Du fryser på plats, försöker få andan och i huvudet finns bara en tanke: "Hur gjorde jag det?"
Vi har alla upplevt en liknande situation. Även om det oftare fortfarande handlar om att oavsiktligt sätta på en ny ultramodern mikrovågsugn, slumpmässigt peka på knapparna. Oavsett om du räddar ditt liv eller bara vill värma mat, behöver din hjärna lösa två problem samtidigt för att förstå: åtgärd X innebär resultat Y.
Konstnärsproblem: gjorde jag det?
Åtgärd mot resultatproblem: Vilken av de saker jag gjorde orsakade resultatet Y?
Frågorna är inte enkla. Vi gör många saker, och allt detta leder till något. Dessutom händer vissa händelser ständigt runt oss, och bara en liten del av dem beror på oss. Därför måste hjärnan separera resultatet Y från det allmänna flödet av händelser. Då måste han avgöra om vi har något att göra med det som hände. Samtidigt kommer information från sinnena först efter att ha utfört åtgärder som kan ha orsakat händelsen. Dopamin, den första fiolen i symfonier av många kognitiva teorier, är ansvarig för dessa processer.
Vi har en hypotes som i detalj beskriver den neurala processen för att korrelera en handling med dess utövare och resultat. Denna hypotes kommer från två grundläggande idéer.
För det första har hjärnan en modell av hur omvärlden fungerar - baserat på den försöker den ständigt gissa vad som händer härnäst. Om prognosen inte går i uppfyllelse uppstår överraskning och händelsen som orsakade den sticker ut från strömmen av vanliga och förutsägbara fenomen.
Kampanjvideo:
För det andra registrerar hjärnan allt vi just har gjort, vilket innebär att alla oväntade händelser kan korreleras med kedjan av de senaste handlingarna som lagrats i minnet. Så snart en anslutning hittas kan åtgärden upprepas - och kontrollera om den leder till samma resultat. Ett positivt svar kommer att indikera ett orsakssamband.
I inget av fallen kan vi klara oss utan vår gamla vän - dopamin. Vid första anblicken, när det gäller att korrelera åtgärder med resultat, är denna neurotransmittor den värsta av alla möjliga hjälpare. Dopamin produceras i stora mängder i flera delar av hjärnan samtidigt. Denna metod är helt ineffektiv för att isolera en enda koppling mellan en uppsättning neuroner - säg mellan de som är ansvariga för åtgärden X och resultatet Y. Men i själva verket är detta en extremt sofistikerad mekanism. Frisättningen av dopamin kan jämföras med att sända en radiosignal. Med hjälp skickas följande meddelande direkt till olika delar av hjärnan:”Något mycket ovanligt hände precis utanför hjärnan. Hur många av er kommer att ta ansvar för detta?"
En person under denna sändning är förvånad. Denna känsla uppstår när hjärnan gör ett misstag i sina förutsägelser. Det finns gott om bevis för att dopaminneuroner tjänar till att signalera ett fel när hjärnan beräknar sannolikheten för att få en belöning. Om din hjärna antar att ingen belöning kommer att lysa för dig när som helst och plötsligt ger en helt främling dig en munk, aktiveras dopaminneuroner ett ögonblick. De förmedlar överraskningen till resten av hjärnan att något oväntat bra har hänt. Neuronerna verkar skrika: "Det spelar ingen roll vem av er som fick oss en munk, men det måste upprepas!"
Hjärnan kan ha fel om mer än bara sannolikheten för en belöning. Vi vet också att dopaminneuroner är partiska när det gäller att förutsäga ett oönskat resultat. Saker du kanske vill lära dig att undvika, till exempel att inte trycka på en knapp som utlöser en ormdump i ditt badrum. En felaktig bedömning av förflutet efter en händelse nyligen. Och också att du inte sjunger precis som du vill. Du visste förmodligen inte att du har en musikkritiker som sitter i mitt hjärnan?
