ساختن نقشه های ذهنی بهتر

Building better mind maps

اگرچه قرن ها است که روی مغز انسان مطالعات بسیاری شده است اما تمام این ماجراجویی های پژوهشی جز کنکاش های سطحی در راه فهم کارکرد و پیچیدگی مغز نبوده اند. ما از کارکردهای ناحیه های مغز درک خوبی داریم اما اینکه اطلاعات چگونه دقیقا برای شکل دهی به افکار و حافظه پردازش و انتقال می یابند همچنان محل پژوهش های بسیار است.

مطالعه کارکردهای مغز در سطح بنیادی فیزیولوژیک یکی از پرمساله ترین حوزه های پژوهش است و نیازمند شیوه های جدید آزمایش و وارسی فعالیت های مغزی در سطح نورونی است. پیشرفت های جدید در فنون تصویر برداری مغز و فهم ما از ساختار نرم مغز، بررسی کارکردهای مغزی را به روش های جدید ممکن ساخته است. این کشفیات روشنگر، برای سلامت مغز و هوش مصنوعی نتایجی را در بر دارد.

مغز-MINDS و Beyond

در سال های اخیر انجام پروژه های تحقیقاتی متعددی در باره مغز را شاهد بودیم که دو مورد از آنها با هدف بررسی مدارهای نورونی کارکردهای عالی مغزی برگزار شدند که عبارت بودند از نقشه برداری مغز ژاپن با فناوری های عصبی یکپارچه برای مطالعات بیماری ها(مغز - MINDS) و برنامه توسعه راهبردی بین المللی تحقیقات علوم مغز(Brain/MINDS Beyond). این برنامه ها ابتکاراتی ملی هستند با ده ها موسسه شرکت کننده که هر یک در  حوزه خاصی از مغز تخصص دارند. یکی از این حوزه ها که دیدگاه جدیدی را در معماری مغز مطرح کرد مطالعه نخستی های غیر انسانی ( نخستی ها گروهی از پستانداران هستند که میمون ها و انسان را شامل می شوند) در دانشگاه توکیو و پژوهشگاه ملی علوم کوانتوم و تکنولوژی بود(QST).

تحقیق بر روی مغز نخستی ها چالش برانگیز و هزینه بر و البته امری ضروری است. این نوع تحقیقات در کارکرد مغز دید عمیق تری به ما می دهد و کمک می کند تا اختلالات مغز انسان را درک و درمان کنیم.

تاکید تیم میناموتو[1] بر توسعه روش های دقیق تر تحلیل کارکردهای مغز است. یکی از دستاوردهای خوب آنان توسعه روش کِموژنتیک[2] است که روشی است برای خاموش کردن فعالیت مغز در سطح یک نورون و در ترکیب با اسکن PET که یک روش تصویر برداری برای مولکول های خاصی است. این دستاورد نه تنها امکان دیدن فعالیت نورون های نخستی ها را فراهم کرده است بلکه شناخت ارتباط آن با دیگر نواحی مغز را نیز برای ما میسر کرده است.

مینامی موتو اینگونه شرح می دهد که « ما در کموژنتیک محلول ویروسی بی خطری را به ناحیه خاصی از مغز تزریق می کنیم تا نورون ها را به لحاظ ژنتیکی به گونه ای تغییر دهیم تا به یک ماده شیمیایی سرکوب کنندۀ فعالیت حساس شوند و سپس آن ماده سرکوب کننده را تزریق می کنیم تا فعالیت نورون های تغییر یافته را چند ساعت غیر فعال کنیم». این تیم اخیرا سرکوب کننده ای را با صد برابر قدرت سرکوب کنندگی ساخته است که تزریق اندکی از آن به گروهی از نورون ها و اکسون های آنها تاثیر سرکوب کنندگی بسیار خوبی نشان می دهد. این گروه تحقیقاتی از این تکنیک برای کشف عملکرد مسیرهای مدارهای نورونی دخیل در حافظه اجرایی و تصمیم گیری استفاده کرده اند.

