یافته جدید محققان عصب شناسی استنفورد در مورد مرکز رهیابی مغز

اگر در مورد صبحانه‌ی امروزتان فکر کنید، احتمالاً علاوه بر موقعیت مکانی (مثلاً پشت میز غذاخوری)، آن‌چه در آن لحظه در فکرتان می‌گذشت را هم به خاطر می‌آورید. تحقیقات جدید دانشگاه پزشکی استنفورد در حوزه‌ی عصب شناسی نشان داده است که به غیر از اطلاعات محیط اطراف، بافت درونی (همچون عواطف یا افکار) نیز روی مراحل اولیه‌ی شکل‌گیری خاطرات تأثیر می‌گذارد.

این پژوهش که در تاریخ 6 اوت در ژورنال نورون Neuron منتشر شد، توانست دیدگاه رایج میان عصب‌شناسان را متحول کند. بر اساس این دیدگاه، رهیابی جزء اصلی حافظه است و حافظه‌ی فضایی Spatial memory موجودات طی روند تکامل بهتر شده تا به آن‌ها کمک کند مسیرشان به سمت منابع (آب و غذا و …) را بازیابی و در این مسیر، از تهدیدها و خطرات دوری کنند. به عبارت دیگر، بر اساس این رویکرد، بیشتر جنبه‌های ذهنی حافظه بر همین مبنا ایجاد می‌شوند.

ایزابل لو Isabel Low، نویسنده‌ی اصلی مقاله و متقاضی دکتری عصب شناسی، می‌گوید: «دلیل اصلی این‌که می‌توانیم بین تجارب گوناگونی که در یک محیط رخ داده‌اند تمیز قائل شویم به یادآوری حالات درونی‌مان برمی‌گردد. بر اساس این حالات است که می‌توانیم خاطره‌ی مربوط به صبحانه‌ی امروز را از خاطرات صبحانه‌های دیگر این هفته یا حتی چند سال اخیر جدا کنیم.»

GPS (سامانه‌ی موقعیت‌یابی) مغز

لو و همکارانش در مطالعات اخیر خود در آزمایشگاه لیزا گیوچومو Lisa Giocomo (دکتری و استادیار عصب-‌زیست‌شناسی) روی ناحیه‌ای از مغز، به نام قشر اینتورینال میانی، تمرکز کردند که سال‌هاست به عنوان GPS مغز شناخته می‌شود. بر اساس پژوهش‌های قبلی، نورون‌های قشر اینتورینال مسئول بازنمایی موقعیت و جهت‌گیری مکانی جاندار در یک محیط خاص هستند؛ بدین منظور، صدها نورون فعال می‌شوند تا چیزی شبیه یک نقشه‌ی ذهنی از آن فضا ایجاد کنند. هنگام قرارگیری در محیط‌های آشنا، نورون‌ها بین این نقشه‌های عصبی جابجا شده و به سایر نواحی مدار حافظه‌ی مغز کمک می‌کنند تا هرکدام، قسمتی از جریان پیوسته‌ی تجارب حسی را تعریف کنند.

با این حال، پژوهش مذکور نشان داد که شاید نورون‌های قشر اینتورینال مغز به چیزهایی همچون هدف یا انگیزه‌ی جاندار پاسخ می‌دهند، نه تغییرات رخ داده در محیط او.

گیوچومو، عضو مؤسسه‌ی عصب شناسی وو سای Wu Tsai Neurosciences Institute، می‌گوید: «دیدگاه قدیمی می‌گوید قشر اینتورینال مثل دستگاه GPS ماشین، ما را به رستوران موردعلاقه‌مان می‌برد؛ اما دلیل رفتن به این رستوران معلوم نیست، آیا گرسنه‌ایم یا می‌خواهیم دوستمان را ملاقات کنیم؟ یا این‌که رستوران در مسیر ما به جای دیگری قرار دارد؟ در این دیدگاه گفته می‌شود که بافت غنی‌تر، در مراحل بعدی و در مرکز حافظه‌ی هیپوکامپ، به خاطرات اضافه می‌شود. اما مشاهدات اخیر این دیدگاه را زیر سؤال برده‌اند.»

استفاده از فناوری‌های نوین مغزی

تا کنون، متخصصان توانسته‌اند در هر واحد زمانی، فعالیت پنج تا 10 نورون را بررسی کنند تا جابجایی صدها نورون قشر اینتورینال میانی بین نقشه‌ها را توضیح دهند. لو و همکارانش برای درک بهتر این موضوع، از فناوری‌های نوین مغزی کمک گرفتند تا فعالیت صدها نورون قشر اینتورینال مغز موش‌ها را به صورت همزمان، هنگام مسیریابی در محیطی مجازی (با دویدن در چرخ آزمایشگاه)، ثبت کنند.

