سیستم جهت‌یابی مغز ما چگونه کار می‌کند؟
جزو کدام دسته از آدم‌ها هستید؟ آن‌هایی که جهت‌یابی قوی دارند و هیچ‌وقت در شهر گم نمی‌شوند یا افرادی که به محض منحرف شدن از مسیر اصلی رسیدن به خانه، به کلی سردرگرم می‌شوند و مجبور هستند پرسان‌پرسان به خانه برسند. بسیاری از ما می‌دانیم که جهت‌یابی خوبی نداریم و تعجب می‌کنیم که چطور بعضی از دوستانمان در هنگام رانندگی به راحتی می‌توانند مسیرهایی که فقط یک‌بار رفته‌اند را دوباره پیدا کنند یا مسیر‌های جدید را در جهت درست طی کنند. ظاهرا که فارغ از فاکتورهای تاثیرگذاری مثل تجربه و دقت به محیط اطراف، آدم‌ها در توانایی ذهنی جهت‌یابی هم متفاوت هستند. مغز سیستم خاص خود را برای ردیابی و تعیین موقعیت مکانی دارد. با وجود اینکه دانش بشر در مورد این نوع قابلیت‌های مغز در حال گسترش است اما کماکان سوالات و ابهامات بسیاری در این زمینه وجود دارد که هنوز پاسخ درستی به آنها داده نشده است. براستی مغز چگونه می‌تواند موقعیت مکانی را تشخیص دهد؟ آیا مغز نیز از سیستمی مشابه GPS استفاده می‌کند؟
گروهی از دانشمندان در یکی از تازه‌ترین تحقیقات مرتبط، موفق به کشف اجزاء کلیدی در مغز موش‌ها شدند که می‌توان از آنها با عنوان یک سیستم ناوبری فوق پیشرفته، اما قدیمی یاد کرد. سلولهای سرعت، سلولهای شبکه‌ای و سلولهای مکانی همه از جمله مهمترین اجزاء سازنده‌ی مغز هستند که تشریح عملکرد آنها می‌تواند تاحدودی سایه روشن‌های معماهای جهت‌یابی مغز را حل کند. حرکت مطمئن در فضاهای باز مستلزم مهارت‌های ناوبری است. تازه‌ترین تحقیقات نشان می‌دهد که عملکرد سلولهای شبکه‌ای مغز تاحد زیادی شبیه سیستم تعیین موقعیت جهانی است.
نقشه‌های تشخیصی، راهکار مغز برای تعیین موقعیت مکانی
محققان می‌گویند که گروهی از نورون‌ها موسوم به «سلولهای سرعت» را کشف کرده‌اند که می‌تواند سرعت دویدن در حیوانات را نشان دهد. یافته‌های جدید احتمالاً کمک موثری در راستای تشریح قابلیت‌های مغز بالاخص توانایی مغز در خلق نقشه‌های ذهنی مستمر و جدید از موقعیت‌های مکانی گوناگون است. در دهه ۷۰ میلادی یک دانشمند عصب‌شناس به نام «جان اوکیف» (John O’Keefe) نورون‌هایی را کشف کرد که بعدها با عنوان سلولهای مکانی خوانده شدند. یک سلول مکانی در حقیقت یک یاخته‌ی عصبی از نوع هرمی در ناحیه‌ی هیپوکمپوس یا اسبَک مغز است. اسبک مغز که در اعماق لوب گیجگاهی جای گرفته، از دو شاخک منحنی‌شکل تشکیل شده و نقش اساسی در یادگیری و به خاطر آوردن خاطرات گذشته دارد.
تحقیقات نشان می‌دهد که سلولهای مکانی اسبک مغز زمانی فعال می‌شوند که حیوان به هر دلیل وارد یک جایگاه یا مکان خاص شود. دانشمندی به نام «کنت کریک» (Kenneth Craik) در سال ۱۹۴۳ به این نتیجه‌گیری رسید که مغز انسان احتمالاً الگوها یا مدل‌هایی کوچک مقیاس را می‌سازد و با استفاده از آنها موقعیت مکانی خود را تشخیص می‌دهد. در سال ۱۹۷۸ اوکیف این نظریه را کامل‌تر کرد و بدین جمع‌بندی رسید که مغز با استفاده از سلولهای مکانی، «نقشه‌های تشخیصی» (Cognitive Maps) را می‌سازد و این نقشه‌های تشخیصی در تصمیم‌گیری و موقعیت‌یابی مورد استناد قرار می‌گیرند یعنی فرضاً عملکرد یک موش در یک دالان به این بستگی دارد که سلولهای مکانی چه نقشه‌ای را از آن محل تداعی کنند.
