مغز چگونه می داند ما کجا هستیم؟

چکیده

در مغز ما مانند مغز سایر پستانداران مثل میمون ها و موش ها، منطقه ای به نام هیپوکامپ وجود دارد که به ما امکان می دهد راه خود را پیدا کنیم و گم نشویم. گاهی اوقات می خواهیم به سمت یک مکان خاص رانندگی کنیم اما در نهایت سر از جای دیگری در می آوریم. ولی چگونه این اتفاق می افتد؟ مکان دقیقا چیست؟ آیا مانند حس های دیگر مانند حس های بویایی و شنوایی و بینایی حسی به نام مکان هم داریم؟ در این مقاله ما در مورد سلول های مکانی و انواع دیگر سلول های مغزی که در آزمایشگاه بررسی می کنیم صحبت خواهیم کرد که به مغز ما وظیفه ی عمل به نقشه ی داخلی را می دهد و مانند برنامه  waze  در هر یک از ما عمل می کند تا کمک کند راه خود را بین مکان های مختلف پیدا کنیم.

 

مغز با خود مبارزه می کند

هفته ی گذشته همراه همسرم روتی سوار ماشین شدیم تا او را به محل کارش برسانم (شکل 1). من شروع به رانندگی کردم و در طول مسیر با یکدیگر صحبت کردیم. محل کار روتی در حیفا اسرائیل، در محله ای به نام هدار است و محل کار من در بت گالیم، نزدیک دریا است. ما در کوه کمل زندگی می کنیم.  پس من شروع به رانندگی در مسیر همیشگی در دامنه ی کوه کردم ولی بعد از چند دقیقه متوجه شدیم که ماشین به صورت اتفاقی به جای محل کار روتی، ما را به سمت محل کار من برد. البته ما بلافاصله مسیر را تغییر دادیم اما همین تغییر مسیر باعث شد نیم ساعت در ترافیکی سنگین گیر کنیم. آنجا دقیقا چه اتفاقی افتاد؟ چطور شد که من میخواستم به سمت محل کار روتی بروم ولی بدون اینکه متوجه شوم به محل کار خودم رفتم؟

 

شکل1- تصویرگر: شیرا دردیکمن

شکل1- تصویرگر: شیرا دردیکمن

 

پس معلوم می شود که در مغز ما قسمت های مختلفی وجود دارند که مسئول این سوال هستند ” من کجا باید بروم؟” و گاهی اوقات این قسمت های مغز پاسخ های متفاوتی به این سوال می دهند. وقتی سوار ماشین شدم یکی از قسمت های مغزم به من گفت” از راهی که هر روز می روی و به سمت محلی که همیشه به آنجا می روی رانندگی کن.” در حالی که قسمت دیگر مغزم گفت ” صبر کن! امروز باید عادت خود را کنار بگذاری و به مکان جدیدی بروی.” و مشکل این است که گاهی قسمتی از مغز که مسئول عادت است کنترل را در دست می گیرد و باعث می شود به جایی برویم که قصد رانندگی به آنجا را نداشتیم.

پروفسور اسرائیلی دانیل کانمن، برنده ی جایزه نوبل در اقتصاد، ادعا کرد مغز دارای دو سیستم به نام سیستم 1 و سیستم 2 است. سیستم 1 سریع تر و اتوماتیک کار می کند درحالی که سیستم 2 کند تر کار می کند و برای کار کردن نیاز به تمرکز دارد اما به ما این امکان را می دهد که کارهای پیچیده تری انجام دهیم. سیستم 2 به توجه آگاهانه نیاز دارد درحالی که ما کمتر متوجه کاری که سیستم 1 انجام می دهد می شویم و این سیستم حتی در صورت عدم توجه نیز به کار خود ادامه می دهد. در هنگام رانندگی ما باید به سمت محل کار روتی میرفتیم که نیاز بود از عادت خودم دور شوم. برای رسیدن به مقصد درست باید کنترل را به دست سیستم 2 می سپردم ولی این سیستم در حال صحبت با روتی بود، بنابراین سیستم 1 کنترل را بدست گرفت و ما به جای محل کار روتی که دور از عادت بود به سمت محل کار من رفتیم.

