Eγκέφαλος: Νέα επιστημονικά δεδομένα αμφισβητούν θεωρία 70 ετών για την εξέλιξή του

Τη δεκαετία του 1950 διατυπώθηκε η θεωρία ότι ο εγκέφαλος εξελίχθηκε σε διαδοχικά «στρώματα». Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, πρώτα αναπτύχθηκαν οι περιοχές που ελέγχουν τις βασικές λειτουργίες, στη συνέχεια ο «ερπετοειδής εγκέφαλος» που συνδέθηκε με τα συναισθήματα, και τέλος ο νεοφλοιός, υπεύθυνος για τη λογική και τις ανώτερες γνωστικές λειτουργίες.

Ωστόσο, τα νέα επιστημονικά δεδομένα δείχνουν ότι αυτή η εικόνα είναι υπερβολικά απλουστευμένη. «Δεν είναι αυτός ο τρόπος με τον οποίο θα προσέγγιζε το ζήτημα ένας εξελικτικός βιολόγος», εξηγεί ο Nabil Imam, επίκουρος καθηγητής στο Georgia Tech.

Πράγματι, η νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Science Advances, υποστηρίζει ότι η εξέλιξη του εγκεφάλου δεν βασίστηκε στην προσθήκη νέων δομών πάνω στις παλαιότερες, αλλά στην αναδιοργάνωση των ήδη υπαρχόντων νευρωνικών δικτύων. Με αυτόν τον τρόπο, διαφορετικές περιοχές προσαρμόστηκαν και αναπτύχθηκαν ανάλογα με τις ανάγκες επιβίωσης κάθε είδους.

Αν και τα νέα ευρήματα δεν αποδεικνύουν ότι η θεωρία του 1950 είναι απόλυτα λανθασμένη, σίγουρα δεν την υποστηρίζουν, προτείνοντας ένα διαφορετικό εξελικτικό μοντέλο.

Εγκέφαλος – Δύο διαφορετικά δίκτυα, δύο διαφορετικοί ρόλοι

Για να κατανοήσουν πώς εξελίχθηκε ο εγκέφαλος, οι ερευνητές δεν εξέτασαν μόνο το μέγεθος των επιμέρους περιοχών του. Μελέτησαν τον τρόπο με τον οποίο αυτές συνδέονται και συνεργάζονται μεταξύ τους σε διαφορετικά είδη θηλαστικών.

Διαπίστωσαν ότι ο νεοφλοιός και το λεγόμενο λιμβικό σύστημα, δεν αποτελούν δύο ανεξάρτητα ή διαδοχικά «στρώματα», αλλά δύο διαφορετικά δίκτυα που εξυπηρετούν διαφορετικές λειτουργίες.

Ο νεοφλοιός οργανώνει κυρίως πληροφορίες που σχετίζονται με τον χώρο, όπως η όραση, η ακοή και η αφή. Το λιμβικό σύστημα από την άλλη, επεξεργάζεται πληροφορίες που σχετίζονται με τη μνήμη, την όσφρηση, τον προσανατολισμό και τη συναισθηματική επεξεργασία.

Εγκέφαλος: Γιατί η εξέλιξη τον αναγκάζει να κάνει συμβιβασμούς

Η μελέτη δείχνει ότι η εξέλιξη του εγκεφάλου υπόκειται σε έναν βασικό περιορισμό. Ο διαθέσιμος χώρος στο κρανίο είναι συγκεκριμένος και η κατανάλωση ενέργειας τεράστια.

Αυτό σημαίνει ότι είναι αδύνατο να αναπτύσσονται όλες οι περιοχές του στον ίδιο βαθμό. Όταν, για παράδειγμα, ένα είδος βασίζεται περισσότερο στην όραση, ενισχύονται τα αντίστοιχα νευρωνικά δίκτυα. Σε άλλη περίπτωση, όταν η όσφρηση ή η μνήμη είναι πιο σημαντικές για την επιβίωση, το βάρος πέφτει στις περιοχές που υποστηρίζουν αυτές τις λειτουργίες.

Η όσφρηση ή η όραση διαμόρφωσαν διαφορετικούς εγκεφάλους

Η ανάλυση 182 ειδών θηλαστικών έδειξε ξεκάθαρα αυτή τη διαφοροποίηση. Ο εννιαζωνικός αρμαντίλος, ο οποίος χρησιμοποιεί κυρίως την όσφρησή του για να επιβιώσει, διαθέτει ιδιαίτερα ανεπτυγμένο λιμβικό σύστημα. Ο δε σκίουρος-πίθηκος (μικρόσωμο είδος πιθήκου), ο οποίος βασίζεται κυρίως στην όραση, εμφανίζει πολύ μεγαλύτερο νεοφλοιό.

Τα ευρήματα αυτά ενισχύουν την άποψη ότι η εξέλιξη δεν ακολούθησε ένα κοινό «σχέδιο» για όλα τα είδη. Κάθε εγκέφαλος διαμορφώθηκε διαφορετικά, ανάλογα με τις απαιτήσεις του περιβάλλοντος στο οποίο εξελίχθηκε.

Τι έδειξαν τα πειράματα με την τεχνητή νοημοσύνη

Για να ελέγξουν αν αυτή η θεωρία ευσταθεί, οι ερευνητές δημιούργησαν διαφορετικά μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης με διαφορετική αρχιτεκτονική νευρωνικών δικτύων.

Διαπίστωσαν ότι ορισμένες δομές ήταν πιο αποτελεσματικές στην επεξεργασία εικόνων, ήχων και αφής, ενώ άλλες απέδιδαν καλύτερα στην αναγνώριση οσμών και στη δημιουργία σύνθετων αναμνήσεων.

Το εύρημα αυτό υποδηλώνει ότι η ίδια η αρχιτεκτονική των νευρωνικών κυκλωμάτων, επηρεάζει σημαντικά τον τρόπο με τον οποίο μαθαίνει και λειτουργεί ένας εγκέφαλος ή ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης.

Τι μπορεί να αλλάξει στην τεχνητή νοημοσύνη

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι τα συμπεράσματα της μελέτης θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν και στην ανάπτυξη νέων συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης.

Σήμερα τα περισσότερα μοντέλα εκπαιδεύονται κυρίως πάνω σε τεράστιους όγκους δεδομένων. Ο ανθρώπινος εγκέφαλος, όμως, δεν ξεκινά ως ένας «λευκός πίνακας». Από τη γέννηση διαθέτει μια προκαθορισμένη οργάνωση νευρωνικών κυκλωμάτων, η οποία καθοδηγεί τη μάθηση.

Οι επιστήμονες θεωρούν ότι η αξιοποίηση αυτής της αρχής θα μπορούσε να οδηγήσει σε συστήματα AI που θα μαθαίνουν ταχύτερα, θα χρειάζονται λιγότερα δεδομένα και θα λειτουργούν πιο αποδοτικά.

Πηγές
Science Advances – Dual computational systems in the development and evolution of mammalian brains
ScienceDaily – Why brain evolution is not a story of a «lizard brain» and a rational brain

Φωτογραφία: stock