تفاوت‌‌های نرم‌‌افزاری مغز انسان با میمون‌

عصب‌شناسان پس از ثبت فعالیت‌های تک‌نورون‌ها در اعماق مغز می‌گویند نتایج یافته‌های آن‌ها ممکن است علت هوش فراوان انسان و استعدادش در ابتلا به اختلالات روانی را توضیح دهد.

برای اولین‌بار دانشمندان علوم اعصاب توانستند تفاوت‌های بین نرم‌افزار مغز انسان و میمون‌ را با استفاده از روش ردیابی سیگنال‌های تک‌نورون کشف کنند. آن‌ها دریافتند مغز انسان شدت سیگنال‌ها را قربانی کارآمدی بیشتر در پردازش اطلاعات می‌کند. باید گفت پژوهشگران شدت را شاخصی تعریف کرده‌اند که همگامی و هماهنگی سیگنال‌های نورون را نشان می‌دهد. پژوهشگران گمان می‌کنند نتایج این مطالعه می‌تواند به ما در توضیح هوش فراوان انسان و البته استعداد درخورتوجه مغز وی در ابتلا به اختلالات روانی کمک کند. نتایج این پژوهش‌ها در ۱۷ژانویه در ژورنال Cell منتشر شده است.

دانشمندان بر این باورند انجام پژوهش‌های غیرمعمولی این‌چنینی از جنبه‌های مختلفی به آن‌ها کمک می‌کند. برای مثال، با تکیه بر یافته‌های این نوع مطالعات، بهتر می‌توان نتایج به‌دست‌آمده از پژوهش‌های مرتبط‌با اختلالات روانی حیوانات را در مطالعات کلینیکی استفاده کرد.

در این تحقیق، از اطلاعات بسیار کم‌یاب به‌دست‌آمده از فعالیت‌ تک‌نورون‌ها در اعماق مغز مبتلایان به بیماری صرع استفاده شده است. این بیماران به‌منظور تشخیص منشأ بیماری، مغزشان عمل جراحی شده است. به‌کاربستن این روش درمانی به‌اندازه‌ای پیچیده است که فقط تعداد انگشت‌شماری از کلینیک‌ها در سراسر جهان می‌توانستند در این مطالعه شرکت کنند. همچنین در این تحقیق، از داده‌های موجود مغز سه میمون و داده‌های حاصل‌شده از سیگنال‌های نورونی دو میمون دیگر استفاده شده است.

در چند دهه‌ی گذشته، عصب‌شناسان توانسته‌اند تفاوت‌های کوچک و بزرگی در آناتومی (سخت‌افزار) مغز انسان‌ها و دیگر میمون‌ها بیابند. باوجوداین در تحقیق اخیر، تفاوت‌ سیگنال‌های مغزی انسان و میمون بررسی شده است.

مارک هارنت از مؤسسه‌ی تکنولوژی ماساچوست در کمبریج در‌حال‌مطالعه‌ی تأثیر بیوفیزیک نورون‌‌ها در پردازش عصبی است. وی دراین‌باره می‌گوید:

تفاوت آشکاری بین رفتار و روان‌شناسی انسان‌ها و دیگر نخستی‌سانان وجود دارد. ما این تفاوت را در بیولوژی مغز آن‌ها نیز می‌بینیم. این مطالعه بسیار باارزش است.

پژوهش مذکور نتیجه‌ی همکاری رونی پاز از مؤسسه‌ی علوم ویزمن در اسرائیل و ایتژاک فراید، جراح مغز و اعصاب از دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس است. رونی پاز درحال‌مطالعه درباره‌ی مدار عصبی مرتبط‌با فرایند یادگیری در مغز نوعی از میمون‌ها به‌نام ماکاک است.

مطالعات پاز بر دو قسمت مختلف از مغز میمون‌ها متمرکز است: ۱. ناحیه‌ی آمیگدال، از نواحی اولیه‌ی مغز است که در مغز حیوانات نه‌چندان باهوش نیز دیده می‌شود و درواقع، منشأ مهارت‌های زندگی به‌شمار می‌رود. برای مثال، حس فرارکردن از دست ببری که به‌سوی شما می‌دود، ناشی از فعالیت همین ناحیه از مغز است؛ ۲. ناحیه‌ی دیگر از مغز که تکامل‌‌یافته‌تر از آمیگدال است، «قشر زرد مغز» نام دارد که وظیفه‌ی پردازش رفتارهای ذهنی پیچیده‌تر، مانند یادگیری را برعهده دارد.