Alla dessa mekanismer genom vilka olika fel utlöser en kortvarig frisättning av dopamin har en enkel förklaring: dopaminneuroner är ansvariga för att överföra överraskning. Och, viktigast av allt, denna release sker alltid omedelbart efter en oväntad händelse Y och fungerar som dess tidsstämpel.
Så din hjärna har märkt att något coolt har hänt i den omgivande världen, och dopamin meddelar resten av dess delar om det. Nu måste du avgöra om någon av dina handlingar var orsaken till denna vändning. I det här fallet limmar hjärnan som det är åtgärden och resultatet och stärker den lokala förbindelsen mellan dem.
För att göra detta måste du hitta information om åtgärden eller åtgärderna som inträffade innan informationen om resultatet registrerades. I slutändan kan kommunikation bara gå från orsak till verkan och inte tvärtom. Låt oss säga att ett ljus tänds i rummet - varför? Det är osannolikt eftersom du markerade ljusets utseende med en speciell rituell dans på ett ben och samtidigt svängde en död kyckling. Snarare är anledningen att du vid ingången vred på omkopplaren (naturligtvis med handen där det inte fanns någon kyckling).
Huvuduppgiften för kortvarig frisättning av dopamin är att hitta den rätta bland de senaste åtgärderna. När en elektrisk impuls börjar passera längs axonen, som bär ett meddelande till mottagande neuroner, börjar en lång process inuti neuronen, där koncentrationerna av flera molekyler, särskilt kalcium, förändras. Dessutom lämnar aktivitet på alla inkommande anslutningar till detta neuron spår av kalcium, vilket markerar denna ingång som potentiellt viktig.
Dopamin verkar också vid korsningen av två nervceller. Antag att en neuron gav ett kommando att utföra en åtgärd som innebar ett visst resultat, och en annan neuron, som ansluter sig till den första, rapporterar: "Jag aktiverades just nu." Nu är informationen kodad i denna anslutning: "Gör detsamma när jag aktiveras igen." Om neuronen som är ansvarig för åtgärden avfyras som svar på aktiveringen av den andra neuronen, kommer spår av kalcium att finnas kvar i den. De kommer att fungera som en påminnelse om att just denna anslutning och just den här neuronen var inblandade. I närvaro av kalcium kommer sambandet mellan dessa nervceller att förstärkas av dopamin. Således förstärks tanken "gör samma sak när jag aktiveras igen" endast om båda nervcellerna aktiveras vid rätt tidpunkt.
Ännu mer förvånande är det faktum att kausalitet är inbyggt i själva reglerna genom vilka styrkan i sambandet mellan två separata neuroner förändras. Uppenbarligen minns kopplingen mellan nervcellerna A och B i vilken ordning de avfyrades. Om neuron A aktiveras precis framför neuron B, kan det logiskt sett leda till aktivering av det senare. Denna förening är märkt med kalcium och denna bindning kan stärkas i framtiden.
Men om neuron A aktiveras omedelbart efter neuron B kan det inte längre vara orsaken till B-aktivering. Tvärtom skulle en sådan anslutning behöva försvagas, för i vilket fall aktiveringen av neuron A skulle störa neuron B. Om neuron A aktiveras långt före eller långt efter neuron B, ändras inte anslutningens styrka. Det verkar verkligen som om reglerna för att ändra styrkan i sambandet är utformade specifikt för att träna hjärnan att etablera kausala samband.
Så här löser hjärnan problemet med korrelerande åtgärder med resultatet. Han hittar åtgärden X som orsakade resultatet Y genom att sända en signal om att något ovanligt har hänt utanför hjärnan och också genom att tidsstämpla händelsen. Denna signal kommer endast att tas emot på den plats där neuronen som ansvarar för åtgärden just har aktiverats. Detta bestäms av de molekylära spår som finns kvar efter aktivering. Nu, om denna anslutning utlöses igen, är det mer troligt att neuronerna X aktiveras. Detta innebär att personen i en liknande situation är mer benägna att utföra exakt åtgärden X. Så här bestämmer vi om X faktiskt åberopar Y och ställer in vår förståelse för den yttre världen.
