پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست در مطالعهای روی موشها شواهدی یافتهاند که نشان میدهد مغز برای پردازش انواع مختلف اطلاعات لزوما به مدارهای عصبی جداگانه نیاز ندارد و میتواند از یک مجموعه نورونی مشترک برای انجام محاسبات مشابه استفاده کند.
به گزارش گروه ترجمه خبرگزاری برنا به نقل از دانشگاهام آی تی، این پژوهش بر فعالیت نورونهای قشر پیشپیشانی مغز متمرکز بود؛ ناحیهای که در عملکردهایی مانند برنامهریزی، تصمیمگیری و کنترل رفتار نقش دارد. یافتههای مطالعه نشان میدهد یک گروه مشخص از نورونها میتواند در یک مرحله، اطلاعات حسی مانند یک صدا را در حافظه کاری نگه دارد و در مرحلهای دیگر، برای حفظ برنامه انجام یک عمل مورد استفاده قرار گیرد.
این نتایج از ایدهای در علوم اعصاب با عنوان «ترکیبپذیری» (Compositionality) حمایت میکند؛ دیدگاهی که بر اساس آن مغز میتواند از واحدها یا مدارهای عصبی قابل استفاده مجدد مانند قطعات سازنده، برای ایجاد رفتارها و تواناییهای شناختی مختلف استفاده کند.
یومـا اوساکو، پژوهشگر پسادکتری MIT و نویسنده اصلی این مطالعه میگوید مغز برای هر نوع اطلاعات لزوما گروه جداگانهای از نورونها را اختصاص نمیدهد بلکه میتواند از جمعیتهای نورونی مشابه برای انجام یک محاسبه واحد روی انواع مختلف اطلاعات استفاده کند.
به گفته او یک زیرمجموعه مشخص از نورونها میتواند در حافظه کاری، هم یک عمل و هم یک محرک حسی را نگه دارد.
حافظه کاری بخشی از سیستم شناختی است که اطلاعات را برای مدت کوتاهی در دسترس نگه میدارد تا فرد بتواند از آنها برای انجام یک کار فوری استفاده کند. برای مثال به خاطر سپردن یک دستور، یک صدا یا برنامهای که قرار است چند لحظه بعد اجرا شود، به حافظه کاری وابسته است.
مریگانکا سور، استاد علوم اعصاب در موسسه پیکاور برای یادگیری و حافظه MIT و تیموتی بوشمن، استاد مؤسسه علوم اعصاب دانشگاه پرینستون از نویسندگان ارشد این پژوهش هستند.
پژوهشگران پیشتر نیز احتمال وجود مدارهای عصبی قابل استفاده مجدد را مطرح کرده بودند. این دیدگاه بیان میکند که مغز میتواند واحدهایی را که بخشی از یک فرایند شناختی را انجام میدهند، در موقعیتهای مختلف دوباره به کار بگیرد.
بوشمن توضیح میدهد که یکی از راهحلهای پیشنهادی برای توضیح انعطافپذیری شناختی، همین مفهوم ترکیبپذیری است؛ یعنی بخشهایی از شناخت که بخشی از یک وظیفه را انجام میدهند، بتوانند در وظیفهای دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرند.
آزمایشگاه بوشمن پیشتر نشان داده بود که حیوانات میتوانند مدارهای عصبی مختلفی را برای انجام بخشهای متفاوت یک وظیفه کنار یکدیگر قرار دهند. برای مثال مدارهایی که در دستهبندی اشیا بر اساس شکل یا رنگ نقش دارند میتوانند مانند قطعاتی انعطافپذیر برای ایجاد رفتارهای جدید عمل کنند.