هدف مطالعه‌ی پاز این بود که دریابد نورون‌های موجود در این نواحی از مغز میمون‌ها چه تفاوتی با نورون‌های موجود در مناطق مشابه مغز انسان دارد. ازاین‌رو، او با فراید تماس گرفت. ایتژاک فراید پیش‌گام است در زمینه‌ی روش‌های ضبط فعالیت‌های تک‌نورورن‌ها در افراد مبتلا به بیماری صرع که به درمان دارویی پاسخ نمی‌دهند.

آن دسته از بیماران مبتلا به صرع که به دارو پاسخ نمی‌دهند، از روش درمانی دیگری می‌توانند استفاده کنند. در این روش، در عمل جراحی تعدادی الکترودهای کوچک در مغز جای‌گذاری می‌شود تا فعالیت عصبی آن ثبت شود و منشأ دقیق حملات عصبی بیمار شناسایی شود. بعد از کاشت الکترودها، بیماران تا زمان دچارشدن به حمله‌ی صرع در بیمارستان بستری می‌شوند. بعد از وقوع حمله و شناسایی منشأ آن، بیمار دوباره عمل جراحی می‌شود تا الکترودها و بافت آسیب‌دیده‌ی مغز آن‌ها که منشأ حملات است، از مغز جدا شود. بااین‌حال، وقتی بیماران مبتلا به صرع منتظر حمله هستند که ممکن است این انتظار مدتی طولانی طول بکشد، در برخی از پژوهش‌های مربوط‌به فعالیت‌های مغزی شرکت کند.

پاز و فراید داده‌های مربوط‌به فعالیت تک‌نورون‌های موجود در نواحی آمیگدال و قشر زرد مغز را شناسایی کردند. این داده‌ها از بیمارانی استخراج شدند که قبلا در مغزشان به‌عنوان بخشی از روند عادی درمان الکترود کاشته شده بود و ازقضا، این الکترودها در نزدیکی نواحی مدنظر پاز و فراید بود. همچنین، این بیماران باید در مطالعات مربوط‌به حافظه نیز شرکت می‌کردند. سپس، این دو پژوهشگران داده‌های به‌دست‌آمده از بیماران را با فعالیت‌ نورون‌های مغز میمون‌هایی مقایسه کردند که پاز روی آن‌ها مطالعه کرده بود. این مقایسه از دو بُعد انجام گرفت: شدت و کارآمدی.

این اطلاعات از حدود ۷۵۰ نورون موجود در نواحی آمیگدال و قشر زرد مغز‌های ۵ میمون و ۷ انسان جمع‌آوری شده است. درواقع، این داده‌ها از توالی‌های طولانی متشکل از اوج‌هایی تشکیل شده بودند که از ارسال سیگنال و حضیض‌ها یا خطوط افقی که نشانگر نبود فعالیت عصبی یا سکوت سیگنالی ناشی بودند و پس از چند ساعت ثبت فعالیت‌های نورون‌ها استخراج شدند.

پژوهشگران داده‌ها را از دو منظر بررسی کردند: یکی از این ویژگی‌ها «شدت» بود که نورون‌ها یا تعداد تکرار الگوی اوج‌ها آن را به‌صورت سطح هماهنگی کامل یا شبه‌هماهنگی در ارسال سیگنال‌ها تعریف کردند. ویژگی دیگر «کارآمدی» بود که به‌صورت تعداد ترکیب الگو‌های فعالیت‌های مغزی تعریف شد.

پژوهشگران دریافتند سیگنال‌های نشئت‌گرفته از ناحیه‌ی آمیگدال هم در انسان‌ها و هم در میمون درمقایسه‌با سیگنال‌های قشر زرد مغز شدت بیشتری دارند؛ اما سیگنال‌های قشر زرد کارآمدتر بودند. سیگنال‌های هر دو ناحیه‌ی مغز در انسان‌ها درمقایسه‌با سیگنال‌های مغز میمون‌ها شدت کمتر، اما کارآمدی بیشتری داشتند. درواقع، می‌توان نتیجه گرفت انسان‌ها شدت سیگنال‌ها را قربانی کارآمدی آن‌ها کرده‌اند.

