خودآگاهی ممکن است در میدان‌های الکتریکی مغز ما پنهان شده باشد

خلاصه مقاله:

• خودآگاهی و شناخت در مغز ممکن است نه از شلیک نورون‌ها بلکه ازطریق میدان‌های الکتریکی یا جفت‌شدگی افپتیک حاصل شوند.
• شواهد نشان می‌دهد میدان‌های الکتریکی مغز می‌توانند اطلاعات را بسیار سریع‌تر از شلیک نورونی منتقل کنند و در عملکردهای پیچیده مغز مؤثر باشند.
• مطالعات اخیر نشان داده‌اند که میدان‌های افپتیک بدون نیاز به سیناپس می‌توانند تغییرات ولتاژ را در مغز ایجاد کنند و این پدیده می‌تواند نقش اساسی در فرآیندهای شناختی داشته باشد.

نورون که نوعی سلول تخصص‌یافته و بخش بزرگی از مغز ما را تشکیل می‌دهد، در کانون توجه دانش عصب‌شناسی امروزه قرار دارد. بنا به توضیح عصب‌شناسان، پدیده‌هایی مانند ادراک، حافظه، شناخت و حتی خودآگاهی محصول فعالیت میلیاردها نورون کوچک هستند که به‌طور مداوم جهش‌های ولتاژی کوچکی را درون مغز ما تولید و ارسال می‌کنند.

این پالس‌های کوچک از انرژی الکتریکی نه تنها اطلاعاتی مانند درد و سایر اطلاعات حسی را به ذهن آگاه ما منتقل می‌کنند، بلکه ازنظر تئوری، می‌توانند تمام جزئیات خودآگاهی پیچیده ما را نیز توضیح دهند.‌

درحالی‌که عصب‌شناسان مدت‌‌ها روی سیگنال‌های الکتریکی که در سلول‌های مغز جریان دارند، تمرکز کرده‌اند، اثرات میدانی افپتيک ممکن است سازوکار اصلی برای خودآگاهی و شناخت باشد. این اثرات که به‌جای شلیک‌های سیناپسی نورون‌ها، ناشی از میدان‌های الکتریکی تولیدشده توسط نورون‌ها هستند، ممکن است نقش اصلی را در کارکرد ذهن ما ایفا کنند.

در سال ۱۹۴۳، دانشمندان آمریکایی برای اولین بار چیزی را که به‌عنوان کد عصبی یا کد اسپایک شناخته می‌شود، توصیف کردند. آن‌ها نقشه دقیقی از نحوه انجام عملیات‌های منطقی براساس ویژگی همه یا هیچ شلیک عصبی ترسیم کردند. از آن زمان، عصب‌شناسان تلاش گسترده‌ای را برای رمزگشایی از کد عصبی به منظور درک جزئیات خودآگاهی و شناخت آغاز کردند. با‌این‌حال، این تلاش‌ها حاصل چندانی نداشت، چرا که اطلاعات آن‌ها از عملکرد اسپایک‌های عصبی ناچیز بود.

پژوهشگرانی که روی مغز مطالعه می‌کنند، مدت‌ها اذعان داشته‌اند که روش‌های دیگری غیر از شلیک نورون‌ها وجود دارد که ازطریق آن نورون‌ها می‌توانند با هم ارتباط برقرار کنند. یکی از این مکانیسم‌ها که کمتر شناخته شده، مکانیسمی به نام «جفت‌شدگی افپتیک» است.

جفت‌شدگی افپتیک نتیجه تعامل میان میدان‌های الکترومغناطیسی در مقیاس‌های متوسط و بزرگ مغز با میدان‌های کوچک‌تر مربوط به اسپایک‌های سیناپسی است. برای مثال، نورون‌های شبکیه بدون هیچ گونه شلیک نورونی عمل می‌کنند. این سلول‌ها از نوعی الکترودیفیوژن استفاده می‌کنند که در آن ذرات باردار بدون سیناپس (نقاط اتصال میان نورون‌ها) منتشر می‌شوند. الکترودفیوژن سیگنالی را با سرعت بسیار بالا و پهنای باند زیاد به عصب بینایی منتقل می‌کند. بدون این مکانیسم ما نمی‌توانستیم ببینیم.