 

نقشه ی داخلی درون مغز ما

من در آزمایشگاهم نقش سیستم 2 در فرایند جهت یابی را مطالعه کردم. سیستم 2 یک سیستم انعطاف پذیر است که به ما اجازه می دهد مسیر خود را در مکان هایی قبلا نبوده ایم پیدا کنیم. تصور کنید هر یک از ما یک نقشه ی کوچک در ذهنمان داریم اما این نقشه چیست؟ این نقشه به ما امکان چه کاری را می دهد؟ در مغز انسان ناحیه ای به نام هیپوکامپ وجود دارد (شکل 2) که به اعتقاد ما بخشی از سیستم 2 است. هیپوکامپ شامل نواحی مغزی است که مسئول هدایت در مکان هایی است که برایمان کمتر ﺁشنا هستند. هیپوکامپ در انسان، میمون‌ها، و موش‌ها نیز همین عملکرد را دارد. همه این حیوانات باید راه خود را از یک مکان به مکان دیگر پیدا کنند ، بنابراین جای تعجب نیست که آنها دارای مناطق مغزی مسئول این کار هستند. این واقعیت که هیپوکامپ در انسان و همچنین سایر پستانداران مانند موش ها وجود دارد ، این ادعا را تایید می کند که همه ی پستانداران یک جد مشترک دارند که میلیون ها سال پیش زندگی می کرده و همچنین دارای هیپوکامپ بوده است.

 

شکل2- (A) هیپوکامپ در یونانی به معنی "اسب دریایی" است ، زیرا شکل این ناحیه مغز شبیه شکل اسب دریایی است (تصویر: شیرا دردیکمان). (B) موقعیت هیپوکامپ در مغز انسان (منبع: ویکی پدیا).

شکل2- (A) هیپوکامپ در یونانی به معنی “اسب دریایی” است، زیرا شکل این ناحیه مغز شبیه شکل اسب دریایی است. (B) موقعیت هیپوکامپ در مغز انسان

 

من در آزمایشگاه خودم در Technion ، روی هیپوکامپ موش ها مطالعه می کنم. در موش ، مانند انسان ، هیپوکامپ در محاسبات مسیر یابی نقش دارد. مانند ما، موش ها نیازی به حرکت از خانه تا محل کار ندارند. اما آنها باید بدانند که چگونه می توانند از لانه خود به آشپزخانه ما بروند تا پنیرهای خرد شده را روی زمین پیدا کنند و سپس با خیال راحت به لانه ی خود برگردند (بدون اینکه سر راه به گربه ی من برخورد کنند). هیپوکامپ شامل میلیون‌ها سلول مغزی است که این  سلول‌ها مسئول انتقال سیگنال‌ها از یک مکان به مکان دیگر مغز با استفاده از جریان‌های الکتریکی هستند. به همین دلیل است که سلول های مغزی بسیار طولانی و کمی شبیه به کابل های ارتباطی هستند (شکل 3). در آزمایشگاه، ما فعالیت الکتریکی این سلول ها را ثبت می کنیم.

 

شکل3- سلول مغزی

شکل3- سلول مغزی

 

یک سلول مغزی ، که یک نورون نیز نامیده می شود ، می تواند بسیار باریک باشد، حدود یک صدم میلی متر، یا می تواند بسیار طولانی باشد ، تا بتواند اطلاعات را با استفاده از جریان های الکتریکی  از یک مکان به مکان دیگر در مغز منتقل کند.

 

سلول های مکان و سلول های دیگر

موفقیت بزرگی تقریبا 50 سال پیش در سال 1971 در مطالعه ی هیپوکامپ اتفاق افتاد. پروفسور جان اوکیف، از لندن و دانشجوی اسرائیلی وی دکتر جاناتان داستروفسکی، سلول های مغزی بسیار ویژه ای را در هیپوکامپ موش صحرایی کشف کردند. پروفسور اوکیف کشف کرد که این سلولهای خاص در هیپوکامپ هنگامی که موش در یک مکان خاص وجود دارد ، واکنش نشان می دهند (یعنی یک سیگنال الکتریکی را به سلولهای دیگر ارسال می کند). با این حال، وقتی موش در مکان دیگری قرار دارد، این سلولها ساکت هستند و از نظر الکتریکی فعال نیستند. بنابراین، وقتی محققان فعالیت این سلول‌ها را در هیپوکامپ ثبت کردند، ﺁنها می‌توانستند چیزی در مورد محل موش در ﺁن لحظه بدانند (شکل 4). اوکیف نشان داد که این سلول‌ها یک نوع نقشه داخلی را درون مغز موش (یا انسان، یا میمون) شکل می‌دهند که به موش کمک می‌کند تا بفهد کجاست و چگونه راه خود را پیدا کند. این نقشه به نوعی شبیه به برنامه  “Waze” است، که در همه پستانداران وجود دارد و به آنها کمک می کند مسیر خود را از یک مکان به مکان دیگر پیدا کنند.

 

شکل ۴ – سلول های مکانی سلول‌های مغزی در هیپوکامپ که "بیدار می‌شوند" و هر بار که حیوان از یک مکان مشخص در جعبه عبور می‌کند، شروع به ارسال سیگنال‌های الکتریکی می‌کنند.

