Stel je dit scenario voor: jij en een vriend lopen door je buurt als je stopt bij een zebrapad. Terwijl je wacht, strijden de geluiden van de wereld en je interne gedachten allemaal om je aandacht. Plotseling zie je dat een automobilist bijna een fietser aanreed.  

“Wauw, heb je dat gezien?” zeg je tegen je vriend.  

"Tuurlijk deed ik dat; dat was een volledig gerestaureerde Ford Mustang uit 1967”, antwoordt je vriend, verwijzend naar een auto die los stond van de bijna-verkeersaanrijding.

Ondanks dat je tegelijkertijd op dezelfde plek was en naar dezelfde scène keek, besteedden jij en je vriend(in) aandacht aan verschillende dingen.  

Waarom? En hoe? 

Eén mogelijkheid is dat verschillende dingen in de omgeving op verschillende manieren uw aandacht trokken. Maar een andere mogelijkheid is dat jij en je vriend(in) vrijwillige beslissingen hebben genomen over waar we op moesten letten, en daarbij je vrije wil dienovereenkomstig hebben ingezet. 

Gefinancierd door een driejarige subsidie ​​van $900,000 van de National Science Foundation, lanceert de vooraanstaande professor George R. Mangun, directeur van het UC Davis Center for Mind and Brain, een project om de cognitieve mechanismen achter realistische vrijwillige aandacht, of aandachtsgerichte aandacht, beter te begrijpen. door de vrije wil van een individu. Het project zal worden uitgevoerd in samenwerking met technische collega's van de Universiteit van Florida. 

“De manier waarop we de vrije wil gebruiken om de aandacht te richten, beïnvloedt ons momentane bewustzijn en ons bewustzijn.” —Mangun

De rol van vrijwillige aandacht is niet alleen belangrijk voor het begrijpen van een gezonde hersenfunctie, zei hij. Het is ook van cruciaal belang voor het begrijpen van hersenaandoeningen.

“Bijna elke neurologische of psychiatrische aandoening heeft te maken met een bepaald onderdeel van de aandacht, en dit brengt soms tekorten in de vrije wil met zich mee, zoals bij de ziekte van Parkinson,” zei hij.

Vrije wil zonder de 'vrije'

Decennia lang hebben neurowetenschappers de cognitieve en neurale mechanismen achter vrijwillige aandacht onderzocht door externe signalen (eenvoudige stimuli zoals pijlen) te gebruiken om de aandacht van hun proefpersonen te richten op specifieke locaties voor hen. Maar dit staat ver af van de manier waarop menselijke vrijwillige aandacht van nature plaatsvindt.  

In de echte wereld stelt onze vrije wil ons in staat om te bepalen waar we op letten, zelfs als we geconfronteerd worden met mogelijke afleidingen. Om tegemoet te komen aan deze realiteit onderzoeken neurowetenschappers vaak het concept van de vrije wil door middel van vrijwillige motorische acties, waarbij ze deelnemers aan de studie vragen om uit eigen beweging op een knop te drukken, zonder dat een onderzoeker daartoe aanleiding geeft. 

Het project van Mangun zal deze twee onderzoekslijnen samenbrengen. Omdat het oriënteren van de aandacht een cognitieve handeling is en geen motorische handeling, hopen de onderzoekers een belangrijke stap voorwaarts te zetten in het begrijpen van zowel de vrije wil als de vrijwillige aandacht.  

Het meten van echte ‘vrije wil’

Het project van Mangun zal voortbouwen op eerdere experimenten die zijn laboratorium heeft uitgevoerd om de neurale activiteit te analyseren die voorafgaat aan vrijwillige besluitvorming.  

In een studie gepubliceerd in de Journal of Cognitive Neuroscience in 2014 vertellen Mangun en zijn collega's experimenten waarbij ze deelnemers vroegen naar een plek in het midden van een computerscherm te kijken. Vervolgens vroegen ze de deelnemers om de aandacht ergens anders op het scherm te vestigen, waarbij ze uit vrije wil konden kiezen waar, maar dit deden ze zonder hun ogen te bewegen om rechtstreeks naar de bezochte locatie te kijken.  

Door dit verzoek te doen, scheidden de onderzoekers de cognitieve handeling van het bijwonen van de motorische handeling van het bewegen van de ogen om te kijken. Mangun en zijn collega's registreerden de hersengolven van de deelnemers (elektro-encefalografie of EEG-signalen), zowel vóór als nadat ze de vrije wil gebruikten om de aandacht te vestigen.  

"Het blijkt dat het voortdurende patroon van hersenactiviteit voorafgaand aan de vrije wilskeuzes van de proefpersoon zou kunnen voorspellen waar hij later zijn aandacht op zou richten," zei Mangun. “Met behulp van neurowetenschappelijke methoden konden we een soort gedachtenlezen doen.”

Verbetering van protheses en diversificatie van onderzoek 

Mangun's nieuwe NSF-subsidie ​​​​zet de volgende stap voorwaarts door machine learning-benaderingen en geavanceerde hersenbeeldvormingsmethoden toe te passen om de precieze neurale onderbouwing van deze voorspellende hersensignalen vast te stellen. Het zeer interdisciplinaire project brengt ingenieurs samen zoals postdoctoraal onderzoeker Sreenivasan Meyyappan en promovendus psychologie John Nadra. 

Het onderzoeken en verfijnen van de cognitieve mechanismen achter vrijwillige aandacht zou technologische interventies, zoals protheses, kunnen helpen verbeteren. Momenteel maken veel prothesen gebruik van perifere informatie, zoals spieractiviteit. Dit nieuwe onderzoek zou die signalen van de spier naar de hersenen zelf kunnen verschuiven.  

“Je kunt iemand trainen om een ​​mechanische arm te gebruiken door gebruik te maken van de elektrische activiteit van de schouderspieren en dan leren ze die spieren samen te trekken om die mechanische arm aan te drijven”, zegt Mangun. “Maar daarnaast kun je de elektrische activiteit van de hersenen, bijvoorbeeld in de motorische cortex, direct gebruiken om hetzelfde te doen. Ons onderzoek kan deuren openen om hersensignalen nog eerder in de keten van neurale gebeurtenissen af ​​te tappen.” 

Naast de potentiële brede impact op de gezondheid en het welzijn, zal het project deuren openen voor studenten die geïnteresseerd zijn in het uitvoeren van neurowetenschappelijk onderzoek.  

In de subsidieaanvraag merkte Mangun op dat het project STEM-onderwijs zal helpen bevorderen en diversifiëren door studenten, afgestudeerden en postdoctorale wetenschappers erbij te betrekken en studenten te rekruteren via het UC Davis Summer Undergraduate Research Program en het Young Scholars Program.  

“Een van de grote voordelen van studeren aan een onderzoeksintensieve universiteit als UC Davis is de mogelijkheid voor studenten om deel te nemen aan baanbrekend onderzoek – het maakt deel uit van wie we zijn,” zei hij.