er tæt forbundet med kognitive evner.

“Specifikke signaler i hjernens midterste frontale område er bedre synkroniseret hos mennesker med højere kognitive evner – især i krævende faser af tænkning,” forklarer professor Anna-Lena Schubert fra Institut for Psykologi ved JGU, førsteforfatter til undersøgelsen, som for nylig blev offentliggjort i Journal of Experimental Psychology: General. Forskerne fokuserede på den midterste frontale del af hjernen og den målbare koordinering af såkaldte theta-bølger. Disse hjernebølger svinger mellem fire og otte hertz og er blandt de langsommere neurale frekvenser. “De har en tendens til at opstå, når hjernen er særligt udfordret, for eksempel når vi koncentrerer os, eller når vi bevidst skal kontrollere vores adfærd,” siger Schubert, som leder laboratoriet for analyse og modellering af komplekse data på JGU.

Mennesker med stærkere Theta-forbindelse i den midterste frontale region er ofte bedre i stand til at koncentrere sig på trods af forstyrrelser

De 148 deltagere i undersøgelsen, som var mellem 18 og 60 år, gennemførte først tests for at vurdere deres hukommelse og intelligens, før deres hjerneaktivitet blev registreret ved hjælp af elektroencefalografi (EEG). Denne procedure måler små elektriske signaler i hjernen ved hjælp af elektroder i hovedbunden og er en gennemprøvet teknik til at få præcis indsigt i kognitive processer. Under EEG-optagelsen gennemførte deltagerne tre mentalt krævende opgaver, der var designet til at vurdere kognitiv kontrol.

Forskerne var interesserede i deltagernes evne til at skifte fleksibelt mellem skiftende regler, hvilket er et væsentligt aspekt af intelligent informationsbehandling. For eksempel skulle deltagerne trykke på en knap for at afgøre, om et tal var lige eller ulige, og kort efter, om det var større end eller mindre end fem. Hver regelændring krævede en hurtig justering af de mentale strategier – en proces, der gjorde det muligt for forskerne nøje at observere koordineringen af netværk i hjernen i realtid.

Resultatet: Personer med højere kognitive evner viste særlig stærk synkronisering af theta-bølger på afgørende tidspunkter, især under beslutningstagning. Deres hjerner var bedre i stand til at fastholde fokuserede tanker, når det gjaldt. “Mennesker med stærkere theta-forbindelse i den midterste frontale region er ofte bedre til at koncentrere sig og blokere for distraktioner, uanset om det er en mobiltelefon, der vibrerer, mens de arbejder, eller om de forsøger at læse en bog på en travl togstation,” forklarer Schubert.

Undersøgelse giver vigtig indsigt i, hvordan intelligens fungerer på neuralt niveau

Professor Anna-Lena Schubert var især overrasket over, hvor tæt denne koordinering af hjernens rytmer er forbundet med kognitive evner. “Vi havde ikke forventet, at forbindelsen ville være så klar,” siger hun. Den afgørende faktor var ikke kontinuerlig synkronisering, men hjernens evne til at justere sin timing fleksibelt og kontekstuelt – som et orkester, der følger en erfaren dirigent. Den midtfrontale region slår ofte tonen an for denne koordinering, men den arbejder sammen med andre områder i hjernen. Denne midtfrontale theta-forbindelse ser ud til at være særlig relevant, når der træffes beslutninger, men ikke under mental forberedelse til nye opgaveregler.

Tidligere EEG-undersøgelser af kognitiv præstation har for det meste undersøgt aktivitet i isolerede hjerneområder. I modsætning hertil tog denne undersøgelse en netværksbaseret tilgang og undersøgte, hvordan forskellige områder interagerer under flere opgaver for at identificere stabile, overordnede mønstre. Resultaterne viser, at individuelle forskelle i kognitiv præstation er relateret til hjernens dynamiske netværksadfærd. Ifølge forskerne er der stadig lang vej til potentielle anvendelser som f.eks. hjernebaserede træningsværktøjer eller diagnostik. Men undersøgelsen vil give et vigtigt grundlag for at forstå, hvordan intelligens fungerer på neuralt niveau. En opfølgende undersøgelse, hvortil der i øjeblikket rekrutteres deltagere på 40 år og derover fra Rhein-Main-regionen, vil undersøge, hvilke biologiske og kognitive faktorer der yderligere understøtter denne type effektiv hjernekoordination, og hvilken rolle andre kognitive evner som forarbejdningshastighed og arbejdshukommelse spiller.