Det återstår att lösa problemet med att korrelera åtgärden med artisten, och nu har det blivit lättare att göra detta. Hur vet hjärnan att du inte har något att göra med vad som händer? Dopaminsignalen visar inga spår av aktivitet i nervceller. Frånvaron av spår betyder: "Jag har inget att göra med det."
Men det kan också hända så här: de neuroner som är ansvariga för åtgärden aktiverades omedelbart före resultatet, men var inte orsaken. Det är därför som åtgärden måste upprepas. Om åtgärd X upprepat upprepas och inte orsakar resultat Y, finns det inga bevis för att det finns en koppling mellan de två.
De principer genom vilka hjärnan etablerar orsakssamband är ett av de viktigaste arbetsområdena för modern neurovetenskap, men i allmänhet förblir detta område mystiskt och lite utforskat. Element i teorin om uppfattning av kausala förhållanden från tid till annan dyker upp i litteraturen, men författarna själva fokuserar inte på detta. Detta innebär att det på detta område, hypotetiskt, är möjligt att göra många upptäckter, med tanke på hur många frågor det finns i det som ännu inte har besvarats. Låt oss titta på en av dessa frågor. Hur använder hjärnan denna information i framtiden?
Uppfattningen om kausalitet bygger på tanken att våra hjärnor använder en förutsägbar modell av världen. Om så är fallet bör vi också ha en inverterad modell som svarar på frågan "Hur förändrar man världen?" Vi kan säga "Jag vill ha resultat Y" och använda den inversa modellen för att hitta den önskade "åtgärd X" som leder till önskat resultat.
Detta innebär att vi ständigt behöver anpassa två modeller: förutsägbar (om du gör detta kommer detta att förändras i världen) och inverterat (för att något i världen ska förändras måste du göra detta). Det är mycket troligt att dopamin är ansvarig för att ställa in var och en av dessa kretsar. Men var sker själva anpassningen? Byt dessa modeller tillsammans eller separat? Vi har ingen aning om det. Hur många olika modeller av den yttre världen hjärnan skapar, hur de interagerar med varandra och hur de kompletterar - allt detta är obesvarade frågor.
Förmågan att etablera orsakssambanden genom försök och fel har observerats hos olika arter. Inte bara hos djur utan också hos fåglar. Denna förmåga länkar enskilda händelser i en sekvens: om jag gör X följer resultatet Y. Vissa arter kan etablera orsakssambanden genom imitation. Iakttagande av sina släktingar kan blå bröst från titfamiljen lära sig att skruva av kepsarna på mjölkflaskor (på allvar är det bättre att inte uppröra dessa fåglar).
Men människan har en fördel - språk. Tack vare honom behöver vi inte längre slösa energi på ändlös observation av kedjor av handlingar, och begränsar oss bara till vår egen erfarenhet. Med hjälp av språket kan vi förklara kausalrelationer och förmedla dem abstrakt: i böcker, tidskrifter, dokumentärer. Eller ta en YouTube-guide på flera timmar om hur du går över en V8. Vi kan registrera våra observationer och lämna luckor där det inte finns tillräckligt med länkar i kedjan mellan X och Y (detta kallas "vetenskap"). Vi kan dela information och hitta orsaksförhållanden i större skala och i större prover än vad en individ har tillgång till.
Det faktum att människor har identifierat orsakerna till komplexa fenomen som artutrotning eller global uppvärmning är ett bevis på vår förmåga att förstå världen bortom individuell erfarenhet. Endast den mänskliga hjärnan kan förstå inte bara vad som orsakade sig själv utan också vad vi alla orsakade.
Mark Humphries