واژه «افپتیک» در جفت‌شدگی افپتیک به معنای لمس‌کردن است. گرچه این اثرات به خوبی شناخته نشده است، اثرات میدانی افپتیک ناشی از تعاملات مغناطیسی و الکتریکی هستند که به سلول‌های ما نیرو می‌بخشند. نتایج مطالعات تجربی نشان می‌دهد این نیروها نسبت به آنچه قبلا تصور می‌شد، نقش بزرگ‌تری در مغز دارند و شاید حتی در خودآگاهی نیز دخیل باشند.

یکی از مقالات برجسته درمورد اثرات میدان افپتیک در سال ۲۰۱۹ منتشر شد و توسط پژوهشگران آزمایشگاه دومینیک دوران در دانشگاه دانشگاه کیس وسترن رزرو انجام شده بود. این پژوهشگران نشان داده بودند که قشر مغز موش بدون اتصال‌های سیناپسی تحت تاثیر تعاملات میدانی افپتیک قرار می‌گیرد. این اثر شگرف وقتی کشف شد که آن‌ها برشی از هیپوکامپ موش را به دو قسمت تقسیم و سپس ولتاژ را در طول برش اندازه‌گیری کردند. حتی پس از اینکه برش کاملا جدا شد، تغییر قابل‌توجهی در ولتاژ اندازه‌گیری‌شده مشاهده نشد و این امر نشان‌دهنده تاثیر قوی میدان‌های افپتیک بود.

پژوهشگران متوجه شدند تاثیر میدان افپتیک پس از فاصله خاصی کاهش می‌یابد. وقتی برش‌ها بیش از ۴۰۰ میکرون از هم فاصله گرفتند، اثر میدان افپتیک تا حد زیادی ناپدید شد. این نتایج چنان قابل‌توجه بودند که داوران مقاله از آزمایشگاه دوران خواستند نتایج را دو بار تکرار کنند تا اجازه انتشار مقاله را بدهند.

گروه پژوهشی دیگری سرعت اثرات میدان افپتیک را در بافت‌های مختلف مقایسه کرد و دریافت که سرعت انتشار میدان افپتیک در ماده خاکستری مغز حدود ۵ هزار برابر سریع‌تر از سرعت شلیک نورون‌ها است. این بدان معنا است که آنچه در مسیرهای اسپایک عادی یک ثانیه طول می‌کشد تا در مغز پخش شود، در همان بازه زمانی می‌تواند با اثرات افپتیک با سرعت ۵ هزار برابر منتشر شود.

شواهد فراوان نشان می‌دهند شلیک سیناپسی برای حرکت، شنوایی، لمس و بسیاری از فعالیت‌های دیگر ضروری است؛ اما با توجه به تراکم بسیار بالاتر اطلاعات در میدان‌های افپتیک و فراگیر بودن اثرات میدان افپتیک، اگر تکامل از این اثر برای عملکردهای مهم مغز استفاده نکرده باشد، بسیار عجیب است. درواقع، به‌نظر می‌رسد که تکامل به شیوه‌های مختلف از این اثر بهره برده باشد.

والتر فریمن، عصب‌شناس افسانه‌ای دانشگاه کالیفرنیا که اکنون از دنیا رفته است، در مقاله‌ای در سال ۲۰۰۶ بیان کرد که سرعت شلیک سیناپسی معمول نمی‌تواند سرعت عملکردهای شناختی را که در طول سال‌ها در خرگوش‌ها و گربه‌ها مشاهده کرده بود، توضیح دهد.

درعوض، مجموعه‌ای از یافته‌های اخیر در مورد اثرات افپتیک نشان می‌دهند سازوکاری محکم برای توضیح این سرعت وجود دارد. مقاله تئوری اخیر که برپایه این یافته‌ها قرار دارد، پیشنهاد می‌کند که اثرات میدان افپتیک ممکن است درواقع سازوکار اصلی برای خودآگاهی و شناخت ما باشد و نه شلیک نورون‌ها.

مقاله اخیر پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا و موسسه فناوری کالیفرنیا شواهد قوی در حمایت از اهمیت اثرات افپتیک ارائه می‌کند. آن‌ها متوجه شدند که جفت‌شدگی افپتیک می‌تواند هماهنگی سریع موردنیاز برای خودآگاهی را حتی در غیاب سیناپس‌های بسیار سریع توضیح دهد. یافته‌های این مقاله درباره سرعت و گسترش اثرات میدان‌های افپتیک ممکن است پیش‌درآمدی بر درک بنیادین جدیدی از نحوه عملکرد شناخت و خودآگاهی باشند.