Carnegie Mellon University hjerneforsker Marcel Just og Stanford postdoktor Sashank Varma har lagt fram en ny computational teori om hjernens funksjon som gir svar til en av de sentrale spørsmålene i moderne vitenskap:
Hvordan organiserer den menneskelige hjerne seg til å gi opphav til komplekse kognitive oppgaver som lesing, problemløsning og romlig resonnement? Bare og Varma teori, kalt 4CAPS, er beskrevet i høst utgave av tidsskriftet Kognitive, affektive og Behavioral Neuroscience.
Mer enn et tiår med forskning som involverer funksjonell Magnetic Resonance Imaging hjerneskanning i hundrevis av laboratorier har gitt en enorm mengde informasjon om hvilke deler av hjernen blir aktivert når en person utfører ulike oppgaver. Enkelte forskere har vært fristet til å konkludere med at en enkel en-til-en relasjon eksisterer mellom høyt nivå mentale oppgaver og hjernen områder. For eksempel, noen tror at en bestemt hjernen er ansvarlig for en spesifikk kognitiv oppgave, for eksempel å identifisere et ansikt.
Bare og Varma imidlertid foreslå at bevisene avslører et mer komplekst bilde der tenkning er et nettverk funksjon - et samarbeid av flere hjernen områder som er i stadig tilpasser seg, basert på oppgaven og hjernens egne ressurser og biologiske begrensninger. Samarbeidende deler av hjernen, ifølge Just, er som medlemmer av et idrettslag som har spillere som innbytter i og ut av handlingen. 4CAPS (et akronym for Capacity Tvungne Concurrent kortikal Activation-basert Production System), foreslår en desentralisert prosess der medlemmer av kortikale lag frivillig selv når deres styrker blir kalt for, men også tillater mindre effektive, men dyktige medlemmer til skritt fremover når det primære spiller blir skadet eller deaktivert, kan like oppstå som følge av et slag. Bare og Varma har konstruert en rekke beregningsmodeller for å demonstrere denne prosessen, for eksempel en modell som forstår engelsk setninger.
En unik karakteristikk av teorien er at den kan nøyaktig forutsi endringer i hjerneaktivitet at resultatene fra noen typer hjerneskade eller sykdom. For eksempel, hvis et slag skader den delen av hjernen som kalles Broca-området - som ligger i venstre prefrontal cortex og er involvert i språkbehandling - det tilhørende området på høyre side av hjernen ofte blir aktivert under språkbehandling, selv løpet av timer etter et slag. Ifølge 4CAPS, samme dynamisk tildeling mekanisme som gjør at hjernen områder til frivillig seg selv på et øyeblikk-by-øyeblikk basis vil også komme inn i lek hvis Broca område var skadet, og ville tillate noen overskytende beregningsorientert belastning å smitte over på den høyre hjernehalvdelen speilet stedet på en mer permanent basis. Et annet eksempel oppstår med Alzheimers sykdom, hvor skader på noen hjernen områder årsaker ekstra "hjelper" områder for å bli rekruttert til å utføre en oppgave, flere områder som vanligvis ikke brukes av kontrollpersoner som ikke har sykdommen.