hur och varför tänker och agerar människor på de sätt vi gör? För att svara på denna fråga har Dr Paul Badcock och hans kollegor nyligen föreslagit en teori om den mänskliga hjärnan som kombinerar bevis från evolutionär och utvecklingspsykologi, neurovetenskap och biologi. Denna teori innebär att den mänskliga hjärnan är ett komplext adaptivt system, som består av relativt specialiserade och domän-allmänna strukturer som arbetar i tandem för att generera adaptiva svar på miljön. Förmodligen leder deras hierarkiskt mekanistiska sinne (HMM) modell oss närmare en omfattande förståelse av hjärnan.

lusten att förstå den största gåtan av alla-våra egna sinnen – har varit drivkraften bakom många vetenskapliga ansträngningar, vilket leder till utveckling av teorier och experiment som syftar till att förklara mekaniken att vara mänsklig. Mänskliga tankar, känslor och beteenden är rotade i hjärnan, där ett komplext nätverk av celler tar emot information från den inre och yttre miljön och omvandlar denna information till vår upplevelse av oss själva, världen omkring oss och våra relationer med den. Det säger sig självt att hur detta händer fortfarande utforskas.

i förhållande till de tidigare har det 21: a århundradet vittnat om enorma framsteg i vår förståelse av hjärnan. Forskning pågår naturligtvis fortfarande, om än nu mer ekumenisk än någonsin – för samman områden som länge har delats. I framkant av framsteg inom syntetisk, tvärvetenskaplig forskning har gruppen ledd av Dr Paul Badcock nyligen föreslagit en modell av hjärnan som syntetiserar stora paradigmer från psykologi, neurovetenskap och biologi för att förklara varför och hur vi tänker och agerar på de sätt vi gör.

deras hypotes, kallad det hierarkiskt mekanistiska sinnet (HMM), kombinerar två etablerade påståenden. Det första påståendet, formulerat av Dr Badcocks kollega, Professor Karl Friston, postulerar att den mänskliga hjärnan är en hierarkisk ’prediktionsmaskin’ som strävar efter att förbättra sin världsmodell genom att generera adaptiva cykler av uppfattning och handling som fungerar synergistiskt för att minska vår osäkerhet om miljön. Det andra påståendet, baserat på Tinbergens berömda fyra frågor i etologi, föreslår att för att förstå mänskliga tankar och beteenden måste hypoteser utvecklas och testas över flera analysnivåer inom psykologisk vetenskap. Med andra ord bör forskare som försöker förklara psykologiska egenskaper sträva efter att förstå varför ett visst drag kan vara adaptivt, tillsammans med hur det framgår av det dynamiska samspelet mellan evolutionära, utvecklings-och realtidsmekanistiska processer.

hur hjärnan är kopplad
hmm bygger på tanken att hjärnan består av distinkta komponenter som har olika funktioner och som utbyter information på ett hierarkiskt, integrerat sätt. Till exempel finns det delar av hjärnan som är ansvariga för att bearbeta sensoriska stimuli och kontrollera vissa typer av rörelser, medan andra delar av hjärnan, som prefrontal cortex, integrerar och agerar på information som behandlas någon annanstans för att generera verkställande beslut. Mindre, mer specialiserade element inkapslas i större element för kombinerad funktionalitet, som verkar i en slags hierarki som skapar beroenden mellan strukturer. Denna arkitektur kännetecknas av två typer av bearbetning: specialiserad funktionell bearbetning som sker över ett kort avstånd, inom en tät, fokuserad neuralregion; kombinerat med en global, funktionell integration som sker över längre avstånd mellan strukturer. Med andra ord bestäms våra tankar, känslor och handlingar av den komplexa, långväga integrationen av lokaliserade processer, som skapas av specialiserade populationer av celler kopplade till andra regioner som var och en utför olika funktioner.

bevis för denna arkitektur
tanken att hjärnan är byggd av distinkta men samverkande komponenter har länge erkänts och stöds av omfattande empiriskt stöd. Rapporter som sammanfattar resultaten av neuroimaging-data har gett tydligt stöd för kontinuumet mellan domänspecifika och domän-allmänna processer i hjärnan, vilket visar att enskilda neurala regioner utför olika funktioner och interagerar med olika regioner i olika sammanhang, beroende på kraven på uppgiften. Ytterligare forskning har visat att ett neuralt nätverk kan representeras som en samling noder och kanter, som står för hjärnstrukturer och deras anslutningar. Strukturella och funktionella anslutningsstudier har funnit att varje hjärnstruktur utgör en del av ett distinkt nätverk av hierarkiska förbindelser med andra neurala strukturer, vilket gör att hjärnan kan optimera den känsliga balansen mellan lokal, specialiserad bearbetning och global hjärnfunktion. I synnerhet har djurstudier också visat att en hierarkisk struktur är ett karakteristiskt drag hos däggdjurshjärnan.