پژوهش جدید یک پرسش دیگر را بررسی کرد: آیا خود مدارهای عصبی نیز میتوانند برای انجام عملکردهای متفاوت مورد استفاده مجدد قرار گیرند؟
اوساکو در این زمینه میگوید زندگی روزمره به مغز نیاز دارد تا انواع بسیار متنوعی از اطلاعات را بهطور موقت نگه دارد و پرسش اساسی این است که مغز چگونه با تعداد محدودی نورون میتواند این تنوع تقریبا نامحدود اطلاعات را نمایش دهد.
برای بررسی این موضوع پژوهشگران موشها را برای انجام وظیفهای آموزش دادند که شامل دو صدا بود. حیوان باید تشخیص میداد که آیا دو صدای ارائهشده یکسان هستند یا خیر.
صدای نخست میتوانست زیر یا بم باشد. موش پس از شنیدن صدای اول باید ویژگی آن را در حافظه خود نگه میداشت. سپس صدای دوم پخش میشد.
پس از شنیدن صدای دوم، حیوان باید تصمیم میگرفت چه واکنشی نشان دهد؛ بنابراین در مرحله دوم، علاوه بر اطلاعات مربوط به صدا، برنامه مربوط به عمل بعدی نیز باید برای مدت کوتاهی در حافظه کاری باقی میماند.
پژوهشگران هنگام انجام این وظیفه، فعالیت الکتریکی هزاران نورون را ثبت کردند و بهطور ویژه دو ناحیه مغز یعنی قشر پیشپیشانی و قشر آهیانهای را مورد بررسی قرار دادند.
قشر پیشپیشانی با عملکردهای اجرایی از جمله برنامهریزی و تصمیمگیری ارتباط دارد، در حالی که قشر آهیانهای در پردازش اطلاعات حسی و برنامهریزی حرکات نقش دارد.
پس از ثبت فعالیت نورونها پژوهشگران با استفاده از روشهای محاسباتی، گروههایی از سلولها را شناسایی کردند که اطلاعات مشخصی را رمزگذاری میکردند.
نتایج نشان داد الگوی فعالیت قشر آهیانهای تخصصیتر است. نورونهای این ناحیه عمدتاً در نگهداری حافظه مربوط به صدای شنیدهشده نقش داشتند اما در قشر پیشپیشانی الگوی انعطافپذیرتری مشاهده شد.
پژوهشگران در این ناحیه گروهی از نورونها را شناسایی کردند که میتوانست در دو مرحله متفاوت دو نوع اطلاعات را در حافظه کاری نگه دارد.
در نخستین فاصله زمانی پس از شنیدن صدای اول، این گروه نورونی اطلاعات مربوط به همان صدا را نگه میداشت اما در فاصله زمانی بعدی همان گروه از نورونها در حفظ برنامه مربوط به عمل بعدی نقش داشت.
به این ترتیب یک جمعیت نورونی یکسان میتوانست در زمانهای مختلف، محتوای متفاوتی را در خود نگه دارد؛ ابتدا یک محرک حسی و سپس یک پاسخ یا برنامه حرکتی.
این یافته نشان میدهد که مغز برای هر محتوای ذهنی لزوما به مجموعهای کاملا مجزا از نورونها نیاز ندارد و میتواند از مدارهای موجود برای نگهداری انواع مختلف اطلاعات استفاده کند.
سور میگوید زمانی که موشها وظایفی را انجام میدهند که در آنها امکان استفاده مجدد از محاسبات حافظه بررسی میشود مشخص میشود که این محاسبات واقعا قابلیت استفاده مجدد دارند. به گفته او بخشهایی از فعالیت عملکردی در قشر پیشپیشانی میتوانند بستری برای ترکیب و تطبیق اطلاعات و در نتیجه ایجاد شناخت انعطافپذیر باشند.
یکی از نتایج اصلی این مطالعه آن است که مغز برای نگهداری اطلاعات در حافظه کاری میتواند از یک مدار مشترک استفاده کند و بسته به وظیفهای که در حال انجام است، محتوای متفاوتی را در آن قرار دهد.