تحقیقات آتی نشان داد که این تنها سلولهای مکانی نیستند که نقشه‌های تشخیصی مغز را می‌سازند بلکه انواع دیگری از یاخته‌های عصبی اسبک مغز و حتی سلولهای عصبی اطراف نیز در این کار نقش دارند و مجموع این عوامل است که سبب می‌شود تا فرآیند موسوم به تشخیص فضایی در ذهن یک حیوان شکل بگیرد و نسبت به موقعیت مکانی‌اش از خود عکس‌العمل نشان دهد. نحوه‌ی عملکرد این مجموعه پیچیده هنوز ابهامات زیادی دارد و تحقیقات بر روی آن کماکان ادامه دارد. اوکیف که هم‌اکنون در کالج لندن مشغول به تدریس است، به‌واسطه‌ی تجزیه و تحلیل فوق‌العاده‌اش موفق به کسب جوایز متعددی گردید. این محقق برجسته که سال گذشته جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی را به همراه یکی از همکارانش برنده شد، از جمله محققانی است که در حل معمای تعیین موقعیت مکانی توسط مغز گام‌های بسیار مهمی را برداشته است.
مغز انسان احتمالاً الگوها یا مدل‌هایی کوچک مقیاس از محیط اطراف را می‌سازد و با استفاده از آنها موقعیت مکانی خود را تشخیص می‌دهد
جان اوکیف (John O’Keefe) یکی از عصب‌شناسان برجسته و برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیولوژی و پزشکی در سال ۲۰۱۴، سال‌ها پیش توانست فرضیه خود مبنی بر استفاده مغز از نقشه‌های تشخیصی را اثبات کند. تحقیقات این عصب‌شناس از جمله موثرترین کارهایی است که تاکنون در راستای حل معمای ناوبری مغز انجام شده است.
شبکه‌های مختصات در مغز
۳۵ سال زمان لازم بود تا دو عصب‌شناس دیگر به نام‌های «مِی بریت» (May Britt) و «ادوارد موزر» (Edward Moser) از دانشگاه علوم و فناوری «تروندهایم» (Trondheim University) نروژ بتوانند یک گروه مجزا از نورون‌ها موسوم به سلولهای شبکه‌ای را کشف کنند. این سلولهای عصبی که یکی از مهمترین نورون‌های عصبی مغزی گونه‌های مختلف جانوری هستند، نقش بسزایی در درک موقعیت مکانی و فضایی برعهده دارند. همان‌طور که گفته شد، این سلول‌ها ۳۵ سال پس از اوکیف کشف شدند. اما اهمیت این کشف تازه در چیست؟ تحقیقات اوکیف نشان داد که وقتی یک موش وارد یک مکان خاص می‌شود، سلولهای مکانی برانگیخته می‌شوند.
چگونگی جهت یابی موش در دالانهای پیچاپیچ، الگوی تحریک پذیری سلوهای شبکه ای و مکانی مغز
اما تحقیقات موزر و همکارانش که در یک محیط بزرگتر انجام شد، نشان داد که وقتی یک موش در یک فضای باز حرکت می‌کند، سلولهای شبکه‌ای مغزش در فواصلی مشخص و منظم برانگیخته و تحریک می‌شوند. از آنجایی که الگوی تحریک‌پذیری این سلول‌ها شبیه شبکه‌ی ۶ گوش با مثلث‌های درهم تنیده است، لذا آنها را به نام سلولهای شبکه‌ای می‌خوانند. جالب است بدانید که این الگوی مختصات‌گونه تا حد زیادی شبیه شبکه‌های مختصات در سیستم GPS است. این کشف به اندازه‌ای مهم و ارزشمند بود که در سال ۲۰۱۴ جایزه‌ی نوبل فیزیولوژی و پزشکی را همزمان برای ادوارد موزر و همکارانش و پروفسور اوکیف به ارمغان آورد.
الگوی تحریک‌پذیری سلولهای شبکه‌ای مغز تاحد زیادی شبیه سیستم GPS است
ابهام ادامه دارد
همان‌طور که پیشتر گفته شد، ابهام در این زمینه همچنان ادامه دارد بعنوان مثال هنوز مشخص نیست که سلولهای شبکه‌ای و مکانی چگونه اطلاعاتی را که لازمه هر سیستم تعیین موقعیت است، بدست می‌آورند. پروفسور موزر که به همراه همسر و یکی از شاگردانش بر روی این مساله کار می‌کند، می‌گوید: «زاویه و سرعت حرکت نسبت به نقطه شروع طبیعتاً بسیار مهم است. کاری که مغز انجام می‌دهد این است که یک نقشه دینامیک از محیط اطراف ترسیم می‌کند و برای ترسیم این نقشه باید بتواند سیگنال‌های سرعت را هم در اختیار داشته باشد. این سیگنالها به مغز می‌گویند که در یک مدت زمان مشخص چه مسافتی طی شده است.» «جفری تائوب» (Jeffry Taube) یک عصب‌شناس دیگر از «کالج دارموث» (Dartmouth College) می‌گوید: «مطالعات پیشین مشخص ساخته که نورون‌ها تنها زمانی تحریک می‌شوند که سر به سمت جهت مشخصی چرخش پیدا کند یعنی فرضاً زمانی که سر یک موش به سمت شرق یا غرب یا بالا و پایین منحرف شود، نورون‌های عصبی نیز تحریک می‌شوند. اما اطلاعات درباره‌ی نورون‌های عصبی که نسبت به تغییر سرعت عکس‌العمل نشان می‌دهند، هنوز کامل نیست. اطلاعات در این زمینه تاکنون پراکنده و بیشتر به یک نوع روایت شبیه بوده تا بیان واقعیت.» اما خوشبختانه تحقیقات موزر و همکارانش توانسته رازهای زیادی از این معمای جالب را نیز حل کند.
