Mgr Kamil Bonna Nauki ścisłe

Mózg nas karze i nagradza

— Żaneta Kopczyńska
udostępnij na facebook udostępnij na twitterze udostępnij na linkedin wyślij mailem wydrukuj
Mgr Kamil Bonna
fot. Andrzej Romański

W procesie uczenia się dla jednych ważniejsza jest czekająca na nich nagroda, innych zaś mobilizuje chęć uniknięcia potencjalnej kary. Kamil Bonna bada, jak sygnały kary i nagrody są konstruowane przez mózg, oraz jaki mają wpływ na podejmowane przez nas decyzje.

Mózg jest niebywale złożoną siecią obszarów wzajemnie ze sobą połączonych i nieustannie się komunikujących. To właśnie ta sieć i procesy w niej zachodzące umożliwiają nam codzienne podejmowanie, nawet najbardziej - zdawać by się mogło - błahych, decyzji, analizowanie ich konsekwencji oraz wyciąganie wniosków.

Poziom złożoności tych mechanizmów jest tak duży, że ciężko jest je badać z wykorzystaniem podstawowych metod analizy danych neuroobrazowych. Pomaga w tym całkiem nowa dziedzina nauki -  konektomika, koncentrująca się na badaniach złożonej sieci połączeń w ludzkim mózgu z wykorzystaniem algorytmów matematycznych.

- Jednym z najbardziej zdumiewających odkryć współczesnej neuronauki było powiązanie aktywności neuronów uwalniających dopaminę z tzw. błędem predykcji, czyli sygnałem sterującym procesami uczenia – tłumaczy mgr Kamil Bonna z Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej.

Obraz mózgu uzyskany dzięki funkcjonalnemu rezonansowi magnetycznemu (fMRI) fot. Andrzej Romański

 

Na gruncie tego odkrycia powstało wiele badań wykorzystujących nowoczesne techniki neuroobrazowania, np. funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI). Mimo dynamicznego rozwoju dziedziny wiele kluczowych zagadnień wciąż pozostaje nierozwiązanych. Jednym z nich jest zagadnienie uczenia w sytuacji unikania kary (ang. punishment-avoidance learning ).

- Mówiąc krótko: według części badaczy za wzmacnianie pożądanych i wygaszanie niepożądanych działań odpowiadają odrębne obszary mózgu, tworzące wspólnie sieć nagrody. Podejście to nazywane jest "hipotezą dwóch systemów" – tłumaczy Bonna. - Drugim nierozwiązanym problemem pozostaje interpretacja sytuacji unikania kary. Według hipotezy relatywnej skali użyteczności, z sytuacją uniknięcia kary związane jest poczucie ulgi. To właśnie to uczucie może działać w sposób nagradzający. W ten sposób mózg zyskuje możliwość stosowania podobnych mechanizmów uczenia w sytuacji dążenia do nagrody i unikania kary.

Kamil Bonna zagadnieniom tym postanowił przyjrzeć się w swojej pracy doktorskiej – szczególny nacisk kładzie na rozróżnienie pomiędzy obiektywnym a względnym odbiorem wartości nagród i kar, które mogą być uzależnione od kontekstu eksperymentalnego.

Rozróżnienie to umożliwi lepsze zrozumienie sposobu, w jaki mózg dynamicznie konstruuje sygnał nagrody i kary oraz w jaki sposób sygnał ten jest wykorzystywany w procesach uczenia – tłumaczy Bonna. – Uściślając jeszcze bardziej, badania prowadzone w moim projekcie doktorskim stanowią syntezę dwóch bardzo młodych i dynamicznie rozwijających się obszarów nauki – konektomiki, która bada, w jaki sposób obszary mózgu komunikują się ze sobą w trakcie procesów poznawczych oraz neuroekonomii badającej, w jaki sposób mózg realizuje procesy podejmowania decyzji. Połączenie tych dwóch obszarów jest kluczowe dla rozwoju naszego zrozumienia procesów uczenia.

Chcąc odpowiedzieć na tak postawione pytania, naukowiec przeprowadził badanie z użyciem skanera fMRI. Wzięły w nim udział 33 zdrowe osoby. Ochotnicy mieli do wykonania zadania angażujące uczenie metodą prób i błędów w kontekście zysku i straty. Skuteczne wykonanie zadania wymagało ciągłego monitorowania efektów podejmowanych przez nich decyzji – co dwie sekundy zbierano obrazy ich mózgów, sprawdzając które obszary są bardziej, a które mniej zaangażowane w cały proces.

Kolejnym etapem pracy nad rozprawą doktorską oraz rozwikłaniem zagadnienia będzie analiza zebranych danych neuroobrazowych. Kamil Bonna planuje w tym zakresie współpracę z cenioną grupą badawczą Reward and Homeostasis pod opieką dr Olivera Hulme podczas stażu w Danish Research Center for Magnetic Resonance w Kopenhadze.

Celem analizy zebranych danych behawioralnych i neuroobrazowych jest zlokalizowanie obszarów w mózgu odpowiedzialnych za przetwarzanie i wysyłanie błędów predykcji oraz określenie, w jaki sposób kontekst eksperymentalny wpływa na komunikację między nimi – wyjaśnia Bonna.

Kamil Bonna ma nadzieję, że wyniki jego badań będą mogły przyczynić się do głębszego zrozumienia mechanizmów uzależnienia, zmian zachowania w okresie dojrzewania oraz chorób neurodegeneracyjnych atakujących neurony dopaminergiczne, np. takich jak choroba Parkinsona.

Kamil Bonna, absolwent Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej na UMK. Pod kierunkiem prof. dr. hab. Włodzisława Ducha napisał i obronił pracę magisterską dotyczącą generatywnych modeli sieci funkcjonalnych w ludzkim mózgu. Obecnie student Interdyscyplinarnych Studiów Doktoranckich Nauk Fizycznych UMK na kierunku biofizyka. We współpracy z Interdyscyplinarnym Centrum Nowoczesnych Technologii prowadzi badania z wykorzystaniem funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Jest zaangażowany w analizę danych fMRI w projektach dotyczących neuroplastycznych zmian wywołanych treningiem poznawczym oraz neuronalnych korelatów świadomości. Jego zainteresowania naukowe koncentrują się wokół neuroekonomii i konektomiki. Współautor publikacji o zasięgu międzynarodowym oraz beneficjent stypendium dla najlepszych doktorantów UMK. Do jego głównych zadań w projekcie należą: projektowanie zadania poznawczego do sekwencji funkcjonalnej w badaniu fMRI i analiza danych neuroobrazowych. Prywatnie tańczy popping, interesuje się kulturą hip-hop i kinematografią. Uwielbia gotować i zawsze stara się propagować zdrowy styl życia.

udostępnij na facebook udostępnij na twitterze udostępnij na linkedin wyślij mailem wydrukuj

Powiązane artykuły

Dynamiczny i elastyczny mózg

Przez nos do mózgu. Koronawirus a układ nerwowy


Pandemia a psychika. Ruszyły międzynarodowe badania

Na stronach internetowych Uniwersytetu Mikołaja Kopernika są stosowane pliki „cookies” zgodnie z Polityką prywatności.