Kierownik projektu: dr hab. Dariusz Asanowicz, prof. UJ

Agencja finansująca: Narodowe Centrum Nauki
Program: OPUS

Uwaga to centrum naszego mentalnego świata i jeden z filarów umysłowego poznania. Aby skutecznie wykonać jakiekolwiek nakierowane na cel działanie, musimy zwracać uwagę na wszelkie informacje, które są istotne dla przygotowania tego działania oraz monitorowania jego poprawności i rezultatów. Podobnie, jeśli chcemy zapamiętać daną informację, musimy zwrócić na nią uwagę. Selektywna uwaga umożliwia nam wyodrębnienie istotnych informacji spośród wszystkich innych, nieistotnych, rozpraszających nas bodźców lub zdarzeń. Tak naprawdę „każdy wie, czym jest uwaga”, ponieważ każdy ją ma - jak pisał ponad sto lat temu William James, ojciec współczesnej psychologii. Nikt jednak tak naprawdę wciąż nie wie, w jaki sposób nasz mózg „wytwarza” uwagę. Jakie są podstawowe mechanizmy neuronalne, dzięki którym uwaga pojawia się w naszym subiektywnym „strumieniu świadomości”? Aby odpowiedzieć na to pytanie, badamy oscylacyjne rytmy elektrofizjologicznej aktywności mózgu. W szczególności badamy jaką dokładnie rolę, funkcjonalną i przyczynową, pełnią tzw. rytmy alfa i theta w działaniu mózgowego mechanizmu uwagi.

Oscylacje neuronalne są podstawową cechą funkcjonalną mózgu. Zostały nazwane neurobiologicznym źródłem poznania. Prawdopodobnie większość neuronalnych procesów obliczeniowych leżących u podstaw naszego poznania ma charakter oscylacyjny. Oznacza to, że zarówno lokalne grupy neuronów, jak i rozległe sieci mózgowe pulsują rytmicznie w różnych tempach, podobnie jak wszystkie piosenki mają swój rytm. Tak więc, również uwaga selektywna okazała się być inherentnie rytmiczna. Fale alfa i theta to dwa dominujące, wolne rytmy mózgowe, pulsujące w cyklach około 10 (alfa) i 6 (theta) na sekundę (mierzone w hercach, w skrócie: Hz). Zostały one scharakteryzowane jako fale „wędrujące” po mózgu, rozprzestrzeniające się jak fala na wodzie, synchronizując tym samym aktywność neuronów w odległych, wyspecjalizowanych obszarach, takich jak kora wzrokowa i ruchowa. To właśnie jest prawdopodobny biofizjologiczny aparat skupiania selektywnej uwagi. Taka synchronizacja między odległymi rejonami mózgu umożliwia nam wykonywanie złożonych czynności i zadań, takich jak nauka jazdy samochodem lub gry na instrumencie muzycznym. W naszym projekcie badamy jakie role pełnią te lokalne i sieciowe rytmy alfa i theta w zakresie czterech podstawowych aspektów uwagi: (A) wzmacniania ważnych informacji i tłumienia tych nieistotnych; (B) antycypacji, selekcji i podtrzymywania wybranych informacji; (C) implementacji selektywnego przetwarzania w korze sensorycznej i odgórnej kontroli tych implementacji; i wreszcie (D) dwóch sposobów selekcji: selekcji opartej na lokalizacji w przestrzeni i selekcji cech obiektów, która jest niezależna od lokalizacji przestrzennej. 

Zaplanowaliśmy sześć eksperymentów, w których zastosujemy specjalną procedurę badawczą polegającą na sterowaniu uwagą poprzez tak zwane “wskazywanie” (ang. cueing). Celem tej procedury jest ukierunkowanie uwagi uczestników poprzez dostarczenie im precyzyjnych wskazówek pozwalających na przewidywanie tego, co wydarzy się w nadchodzącej próbie zadania eksperymentalnego. Następnie będziemy mierzyć zainicjowany w ten sposób proces uwagi poprzez rejestrację reakcji behawioralnych oraz elektrycznej aktywności mózgu za pomocą elektroencefalografu (w skrócie EEG). Aby zbadać, w jaki sposób konkretne rytmy oscylacyjne związane są z poszczególnymi aspektami uwagi i w jaki sposób różne obszary mózgu "rozmawiają" ze sobą wtedy, gdy zwracamy na coś naszą uwagę, uzyskane dane EEG zostaną poddane specjalnej dekompozycji za pomocą tzw. czasowo-częstotliwościowej analizy spektralnej. W tym celu wykorzystamy szereg zaawansowanych technik obliczeniowych i statystycznych. Spodziewamy się, że wyniki analizy EEG ujawnią to, jakie dokładnie funkcje pełnią specyficzne oscylacje. W czterech z sześciu zaplanowanych eksperymentów, będziemy badać przyczynową rolę tych oscylacji dla modulacji odległych obszarów mózgu, a tym samym, w „wytwarzaniu” naszej uwagi. W tym celu wykorzystamy metodę zwaną przezczaszkową stymulacją magnetyczną (w skrócie TMS). Będziemy ją stosować na dwa sposoby: Po pierwsze, aby wywołać chwilowe, lokalne „uszkodzenia” mózgu, które zgodnie z oczekiwaniami mają upośledzać funkcjonowanie całej połączonej sieci neuronalnej jak również związane z funkcjonowaniem tej sieci procesy uwagi. Pozwoli to na zbadanie przyczynowości połączeń funkcjonalnych w obrębie neuronalnej sieci uwagi. 

Po drugie, TMS zostanie zastosowany w sposób pozwalający wzmocnić, “napędzić” wybrane rytmy oscylacji neuronalnych, co ma na celu poprawę specyficznych dla danej częstotliwości funkcji całej sieci i związanych z tym procesów uwagi. Spodziewamy się, że uzyskane w ten sposób wyniki ukażą specyficzne różnice w funkcjonalnej i przyczynowej roli poszczególnych oscylacji w kontroli naszej uwagi.