شکل ۴ – سلول های مکانی سلول‌های مغزی در هیپوکامپ که “بیدار می‌شوند” و هر بار که حیوان از یک مکان مشخص در جعبه عبور می‌کند، شروع به ارسال سیگنال‌های الکتریکی می‌کنند.

 

در این مثال ، هنگامی که موش از ناحیه مشخص شده با دایره زرد عبور می کند ، یک سلول مکانی “بیدار می شود”. سلول مکان دیگری در مکان دیگری از جعبه “بیدار” می شود. این سلولها در هیپوکامپ سایر پستانداران نیز یافت می شوند.

در ابتدا دانشمندان درباره ی یافته های اوکیف به این خاطر که ایده ی سلول های مکانی بسیار عجیب به نظر می رسید، تردید داشتند. چگونه ممکن است سلول های مغزی وجود داشته باشد که وقتی در مکانی خاص هستیم شروع به کار کنند؟ تا زمان کشف اوکیف ، دانشمندان بر این باور بودند که سلول های مغزی در حیوانات بیشتر مشغول دو چیز  هستند: احساس (بینایی ، شنوایی ، لامسه ، بویایی و چشایی) و حرکت. در آن زمان مشخص شده بود که سلول‌های مغزی وجود دارند که به چیزی که حواس 5 گانه ی ما برخورد می‌کنند، واکنش نشان می‌دهند، اما درباره ی سلول های “مکان” بسیار کم‌تر صحبت شده ‌بود. سلولها به یک “مکان” خاص پاسخ می دهند یعنی چه؟ چگونه می توان مکانی را تعریف کرد؟ به هر حال این یک سوال ساده نیست ، اما تقریباً 50 سال بعد ، آزمایشات زیادی انجام شد که وجود سلولهای مکانی را تایید می کند و مخالفت با آنها دشوار است. در سال 2014 تقدیری از پروفسور جان اوکیف شد که شایسته این کشف مهم بود و او جایزه نوبل گرفت.

از زمان کشف سلولهای مکانی در 1970، سلولهای مغزی دیگری که با جهت یابی کار می کنند کشف شده است. نوع مهم دیگر سلولهای مکان یابی، سلولهای شبکه ای نامیده می شود، در سال 2005 در یک آزمایشگاه در نروژ توسط پروفسور ادوارد و می-بریت موزر به همراه دانشجویانشان کشف شد. همچنین به کشف آن ها جایزه ی نوبل اهدا شد. موزر کشف کرد که یک منطقه مغزی در نزدیکی هیپوکامپ شامل سلولهای مغزی است که یک نقشه فضایی ایجاد می کند که به طور شش ضلعی کار می کند. این شش ضلعی ها به کندوی عسل شباهت دارند (شکل 5). این کشف چنان من را به هیجان آورد که در سال 2006، من به آزمایشگاه موزر در نروژ سفر کردم و با آنها در زمینه ی مطالعه ی سلولهای شبکه ای که تازه کشف شده بود، کار کردم.

 

شکل5- عملکرد سلول شبکه ای شبیه شکل یک کندوی عسل است.

شکل5- عملکرد سلول شبکه ای شبیه شکل یک کندوی عسل است.

 

نگاهی به آینده

چه آینده ای در انتظار ما است؟ اکنون که انواع مختلفی از سلول هایی که به عنوان نقشه ی داخلی مغز با هم کار می کنند کشف شده اند، یکی از اهداف اصلی این تحقیق ، کشف نحوه عملکرد این سلول ها است ، به این معنی که  آنها چگونه “مکان” را تشخیص می دهند. در ﺁزمایشگاهم، دریافتیم که برخی مکان‌های مشخص از بقیه مهم‌ترند، و بررسی کردیم که مغز چگونه تصمیم می‌گیرد که چه چیزی مهم است و چه چیزی مهم نیست. به علاوه، ما مسیری در مغز که اطلاعات را از حواس (دید و لامسه) به نقشه داخلی انتقال می‌دهد، مطالعه می‌کنیم. تکنولوژی درباره ی مطالعات مغز در ۵۰ سال گذشته پیشرفت چشمگیری داشته‌است. در حالی که پروفسور اوکیف قادر به ثبت فعالیت الکتریکی فقط از سلولهای مغزی به صورت تکی بود ، امروزه می توانیم صدها و هزاران سلول مغزی را به طور همزمان ضبط کنیم. این ما را به دوره جدیدی از یافته های بزرگ (Big Data) می رساند، که در آن می توانیم میلیون ها سیگنال را از مغز ثبت کنیم. اکنون چالش بزرگ از همه ی این سیگنال ها به منظور پاسخ به سوال اساسی که با آن شروع کردیم رمز گشایی می کند-مغز چگونه می داند ما کجا هستیم؟

0

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سبد خرید
0