کاری که مغز انجام می‌دهد این است که یک نقشه‌ی دینامیک از محیط اطراف ترسیم می‌کند. برای ترسیم این نقشه باید بتواند سیگنال‌های سرعت را هم در اختیار داشته باشد. این سیگنالها به مغز می‌گویند که در یک مدت زمان مشخص چه مسافتی طی شده است
مطالعات تخصصی‌تر
پروفسور موزر و همکارانش برای بررسی بیشتر بر روی این نوع از سلولهای عصبی مطالعاتی تخصصی‌تر بر روی قشر انتورهینال میانی مغز (Medial Entorhinal Cortex) انجام دادند. انتورهینال (بینی داخلی) قشری از مغز در ناحیه لوب گیجگاهی است که نقش موثری در یادآوری خاطرات و جهت‌یابی دارد. در سال ۲۰۰۵ تحقیقات جامعی بر روی این بافت عمقی مغز که به شکل یک آرک نازک است، انجام شد و حاصل آن چنانچه پیشتر هم گفته شد، کشف کم‌نظیر سلولهای شبکه‌ای بود. پروفسور موزر و همکارانش در ادامه تحقیقات خود الکترودهایی را بر روی مغز موش‌ها جای دادند تا بتوانند عملکرد هزاران نورون این ناحیه از مغز را به دقت مورد مطالعه قرار دهند. آنها سپس موش‌ها را بر روی یک نقاله متحرک قرار دادند و عکس‌العمل‌های آنها را ثبت کردند.
نقاله‌ی متحرک موش‌ها را مجبور می‌کرد که با سرعت‌های متفاوتی که از قبل توسط کامپیوتر برنامه‌ریزی شده بود، بدوند. در یکی از این آزمایش‌ها موش‌ها را مجبور کردند که تمام طول مسیر را با یک سرعت ثابت بدوند و در آزمایش دیگر آنها را وادار کردندکه تنها نیمی از مسیر را بدوند و در آخرین آزمایش نیز موش‌ها مجاز بودند که سرعت دویدن خود را بر روی نقاله خودشان تنظیم کنند. نتیجه‌ی این آزمایش‌ها که حاصل آن به تازگی در مجله معتبر (Nature) چاپ شده است، نشان می‌دهد که در هر سه آزمایش، الگوی تحریک‌پذیری ۱۳ الی ۱۵ درصد سلولهای مغزی به طور مشخص تابعی از سرعت حرکت موش‌ها بوده است. این بدان معناست که برخی از سلولهای مغز موظف هستند تا سرعت دویدن را تنظیم کنند.
دانشمندان نام این گروه جدید را سلولهای سرعت گذاشته‌اند و معتقدند که سرعت تحریک‌پذیری آنها به طور مشخص تابع سرعت حرکت موجود زنده است. «مایکل هسلو» (Michael Hasselo) یک عصب‌شناس از دانشگاه بوستون می‌گوید که یافته‌های همکارانش به هیچ‌وجه او را شوکه نکرده است. هسلو می‌گوید که جدای از سلولهای سرعت قشر انتورهینال میانی مغز، سلولهای دیگری هم در مغز هستند که نسبت به سرعت از خود واکنش نشان می‌دهند. ظاهراً مقالات مرتبط زیادی قرار است که بزودی در این زمینه چاپ شود اما یکی از جالب‌ترین یافته‌های تحقیق اخیر بنا به روایت عصب‌شناسان این است که محققان در این پروژه تحقیقاتی توانسته‌اند عملکرد سلولهای سرعت را در کامپیوتر پیش‌بینی کنند. این مساله که بتوان از قبل سرعت موش‌ها را پیش‌بینی کرد، یعنی با دقت بالا بیان کرد که یک موش چه زمانی سرعت خود را زیاد و چه زمانی سرعت خود را کم می‌کند، شاید به نظر عجیب باشد اما پروفسور موزر و همکارانش توانسته‌اند در خلال آزمایش‌های کم‌نظیر خود این مهم را محقق نمایند. دانشمندان امید دارند که ادامه تحقیقات در این زمینه ابهامات عملکرد مغز در تعیین موقعیت و جهت‌یابی را تا اندازه‌ای حل کند.
عالی. داشتم ی مقاله درین مورد ترجمه میکردم ولی اصلا اطلاعاتی نداشتم و هیچی درموردش نشنیده بود.خیلی کمک کرد.و خیلی هم جالب بود
من راجع به این موضوع ارائه داشتم،خیلی مطلبتون کمکم کرد مرسی
جالب بود ممنون