سه شنبه , مهر ۲۵ ۱۳۹۶
Home / آخرین اخبار / سیستم موقعیت ­یاب جهانی (GPS) مغز کارکردی فراتر از هدایت صرف دارد

سیستم موقعیت ­یاب جهانی (GPS) مغز کارکردی فراتر از هدایت صرف دارد

نوروسافاری | براساس  پژوهشی که به­ تازگی در مجله Nature توسط محققان دانشگاه پرینستون منتشر شده، بخشی از مغز که نقشه­ های ذهنی مربوط به محیط اطراف فرد را تهیه می­کند، از آنچه پیش از این تصور می­شد، نقش بسیار گسترده­ تری در حافظه و یادگیری ایفا می­کند.

دیوید تنک، استاد رشته زیست­ شناسی مولکولی دانشگاه پرینستون و مدیر مشترک مؤسسه علوم اعصاب پرینستون بیان کرد: «پژوهش­های انجام شده در طی حدود ۴۰ سال، نشان داد که بخش خاصی از مغز به پیمایش فضایی اختصاص داده شده ­است.  ما دریافتیم که این ناحیه صرفاً مختص پیمایش محیط فضایی نبوده، بلکه به پیمایش محیط شناختی نیز میپردازد.»

به گزارش نوروسافاری به نقل از وبسایت دانشگاه پرینستون، این پژوهش به بخشی از مغز به نام هیپوکامپ پرداخت، بخشی که از دهه ۱۹۷۰ مشخص شده­ بود که هنگام گردش موش­ها در محیط اطرافشان فعال می­شود. این پژوهش و کارهای مرتبط، نشان می­دهد که شلیک نورون­های موجود در نزدیکی قشر انتورینال در هنگامی که حیوانات به مکان­های بخصوصی می­رسند، حاکی از آن است که مغز، با ایجاد بازنمایی درونی از جهان خارج – نوعی سیستم موقعیت­ یاب ذهنی- مکان حیوان را در محیط تعیین می­کند. این یافته­ ها موجب شد سه دانشمند در سال ۲۰۱۴ جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی دریافت کنند.

در حال حاضر محققان پرینستون دریافته ­اند، هنگامی که مغز در حال کاوش محیط کاملاً متفاوتی مانند گوش دادن به اصوات می­باشد، همان نواحی مغزی فعال هستند. محققان، فعالیت­های نورونی موش­ها را در حالی که به اصوات خاصی گوش داده و به آن­ها پاسخ می­دادند، تحت بررسی قرار داده و متوجه الگوهای فعالیت مغزی مشابه با موقعیتی که موش­ها به کاوش در محیط اطراف می­پردازند، شدند.

سوال چه بود؟

این پژوهش به رمز و رازی دیرینه در علوم اعصاب می­پردازد، مبنی بر این که چگونه هیپوکامپ می­تواند هم با تهیه نقشه از محیط اطراف و هم با ایجاد حافظه جدید در ارتباط باشد. افراد دچار آسیب در ناحیه هیپوکامپ، همانند بیمار اچ. ام.، بیماری که دچار فراموشی بود و تا زمان مرگ خود در سال ۲۰۰۸، در پنج دهه از مطالعات شرکت کرد، قادر به تشکیل خاطرات جدید نیستند.

به عقیده دیمیتری آرونو، نویسنده اول مقاله که مسئول هدایت این کار و در عین حال، محقق فوق دکتری در مؤسسه علوم اعصاب پرینستون بوده و در حال حاضر نیز دارای درجه استادیاری در دانشگاه کلمبیا در رشته علوم اعصاب می­باشد، در مطالعات پیشین، دانشمندان بر فعالیت الکتریکی نورون­های هیپوکامپ نظارت داشته و دریافتند که این نورون­ها در توالی­هایی فعال شده و به اصطلاح شلیک می­کردند که بازنمای مکان حیوان، جهت قرار گرفتن سر او، جهت حرکت او و مکان او نسبت به مرزها بودند. «پرسش رمزآلود این بود که این الگوهای فعالیت چه ارتباطی با حافظه دارند؟»