hur och varför tänker och agerar människor på de sätt vi gör?

hur hjärnan fungerar
det starkaste beviset till stöd för den föreslagna hjärnarkitekturen kommer från prediktiva kodningsmetoder inom neurovetenskap, tillsammans med studier baserade på grafteori i nätverks neurovetenskap. Detta ger en funktionell förklaring av hjärnans hierarkiska struktur. Mer specifikt föreslår det prediktiva kodningsparadigmet att hjärnan är en inferensmaskin, som försöker förbättra sina förutsägelser om världen genom att minska skillnaderna mellan vad den förväntar sig och vad den upplever. Enligt detta perspektiv förkroppsligar hjärnan bokstavligen en hierarki av hypoteser om världen baserat på evolutionära imperativ och erfarenhetsmässiga, lärda observationer, som tros vara kodade av specialiserade, djupa pyramidala celler. Hjärnan innehåller också information om prediktionsfel, kodade av ytliga pyramidala celler, som används för att revidera förväntningarna på ett bottom-up-sätt. Det relativa inflytandet av fallande förutsägelser kontra stigande felsignaler finjusteras av deras ’precision’, som uppstår från kognitiva processer som uppmärksamhetsval och sensorisk dämpning som säkerställer att individer inte ständigt registrerar och svarar på alla stimuli de får.

hjärnans ursprung
den evolutionära systemteorin som hmm vilar på föreslår att hjärnan är ett komplext adaptivt system som har uppstått från påverkan av urval som verkar på dynamiken hos mänskliga fenotyper över olika tidsskalor. Primitiv, högspecialiserade regioner som upptar de lägsta skikten i den kortikala hierarkin har uppstått från påverkan av naturligt urval under evolutionär tid; epigenetiska influenser och kulturell utveckling formar neuraldynamik över generationer; individuella skillnader i neural form och funktion uppstår under utvecklingens gång; och olika mönster av kognition och beteende framträder från neurala mekanismer som svarar flexibelt på olika sammanhang. Å ena sidan, Detta innebär att hjärnan omfattar gamla, relativt ’domänspecifika’ regioner som återspeglar anpassningar canalized av naturligt urval; å andra sidan består det av relativt nya, mycket integrerade eller domängenerella nätverk som är mycket plastiska, känsliga för utvecklingsförändringar och gör det möjligt för oss att lära oss om och reagera flexibelt på våra ständigt föränderliga miljöer. På detta sätt fungerar evolution och utveckling tillsammans för att förfina våra neurokognitiva förutsägelser om världen och i förlängningen förbättra vår förmåga att minska vår osäkerhet eller överraskning.

hmm och depression

Badcocks grupp har tillämpat denna modell på depression, med början genom att betrakta depression som ett adaptivt drag.

för att illustrera har Dr Badcocks grupp tillämpat HMM på depression, med början genom att överväga vår förmåga till deprimerade stämningar som ett adaptivt drag. Även om de erkänner att depression är ett heterogent tillstånd som härrör från en rad orsaker, föreslår de att de milda till måttliga nivåerna av deprimerat humör som vi alla upplever från tid till annan kan i stort sett beskrivas som ett adaptivt drag som uppstår när individer är särskilt utsatta för negativa sociala resultat, såsom avslag, nederlag eller förlust. Här drar de från omfattande bevis som uppfyller alla fyra av Tinbergens frågor för att föreslå att depression återspeglar en utvecklad, ’riskavvikande’ strategi som svarar adaptivt på skadliga sociala förhållanden
(t.ex. uteslutning) genom att minimera sannolikheten för oförutsägbara interpersonella utbyten. Det uppnår denna utvecklade funktion genom att orsaka adaptiva förändringar i uppfattningen, som att öka en persons känslighet för sociala risker och handling, som socialt tillbakadragande och hjälpsökande. Grundtanken här är att depression minskar vår osäkerhet om den sociala världen genom att se till att vi beter oss på sätt som lockar stöd och undviker konflikter eller obehagliga överraskningar. Som förutsagt av HMM finns det gott om forskning för att visa hur detta depressiva tillstånd beror på hierarkiska interaktioner mellan olika regioner i hjärnan, varav många är ansvariga för att bearbeta socialt hot och belöning.

ser fram emot
medan HMM är ett steg mot att integrera befintlig kunskap i en omfattande teori som förklarar det mest komplexa systemet som är känt för människan, har dess utveckling bara börjat. Det vetenskapliga värdet av denna teori beror i slutändan på de hypoteser och bevis som den genererar. Centralt för HMM är behovet av att utveckla testbara hypoteser som samlar insikter som spänner över psykologins mångfaldiga underdiscipliner med teorier och metoder som hämtats från neurovetenskap. Att överbrygga dessa tvärvetenskapliga uppdelningar har länge varit en utmaning, men Dr Badcock och hans kollegor hoppas att deras modell lägger en ny grund att bygga på.