Ordkart for hjernen

Se tredimensjonale fargekart som viser hvordan hjernebarken kobler sammen ord og begreper.

Publisert
I dette kartet er hjernebarken brettet ut til en flate. Noen få hovedkategorier av ord er fargekodet, se kodenøkkelen til venstre! Kartene viser at hjernen ikke har adskilte områder for hvert ord, men overlapper dem ut fra mening. (Foto: (Figur: Huth et al., Neuron, Figure S5, hentet fra video))
I dette kartet er hjernebarken brettet ut til en flate. Noen få hovedkategorier av ord er fargekodet, se kodenøkkelen til venstre! Kartene viser at hjernen ikke har adskilte områder for hvert ord, men overlapper dem ut fra mening. (Foto: (Figur: Huth et al., Neuron, Figure S5, hentet fra video))

Hjernen lagrer ikke hvert ord for seg. Den lar ord og begreper overlappe. Slik sparer den plass, og samler ord med liknende mening.

Alexander Huth og to kolleger fra University of California Berkeley har virkelig brukt hjernen for å lage de tredimensjonale kartene som viser den nye kunnskapen.

De har nemlig kjørt sine egne hjerner gjennom scanneren, sammen med hjernen til to andre frivillige.

Ord og bilder i hjernescanneren

Inne i scanneren så de mange korte videoklipp. I hvert klipp var ting og handlinger merket med etiketter, for eksempel sommerfugl, flyr og blad.

Scanneren registrerte hvilke deler av hjernen som ble aktiv for hvert ord i videoene, med en metode som heter funksjonell magnetresonanstomografi (fMRI).

Den ser hvor mye blod som strømmer gjennom forskjellige deler av hjernebarken. Jo mer blod, desto større hjerneaktivitet.

WordNet

Forskerne kartla 1705 forskjellige ord og handlinger i forhold til 30 000 små områder av hjernebarken på to ganger to ganger fire millimeter. Da ble det mange sammenhenger å holde styr på.

Da fikk de god hjelp av en helt spesiell database for ord som kalles WordNet. Den kobler ordene sammen utfra hva de betyr.

WordNet samler også de enkelte ordene under fellesord, for eksempel hund, katt og gris under husdyr.

Ordkart og hjernekart

Forskerne brukte WordNet og matematiske analyser som gjorde det mulig å lage oversiktlige kart.

Kartet viser hvordan ett bestemt, lite område av hjernebarken reagerer på ord. Blå ord gir ingen reaksjon, røde ord gir stor reaksjon. Forgreningene viser hvordan ordene er koblet sammen i databasen WordNet. Grener langt fra hverandre har forskjellig meningsinnhold. Der grenene samles, er mer overordnede fellesord. (Foto: (Figur: Huth et al., Neuron, Figure 4))
Kartet viser hvordan ett bestemt, lite område av hjernebarken reagerer på ord. Blå ord gir ingen reaksjon, røde ord gir stor reaksjon. Forgreningene viser hvordan ordene er koblet sammen i databasen WordNet. Grener langt fra hverandre har forskjellig meningsinnhold. Der grenene samles, er mer overordnede fellesord. (Foto: (Figur: Huth et al., Neuron, Figure 4))

Noen av kartene er rene ordkart. De viser hvordan ett av de små områdene i hjernebarken reagerer på ordene.

Andre kart viser hvordan ordene er fordelt utover hele hjernebarken.

Disse fargerike kartene viser altså at hjernen ikke har en plass for hvert ord. Isteden samler den ord med omtrent samme betydning, akkurat som ordboka.

Men de flate, todimensjonale kartene har sine begrensninger. Derfor har forskerne laget en åpen nettside hvor alle kan se kart av hjernen i tre dimensjoner.

Her kan du klikke på hvert lille område i hjernen og se hvilke ord det reagerer på, og du kan klikke på ord for å se hvilke deler av hjernen de er koblet til.

Øker lagringsplassen

- Dette er en interessant måte å analysere fMRI data på. Den viser hvor viktig det er å finne ut hvordan hjernebarken koder forskjellige begreper, kommenterer Menno Witter til forskning.no.

Witter er professor i nevrovitenskap ved Kavli Institute for Systems Neuroscience på NTNU.

- Dette spørsmålet danner grunnlaget for hvordan vi tolker hjernen. Det er simpelthen ikke mange nok hjerneceller til at hver kan kode for ett spesielt ord.

- Dette har ført til idéen om koding i nevrale nettverk. Der er hvert ord eller begrep kodet ved at en et lite antall nerveceller fyrer av i en bestemt kombinasjon.

- Dette kodeprinsippet øker lagringsplassen enormt i nettverket, sier Witter.

Ikke bedre med mer detaljer

Menno Witter (Foto: NTNU)
Menno Witter (Foto: NTNU)

Kavli-forskerne ser ikke på små områder under ett, som de amerikanske forskerne. De måler på enkelte nerveceller. Men denne detaljrikdommen vil ikke gitt andre resultater for ordkartene, mener Witter.

- I våre målinger viser vi at hjerneceller som er nær hverandre, tydeligvis koder for lignende egenskaper. En kode for et lite område vil derfor være mer eller mindre ensartet, sier han.

Mangler steder

Kavli-instituttet ved NTNU, der Witter arbeider, har gjort banebrytende forskning om hvordan hjernen kartlegger omgivelsene våre.

Med forsøk på rotter har de funnet et mønster i hjernecellene. Mønsteret tilsvarer hvordan de ytre omgivelsene, for eksempel en labyrint, ser ut. Mønsteret tilsvarer altså et stedskart i hjernecellene.

De amerikanske forskerne har merkelig nok ikke funnet noe tilsvarende mønster for stedsbegreper i sine analyser.

Witter er også overrasket over dette. Steder og stedskategorier er grunnleggende viktig for mange hjerneområder, viser andre studier.

Passiv seer

Eksempel fra videoene som forsøkspersonene fikk se. Gjenstander og handlinger var merket med tekst. (Foto: Fra video, Huth et al., Neuron.)
Eksempel fra videoene som forsøkspersonene fikk se. Gjenstander og handlinger var merket med tekst. (Foto: Fra video, Huth et al., Neuron.)

En mulig forklaring er at forsøkspersonene så på filmer, istedenfor å oppleve stedene i virkeligheten.

Men Witter peker på forsøk med virtuell virkelighet på dataskjermer gir samme respons i hjernen som fysisk virkelighet.

Witter tror derfor heller at stedskategorien mangler fordi forsøkspersonene lå passive i fMRI-scanneren og så film.

- Du er ikke aktivt deltaker, men ser passivt på filmen. I våre forsøk beveger forsøkspersonen seg aktivt rundt. Det kan forklare forskjellen, mener Witter.

Referanse og lenke:

Alexander G. Huth et.al: A Continuous Semantic Space Describes the Representation of Thousands of Object and Action Categories across the Human Brain, Neuron 76, 1210–1224, December 20, 2012

Nettside med interaktiv 3D-modell fra University of California Berkeley