پژوهشگران در یکی از جامعترین مطالعات علوم اعصاب که نتایج آن در نشریه معتبر Nature منتشر شده است، به شواهدی دست یافتهاند که نشان میدهد بیشتر نورونهای مغز برخلاف تصور رایج، وظیفهای ثابت و اختصاصی ندارند.
به گزارش گروه ترجمه خبرگزاری برنا به نقل از انگجت، این سلولهای عصبی میتوانند به طور همزمان در پردازش اطلاعات حسی، کنترل حرکات بدن و تصمیمگیری نقش ایفا کنند، یافتهای که میتواند درک دانشمندان از نحوه عملکرد مغز را دگرگون کند.
این تحقیق که با بررسی بیش از ۱۴ هزار نورون منفرد در ۴۳ ناحیه مختلف قشر مغز موش انجام شده نشان میدهد بیشتر نورونها به جای انجام یک وظیفه مشخص به ترکیبهای متغیری از اطلاعات بینایی، حرکتی و شناختی پاسخ میدهند. به گفته پژوهشگران تنها بخش کوچکی از نورونها رفتار کاملا تخصصی دارند و اغلب سلولهای عصبی از انعطاف عملکردی بسیار بالایی برخوردارند.
این مطالعه به یکی از قدیمیترین و بحثبرانگیزترین پرسشهای علوم اعصاب پاسخ میدهد اینکه آیا هر نورون برای انجام یک وظیفه خاص طراحی شده یا میتواند همزمان در چندین فرایند مغزی مشارکت داشته باشد.
نتایج نشان میدهد پاسخ این پرسش به محل قرارگیری نورون در مغز بستگی دارد. در نواحی اولیه پردازش حسی مانند بخشهایی که مسئول پردازش اطلاعات بینایی هستند نورونها عمدتا عملکردهای تخصصی دارند اما هرچه اطلاعات به بخشهای بالاتر قشر مغز که مسئول پردازشهای پیچیدهتر هستند منتقل میشود، نورونها به تدریج ویژگیهای چندمنظوره پیدا میکنند و دیگر نمیتوان آنها را در گروههای عملکردی مشخص طبقهبندی کرد.
استفانو فوزی، استاد علوم اعصاب در دانشگاه کلمبیا، پژوهشگر اصلی موسسه Zuckerman و از نویسندگان ارشد این مطالعه میگوید: باید از این تصور فاصله بگیریم که مغز مانند ماشینی متشکل از چرخدندههایی است که هر کدام وظیفهای کاملاً مشخص دارند. مغز اینگونه کار نمیکند. بیشتر نورونها میتوانند طیف بسیار گستردهای از پاسخها را نشان دهند و همین ویژگی به مغز اجازه میدهد تعداد زیادی از وظایف مختلف را انجام دهد.
به گفته او برچسبهایی مانند نورون تشخیص چهره، نورون مکان یا نورون حرکت اگرچه در توصیف عملکرد مغز مفید هستند، اما تنها بخشی از واقعیت را نشان میدهند. یک نورون ممکن است در شرایطی به یک ویژگی خاص پاسخ دهد اما همزمان اطلاعات دیگری مانند نوع حرکت، تصمیم در حال شکلگیری یا حتی انتظار دریافت پاداش را نیز کدگذاری کند.
به گفته لورنزو پوزانی، پژوهشگر موسسه مغز پاریس و از نویسندگان اصلی مقاله اختلاف نظر درباره تخصصی یا عمومی بودن نورونها سالها ادامه داشته است زیرا هر آزمایش روی گونههای مختلف، نواحی متفاوت مغز یا رفتارهای گوناگون انجام میشد و مقایسه نتایج آنها دشوار بود.
برای رفع این مشکل پژوهشگران از مجموعه دادههای استاندارد International Brain Laboratory استفاده کردند. در این پروژه فعالیت نورونهای موشها هنگام انجام یک وظیفه تصمیمگیری یکسان ثبت شد و امکان مقایسه مستقیم عملکرد نورونها در دهها ناحیه مختلف قشر مغز فراهم آمد. این رویکرد به تیم تحقیقاتی اجازه داد برای نخستین بار تصویری جامع از نحوه فعالیت نورونها در بخشهای گستردهای از قشر مغز ارائه دهد.
تحلیل دادهها نشان داد نورونهای موجود در ابتدای مسیر پردازش اطلاعات مانند نورونهای بینایی معمولا عملکرد مشخصتر و تخصصیتری دارند و به ویژگیهای خاص محرکهای حسی پاسخ میدهند، اما در بخشهای بالاتر سلسلهمراتب پردازش مغز، این مرزبندیها تقریبا از بین میرود. هر نورون به ترکیب متفاوتی از اطلاعات پاسخ میدهد و قشر مغز به جای اتکا به گروههای کاملا تخصصی از مجموعهای متنوع از نورونهای انعطافپذیر استفاده میکند.
فوزی در اینباره میگوید: ما نمیگوییم نورونهای تخصصی وجود ندارند؛ بلکه میگوییم آنها استثنا هستند، نه قاعده.