هدف محققان درک این موضوع بود که چطور بدون هیچ تغییری در محیط، نقشه‌های فضایی قشر اینتورینال تغییر می‌کنند. در همین راستا، محیطی مجازی به شکل یک مسیر خطی بی‌انتها ساختند که در آن، هر 4 متر یک سری ویژگی تکرار می‌شدند. در کمال تعجب محققان، این آزمایش نشان داد که علی‌رغم یکنواختی محیط، نورون‌های قشر اینتورینال دو نقشه‌ی متمایز تولید کرده و به صورت منظم، تقریباً هر 30 دقیقه، بین آن‌ها جابجا می‌شدند.

لو در این باره توضیح می‌دهد: «انتظار داشتیم تغییراتی جزئی مشاهده کنیم که تنها از طریق روش‌های آماری پیچیده قابل تشخیص باشند. اما با بسط مطالعات و بررسی همزمان صدها نورون، جابجایی کاملاً مرتب این نورون‌ها بین دو نقشه‌ی متمایز از یک مکان واحد، به وضوح می‌شد قابل مشاهده بود!»

جاندار چطور می‌تواند حس یکسانی نسبت به یک مکان داشته باشد وقتی GPS مغزش دائم بین نقشه‌ها جابجا می‌شود؟

لو و همکارانش فرض را بر این گذاشتند که این جابجایی خودبخودی بین نقشه‌ها، بازتاب تغییراتی است که در نحوه‌ی تجربه‌ی جاندار یا پردازش او از محیطش رخ می‌دهد. اما این نتیجه‌گیری یک مشکل داشت: اگر رویکرد قبلی درست باشد و نقشه‌های قشر اینتورینال میانی، بازنمایی ثابتی از محیط اطراف حفظ کرده و با سیستم‌های دیگر حافظه (مثل هیپوکامپ) به اشتراک بگذارند، جاندار چطور می‌تواند حس یکسانی نسبت به یک مکان داشته باشد وقتی GPS مغزش دائم بین نقشه‌ها جابجا می‌شود؟

الکس ویلیامز Alex Williams، دانشجوی پست‌دکتری آمار و عصب شناسی، در این مطالعات با لو همکاری داشته است. نتیجه‌ی تجزیه و تحلیل او نشان داد که حتی وقتی در فعالیت صدها نورون قشر اینتورینال، تغییراتی اساسی ایجاد شود (تغییراتی که احتمالاً مربوط به تغییر حالت ذهنی جاندار هستند)، فعالیت مغز همچنان اطلاعات فضایی مشابهی را در مورد محیط جاندار بازتاب می‌دهد.

بدین ترتیب محققان نشان دادند قسمت‌هایی از مدار حافظه‌ی مغز که متکی بر ثبات بازنمایی‌های فضایی هستند، می‌توانند تمایز بین نقشه‌های متفاوت را نادیده بگیرند؛ قسمت‌های دیگر مدار حافظه هم می‌توانند اطلاعات راجع به بافت درونی (همچون اهداف یا عواطف) را از نقشه‌ها استخراج کنند. بدین طریق، مغز می‌تواند به شکلی کارآمد، تجارب مشابه را در پوشه‌های جداگانه و مجزا دسته‌بندی کند.

لو معتقد است: «این یافته‌ها به ما نشان دادند که جانداران چطور می‌توانند از دنیایی که در عین تغییرات پویا، ثبات هم دارد، بازنمایی‌هایی ذهنی تولید کنند.»

کدام فرآیندهای ذهنی درونی، محرک و آغازگر این جابجایی‌های به ظاهر خودبخودی بین نقشه‌ها هستند؟

محققان اکنون به دنبال کشف این هستند که کدام فرآیندهای ذهنی درونی، محرک و آغازگر این جابجایی‌های به ظاهر خودبخودی بین نقشه‌ها هستند. بر اساس مشاهدات، تغییر نقشه‌های قشر اینتورینال اغلب زمانی اتفاق می‌افتد که جاندار سرعت دویدن خود را کاهش می‌دهد؛ با این حال، معنای این همبستگی همچنان ناشناخته باقی می‌ماند. به گفته‌ی لو: «شاید جاندار سرعتش را کاهش می‌دهد تا نقشه‌های مغزی ذهنش را دوباره بررسی کند، شاید هم این روند کاملاً برعکس باشد.»

گیوچومو ادامه می‌دهد: «این یافته‌ها سرآغاز سؤالات فراوان دیگری هستند؛ برای مثال، حالات درونی همچون تشنگی، توجه یا استرس، چطور روی تغییر نقشه‌های قشر اینتورینال و به دنبال آن، روی حافظه و رهیابی جاندار تأثیر می‌گذارند؟»

ملکلم کمپل Malcolm Campbell ، فارغ‌التحصیل مؤسسه‌ی عصب شناسی وو سای، و اسکات لیندرمن Scott Linderman ، استادیار آمار و عضو مؤسسه‌ی عصب شناسی وو سای، از دیگر محققان حاضر در این مطالعات بودند.

تأمین مالی این مطالعات بر عهده‌ی مؤسسه‌ی عصب شناسی وو سای، مؤسسات ملی بهداشت و درمان، بنیاد ملی علوم، بنیاد سایمونز، دفتر پژوهشات دریایی، بنیاد ولی و بنیاد جیمز اس مک‌دانل بوده است.