پاز معتقد است این موضوع کاملا با عقل جور درمی‌آید. سیگنال هرچه نیرومندتر باشد، احتمال مبهم‌‌بودن آن یا وقوع اشتباه در دریافت و تفسیر آن، کمتر خواهد بود. او می‌گوید:

اگر ببری را ببینم که به‌سوی من می‌آید، درآن‌صورت می‌خواهم همه‌ی نورون‌های آمیگدال مغزم فریاد بزنند که سریع فرار کن. باوجوداین در گونه‌های تکامل‌‌یافته‌تر، مانند نخستی‌سانان، مغز نواحی‌ انعطاف‌پذیرتری مانند کورتکس دارد که به آن‌ها اجازه می‌دهد پاسخ‌های سنجیده و پیچیده‌تری به محیط‌زیست حیوانات بدهند.

برتری ویژگی کارآمدی سیگنال‌های مغزی درمقایسه‌با شدت آن‌ها در همه‌ی نخستی‌سانان مشهود است؛ اما این برتری در یک گونه از آنان برجسته‌تر است: انسان‌ها. انسان‌ها باهوش‌ترند؛ اما مغز آن‌ها خطاپذیرتر است. پاز می‌گوید شاید توضیح آسیب‌پذیری مغز انسان درباره‌ی اخلالات روانی را بتوان در کورتکس مغز جست‌وجو کرد.

این یافته‌ی پاز و همکارانش با دیگر نظریه‌های اعصاب‌ و‌ روان هم‌خوانی دارد. روبرت نایت، عصب‌شناس متخصص در مهارت‌های شناختی از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، درباره‌ی یکی از این نظریه‌ها می‌گوید:

پیش‌ازاین، پژوهشگران نظریه‌هایی درباره‌ی رابطه‌ی احتمالی بین هماهنگی فعالیت‌های عصبی در مغز انسان با احتمال بُروز روان‌پریشی و افسردگی ارائه کرده بودند. این نوع پژوهش‌ها بسیار مهم‌اند؛ چراکه بیشترِ مطالعات عصب‌شناسان روی حیوانات بر این فرض استوار بود که الگوی مرکزی فعالیت‌های عصبی در گونه‌ها، ازجمله انسان، یکی است.

همچنین، کریستوفر پتکوف، دانشمند علوم اعصاب از دانشگاه نیوکسل در بریتانیا، معتقد است نظریه‌ی توازن شدت‌کارآمدی فعالیت عصبی بسیار مهم است که نیاز به انجام مطالعات بیشتر در این زمینه را می‌طلبد. بااین‌حال، وی می‌گوید مقایسه‌ی مستقیم داده‌های به‌‌دست‌آمده از مغز انسان و میمون مشکل ساز است؛ چراکه اطمینان از این موضوع مشکل است که این دو گونه‌ی آزمایش‌شده در زمان جمع‌آوری داده‌ها در حالت ذهنی و روانی مشابهی قرار داشته‌اند. باوجوداین‌، به‌گفته‌ی او انجام چنین مقایسه‌هایی اهمیت بسیاری دارد.

پاز معتقد است مدت‌زمان ثبت فعالیت‌های مغزی در مطالعه‌ی او به‌قدری طولانی بوده است که می‌توان از تأثیرها و تفاوت‌های حالت روانی نمونه‌های آزمایش‌شده صرف‌نظر کرد. بااین‌حال، پاز مشغول برنامه‌ریزی برای انجام پژوهشی است که در آن داده‌های نورون هنگامی از مغز انسان‌ها و میمون‌ها استخراج می‌شود که هر دو در‌حال‌انجام کارهای مشترکی باشند؛ ازاین‌رو، هر دو گونه حالات ذهنی یکسان، مانند نگرانی، خواهند داشت.

مؤسسه‌ی ملی سلامت ایالات متحده‌ی آمریکا پشتوانه‌ی مالی مناسبی برای مطالعات عصب‌شناسی اختصاص داده است و از انجام پژوهش‌ها درباره‌ی مغز انسان تا زمانی‌ حمایت می‌کند که سلامتی جسمی و روانی آن‌ها به‌خطر نیفتد. باوجوداین، داده‌های به‌دست‌آمده از ثبت فعالیت‌های تک‌نورون‌ها در بیماران مبتلا به صرع برای درک بهتر خود بیماری نیز اهمیت زیادی دارد. این موضوع را آندرس شولز، متخصص صرع‌شناسی از دانشگاه فرایبورگ آلمان بیان می‌کند. شولز هم‌اکنون مشغول مطالعه درباره‌ی تأثیر بیماری صرع بر توانایی‌های ذهنی است. او درباره‌ی اهمیت مطالعات عصبی می‌گوید:

درمجموع، هرچه‌بیشتر درباره‌ی مغز انسان یاد می‌گیریم، گزینه‌های ما برای درمان بیماری‌ها بیشتر می‌شود.