با وجود تنوع زیاد رفتار نورونها فعالیت آنها کاملا تصادفی نبود. پژوهشگران دریافتند تنها با بررسی الگوی پاسخ یک نورون میتوان با دقت مناسبی تشخیص داد که آن نورون متعلق به کدام ناحیه مغز است. اگرچه نورونهای یک ناحیه دقیقاً مشابه یکدیگر عمل نمیکنند، اما ویژگیهای کلی مشترکی دارند که هویت آن بخش از مغز را حفظ میکند.
پوزانی برای توضیح این موضوع از مثال نقشههای رایگیری استفاده میکند و میگوید: در نقشههای انتخاباتی، مناطقی وجود دارند که مردم به طور کلی گرایش مشابهی دارند، اما وقتی دقیقتر نگاه میکنید با ترکیبی از دیدگاههای مختلف روبهرو میشوید.
به گفته او قشر مغز نیز به همین شکل سازمان یافته است؛ هر ناحیه شخصیت عملکردی خاص خود را دارد اما نورونهای درون آن از نظر نحوه پاسخدهی بسیار متنوع هستند.
شوچی وانگ، دانشجوی دکتری مدرسه پلیتکنیک فدرال لوزان و دیگر نویسنده اصلی این مطالعه میگوید: هر نورون به شیوه خاص خود انعطافپذیر است.
پژوهشگران معتقدند همین تنوع یکی از مهمترین نقاط قوت مغز محسوب میشود. اگر هزاران نورون دقیقا یک پاسخ مشابه تولید میکردند بخش بزرگی از فعالیت آنها تکراری و بدون کارایی بود اما زمانی که هر نورون ترکیب متفاوتی از اطلاعات را کدگذاری میکند، مغز میتواند تعداد بسیار بیشتری از موقعیتها و حالتهای مختلف را از یکدیگر تشخیص دهد. برای مثال هنگام مشاهده اشیایی با رنگ و شکل متفاوت، برخی نورونها بیشتر به رنگ واکنش نشان میدهند، برخی دیگر به شکل گروهی به حرکت و تعدادی نیز همزمان چند ویژگی را پردازش میکنند. در نتیجه مجموعه فعالیت این نورونها میتواند تفاوت میان اشکالی مانند یک دایره قرمز، مربع قرمز یا دایره سیاه را بهخوبی تشخیص دهد.
دانشمندان این شیوه پردازش را بازنماییهای چندبعدی (High-dimensional representations) مینامند، روشی که در آن گروهی از نورونها به صورت همزمان چندین ویژگی را کدگذاری میکنند و همین موضوع امکان انجام طیف گستردهای از وظایف شناختی را فراهم میآورد.
فوزی میگوید: میتوان از این بازنماییهای چندبعدی برای انجام وظایف بسیار متنوعی استفاده کرد.
یکی دیگر از نتایج مهم این مطالعه آن است که مشاهده عملکرد یک نورون بهتنهایی میتواند گمراهکننده باشد. از آنجا که هر نورون همزمان به چندین متغیر پاسخ میدهد، فعالیت آن ممکن است نامنظم یا غیرقابل تفسیر به نظر برسد، اما هنگامی که هزاران نورون به صورت همزمان بررسی میشوند، الگوهای منسجم و معناداری آشکار میشود که نحوه پردازش اطلاعات در مغز را توضیح میدهد.
به گفته پژوهشگران علوم اعصاب در دهههای گذشته عمدتا بر شناسایی نورونهایی تمرکز داشت که پاسخهای ساده و قابل طبقهبندی داشتند و بسیاری از نورونهای با رفتار پیچیده نادیده گرفته میشدند. اکنون مشخص شده است که همین سلولهای ظاهرا نامنظم احتمالا نقش مهمی در انعطافپذیری و توانایی سازگاری مغز ایفا میکنند.
پژوهشگران معتقدند نتایج این مطالعه میتواند مسیر تحقیقات درباره بیماریهای عصبی و روانپزشکی را نیز تغییر دهد.
به باور آنها بسیاری از اختلالات مغزی ممکن است ناشی از آسیب یک نوع نورون تخصصی نباشد بلکه از بههمخوردن الگوهای هماهنگ فعالیت میان جمعیت بزرگی از نورونهای چندمنظوره ناشی شود، موضوعی که میتواند در آینده به توسعه روشهای جدید تشخیص و درمان بیماریهایی مانند آلزایمر، پارکینسون یا برخی اختلالات روانی کمک کند.
تیم تحقیقاتی اکنون قصد دارد بررسی کند که آیا نورونها بسته به نوع فعالیت یا شرایط، میان رفتار تخصصی و رفتار چندمنظوره جابهجا میشوند یا خیر. به بیان دیگر ممکن است یک نورون در یک وظیفه نقش عمومی داشته باشد اما در موقعیتی دیگر به صورت کاملا تخصصی عمل کند.
فوزی در پایان تاکید میکند: هنوز چیزهای بسیار زیادی برای کشف درباره نحوه عملکرد مغز باقی مانده است.
این یافتهها تصویری تازه از سازماندهی مغز ارائه میکنند، تصویری که در آن انعطافپذیری و همکاری گسترده میان نورونها، جایگزین دیدگاه سنتیِ وجود سلولهایی با وظایف کاملا ثابت و مجزا میشود و میتواند افقهای جدیدی را برای پژوهشهای علوم اعصاب و درمان بیماریهای مغزی بگشاید.
انتهای پیام/