Slik bearbeider hjernen det uforutsigbare

Sommeren 2015 signerte professor Stefan Kölsch kontrakten som gjorde ham til medlem av fMRI-gruppen i Bergen og han ankom byen i oktober 2015. Dette kom i stand takket være Toppforsk-programmet, et samarbeid mellom Bergens Forskningsstiftelse (BFS) og Universitetet i Bergen (UiB).

• Les mer om Toppforsk-programmet.

Debuterer som UiB-forsker

Kölsch har nå publisert sin første vitenskapelige artikkel etter at han ble UiB-forsker,

Under the hood of statistical learning: a statistical MMN reflects the magnitude of transitional probabilities in auditory sequences, i Scientific Reports, et dattertidsskrift av anerkjente Nature. Kölsch er førsteforfatter på artikkelen.

– Det at vi kan forutsi bestemte ting, er en pågående prosess i livene våre. I alle fall når vi er våkne. En av mine forskningsinteresser er å bedre forstå hvordan vi foretar spådommer og hva som skjer når våre spådommer vise seg å være feilaktige, sier Stefan Kölsch.

• Les hele artikkelen i Scientific Reports.

Lære av uregelmessigheter

Den nylig publiserte forskningsartikkelen fra Kölsch og kolleger, handler om MMN eller mismatch negativity (“mistilpasset negativitet”).

–  MMN er en reaksjon i hjernen som utløses når det skjer noe uregelmessig. Det enkleste eksempelet på dette er når du høre en tone igjen og igjen før du plutselig hører en annen tone, forklarer Kölsch.

Hjerneforskeren har lenge vært fascinert av MMN-måling, hvor han har tatt i bruk elektroencefalografi (EEG) og  funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI).

– Ett utgangspunkt kan være at vi bygger våre antakelser på ulike typer informasjon. For eksempel kan en tone alltid være den samme og så kommer en annen tone inn, sier han før han plystrer en tonerekke for å understreke dette poenget.

– Men om vi går ett nivå høyere, til en 1-2-3-4 sekvens, vil det neste nummeret trolig være 5. Denne antakelsen er basert på læring vi har gjort over en relativt lang tidsperiode.

Oppdage regelmessigheter – og brudd

I den vitenskapelige artikkelen slår Kölsch og hans kolleger fast at antakelser basert på statistisk læring kan utløse “tidlig negativitet“ når vi opplever at regelmessigheten av en tone blir brutt.

– Deltakerne fanget dette opp uten å være bevisst på dette. De fikk høre bestemte kombinasjoner av toner, igjen og igjen, der enkelte kombinasjoner var vanligere enn andre kombinasjoner. Straks hjernen registrerer slik regularitet, kan vi måle hvordan hjernen reagerer på uregelmessigheter til den vanlige kombinasjonen, sier han.

Han påpeker at mesteparten av menneskelig læring er implisitt.

– Vi vet mange ting som vi ikke er bevisst på at vi vet. Dette er grunnleggende prosesser i hverdagen. Bestemte hendelser leder til andre bestemte hendelser. Oppstår disse hendelsene eller gjør de det ikke? Noe skjer i hjernen når vi bearbeider slike prosesser. Men det har vært lite kunnskap om hvordan dette gjenspeiles i hjernens elektriske responssystem, forklarer Kölsch.

Elektriske drømmer

Han peker på prosessen bak hvordan hjernen fanger opp lyder.

– Det handler om hvordan ulike minner samhandler med hverandre, og på hvilke tidsskalaer disse prosessene finner sted. Straks hjernen fanger opp en uventet lyd, tilpasser hjernen seg utrolig raskt til den avvikende hendelsen, forklarer hjerneforskeren og fortsetter:

– Alt etter en tiendedel av et sekund finner det sted en elektrisk reaksjon i hjernen. Det er utrolig hvor raskt hjernen reagerer, uten å være bevisst på den overordnete strukturen. Dette er et viktig steg på veien i retning av å forstå hvordan læring finner sted.

Denne bearbeidelsen av lyder og forsøk på å forklare lydene er også noe som kan påvirker våre følelser, noe som vil være tema for et av Stefan Kölsch sine mange fremtidige studier for å skape en bedre forståelse av dynamikken mellom uventede hendelser og læringsprosesser.

Les originalartikkelen i Scientific Reports:

Koelsch, S. et al. Under the hood of statistical learning: A statistical MMN reflects the magnitude of transitional probabilities in auditory sequences.  Sci. Rep. 6, 19741; doi:10.1038/srep19741 (2016)