این رویکرد، نوید بخش درمان اختلالات مغزی در انسان است. مثلا این گروه تحقیقاتی به عنوان یک مدل درمان انسان گزارش کردند که می توانند حملات عصبی(در صرع) در میمون ماکاکو را سرکوب کنند.

سیستم بینایی        

یک تیم دیگر در دانشگاه توکیو به رهبری کنیچی اوکی[3] بر روی سیستم پردازش اطلاعات بینایی در نخستی ها کار می کند. کورتکس بینایی در نخستی ها بسیار توسعه یافته و سلسله مراتبی است. این گروه بر روی گونه ای از میمون به نام مارموست کار می کنند و از تکنیک تصویر برداری کلسیم با حساسیت بالا بهره می برند که نشان می دهد چگونه اجزاء خاص مغز به محرک های گوناگون پاسخ می دهند. به گفته اوکی تصویر برداری کلسیم از روش های قدیمی برای مشاهده کارکرد مغز در موش بوده است اما کیفیت و حساسیت تصویربرداری آن چندان نیست که بتواند فعالیت گروهای نورونی را در نخستی ها به خوبی موش به تصویر بکشد.« در همکاری با تتسو یاماموری در ریکِن یک روش پیشرفته را ابداع کردیم که بیان پروتئین GCaMP6 را در مغز نخستی ها افزایش می داد که در کنار تصویر برداری دو فتونی مبتنی بر لیزر فعالیت نورونی را با جزئیات بسیار خوبی به تصویر می کشید».

قشر بینایی بیش از نیمی از مغز نخستی ها را تشکیل می دهد و از سلسله مراتب پیچیده ای در مراحل پردازش اطلاعات تشکیل شده است. مثلا نواحی جداگانه ای الگوها و زاویه ها را پردازش می کنند و تحقیق اوکی نشان داده است که در سطح این محرک های متفاوت و سطوح کارکردی سلولی مختلف، نورون ها با الگوهایی هماهنگ شلیک می کنند.

اوکی می گوید: « یکی از یافته های جالب ما این است که این سلسله مراتب در سیستم دیداری، نویز را به گونه ای متفاوت از آنچه غالبا در شبکه های عصبی مصنوعی می بینیم پردازش می کنند و ساخت یک شبکه عصبی مصنوعی که از همین روش پردازش مغز نخستی ها استفاده کند جالب توجه خواهد بود».

گروه تحقیقاتی اوکی در پی یافتن چگونگی ارتباطات کورتیکو کورتیکال در این روش پردازش هستند که در حوزه کارکرد مغز نخستی ها مهم است. این نوع ارتباطات برای تبیین انعطاف پذیری مغزی در زمانی که پیوندهای اولیه برقرار نیستند کارساز است.

به گفته اوکی «مثلا ما دریافته ایم که در توله تازه متولد شده نخستی سیستم عصبی بینایی در نتیجه فعالیت موج گونه در سطح رتین چشم شکل می گیرد. این فعالیت پیوند های تالاموکورتیکلا را فعال می کند که باعث شکل گیری یک ساختار سلسله مراتبی خواهد شد».

بدون این محرک ها پیوندهای قشر بینایی اولیه به پیوندهای بالا تر قشر بینایی تبدیل نمی شوند. از طرف دیگر اگر این پیوندها برقرار نگردند می توان انتظار داشت که پیوند های دیگری از ناحیه های دیگر شکل بگیرند مثل پیوند قشر حسی تنی[4] به ناحیه های بالایی قشر بینایی. در اینجا اوکی این نظر را مطرح می کند که دلیل خوانده شدن خط بریل در قشر بینایی، و نه در قشر لامسه، در افراد نابینا همین است.

یافته های ما از مطالعات نخستی ها دستاردهای ارزشمندی در حوزه اختلالات عصب روانپزشکی داشته اند بخصوص آن دست اختلال هایی که ناشی از قطع ارتباط در مغز هستند.

به امید آنکه بتوانیم این دانش و تکنولوژی را با جهان به اشتراک بگذاریم و در همکاری با سایر گروه ها این حوزه مهم در تحقیقات مغز را ارتقاء ببخشیم.

https://www.nature.com/articles/d42473-023-00135-3  

https://brainminds-beyond.jp/