بوشمن میگوید این موضوع به این معناست که مغز مجبور نیست هر بار که حیوان یا انسان با یک وظیفه جدید مواجه میشود یک مدار کاملا جدید برای نگهداری اطلاعات بسازد.
اگر یک مدار عصبی بتواند محاسبهای مشخص مانند نگهداری موقت اطلاعات را انجام دهد همان مدار ممکن است برای محتوای دیگری نیز مورد استفاده قرار گیرد.
این سازوکار میتواند یکی از توضیحها برای توانایی مغز در پاسخگویی به طیف گستردهای از نیازهای شناختی با وجود محدودیت تعداد نورونها باشد. محتوای اطلاعات ممکن است تغییر کند اما عملیات اساسی مغز مانند نگهداری موقت اطلاعات در حافظه کاری میتواند تا حدی ثابت بماند.
برای مثال فرد ممکن است در یک لحظه یک صدا در لحظهای دیگر یک مکان، یک دستور یا برنامهای برای انجام یک عمل را در ذهن خود نگه دارد. محتوای این اطلاعات متفاوت است اما بخشی از محاسبات عصبی مورد نیاز برای نگهداری آنها میتواند بر بستر مدارهای مشترک انجام شود.
پژوهشگران تاکید نمیکنند که کل مغز از مجموعهای از قطعات ساده و مستقل تشکیل شده است. یافتههای این مطالعه در عوض نشان میدهد که دستکم برخی از جمعیتهای نورونی میتوانند بهعنوان اجزای قابل استفاده مجدد در فرایندهای شناختی انعطافپذیر عمل کنند.
وظیفهای که در این مطالعه روی موشها انجام شد نیز با پیچیدگی تفکر روزمره انسان قابل مقایسه نیست. حیوان تنها باید دو صدا را مقایسه و بر اساس آن پاسخ مناسب را انتخاب میکرد.
همین وظیفه ساده شامل چند مرحله شناختی بود: دریافت اطلاعات حسی، نگهداری آن در حافظه، مقایسه اطلاعات، تصمیمگیری و آماده شدن برای انجام یک عمل.
پژوهشگران معتقدند این مراحل نمونههایی از عملیات پایهای هستند که در بسیاری از رفتارها و وظایف شناختی پیچیدهتر نیز مورد استفاده قرار میگیرند.
نتایج همچنین تفاوتی میان عملکرد دو ناحیه مورد بررسی نشان داد. قشر آهیانهای بیشتر با نگهداری اطلاعات حسی مرتبط بود در حالی که قشر پیشپیشانی توانایی بیشتری برای استفاده مجدد از یک جمعیت نورونی در نگهداری محتوای متفاوت داشت.
این یافته با نقش شناختهشده قشر پیشپیشانی در رفتارهای انعطافپذیر، برنامهریزی و تصمیمگیری سازگار است؛ فرایندهایی که در آنها مغز باید انواع مختلف اطلاعات را برای مدت کوتاهی در دسترس نگه دارد و سپس از آنها برای انتخاب یک اقدام استفاده کند.
مطالعه MIT شواهدی ارائه میکند که نشان میدهد انعطافپذیری شناختی ممکن است تا حدی از قابلیت استفاده مجدد مدارهای عصبی ناشی شود.
بر اساس این دیدگاه، مغز برای هر وظیفه یا نوع اطلاعات، یک مدار کاملا جدید ایجاد نمیکند بلکه میتواند مجموعهای از مدارهای موجود را متناسب با نیازهای لحظهای ترکیب و دوباره مورد استفاده قرار دهد.
البته این مطالعه روی موشها انجام شده است و نمیتوان یافتههای آن را بدون بررسیهای بیشتر مستقیما به تمام فرایندهای شناختی انسان تعمیم داد. با این حال نتایج میتواند به درک بهتر چگونگی مدیریت تنوع بالای اطلاعات توسط مغز و سازوکارهای عصبی زیربنای رفتار انعطافپذیر کمک کند.
انتهای پیام/