محققان اینگونه اظهار داشتند که شاید هیپوکامپ و قشر انتورینال نزدیک به آن، که با یکدیگر برای تهیه این نقشه­ های مغزی همکاری می­کنند، در واقع صرفاً برای تولید نقشه، تخصصی نشده اما در تکالیف شناختی کلی­تری دخیل هستند و تهیه نقشه، تنها یک جنبه از تکالیف شناختی بزرگتر دخیل در یادگیری و حافظه است. شاید علت این که مطالعات پیشین، تنها، به تکالیف تعیین مکان دست یافتند، این باشد که موش­ها اکثر وقت خود را صرف کاوش محیط اطراف خود برای یافتن غذا می­کنند.

ممکن است محققان، با ارائه تکلیفی متفاوت، مانند یافتن اصوات مختلف، به شواهدی از فعالیت­های شناختی در مدار هیپوکامپ-اینتورینال دست یابند. محققان صدا را به­ عنوان متناظر فضای اطراف انتخاب کردند، زیرا هر دو می­تواند در امتداد یک پیوستار متفاوت باشد: موش­ها می­توانند فرکانس­های در حال افزایش را همانند حرکت در امتداد یک راهروی طولانی جستجو کنند.

محققان پرینستون دریافتند که نورون­ها به ترتیب مطابق با فعالیت­های موش­ها ازجمله گوش دادن به اصوات و فشردن اهرم برای دریافت پاداش، شلیک می­کنند. در بالا، نمودار سمت چپ فعالیت نورونی (به رنگ نارنجی) گروهی از نورون­ها را درطول چندین ثانیه که موش­ها در حال فشردن و رها کردن اهرم­ها در پاسخ به صدا هستند، نشان می­دهد. نمودار سمت راست سلول­های انفرادی (از 1 تا 9 مشخص شده­اند) را نشان می­دهد که به­منظور بازنمایی فشردن و رها کردن اهرم، به­صورت متوالی شلیک می­کنند.
محققان پرینستون دریافتند که نورون­ها به ترتیب مطابق با فعالیت­های موش­ها ازجمله گوش دادن به اصوات و فشردن اهرم برای دریافت پاداش، شلیک می­کنند. در بالا، نمودار سمت چپ فعالیت نورونی (به رنگ نارنجی) گروهی از نورون­ها را درطول چندین ثانیه که موش­ها در حال فشردن و رها کردن اهرم­ها در پاسخ به صدا هستند، نشان می­دهد. نمودار سمت راست سلول­های انفرادی (از ۱ تا ۹ مشخص شده ­اند) را نشان می­دهد که به­ منظور بازنمایی فشردن و رها کردن اهرم، به­صورت متوالی شلیک می­کنند.

آزمودن نظریه

برای آزمودن این نظریه، محققان فعالیت الکتریکی نورون­های هیپوکامپ و نواحی انتورینال را در حالی تحت نظر داشتند که موش­ها مشغول دستکاری اصوات بوده و می­آموختند که فرکانس­های صوتی مختلف را با پاداش مرتبط سازند. تنک و آرونو برای هدایت این کار با برخی دانشجویان هم همکاری گروهی داشتند. محققان در ابتدا به موش­ها آموختند که برای افزایش زیر و بمی صوت یا فرکانس صدایی که از بلندگو در حال پخش بود، اهرمی را فشار دهند. موش­ها آموختند که با آزاد کردن اهرم در زمانی که صدا به محدوده فرکانسی از پیش تعیین شده می­رسد، پاداش دریافت خواهند کرد.

به موش­ها آموزش داده می­شود که اهرم را فشرده و هنگامی که صدا به فرکانس مشخصی رسید، آن را رها کنند.
به موش­ها آموزش داده می­شود که اهرم را فشرده و هنگامی که صدا به فرکانس مشخصی رسید، آن را رها کنند.

تیم محققان مشاهده کردند که الگوی شلیک­های عصبی با رفتار موش­ها درطول تکلیف همبستگی دارد. توالی فعالیت نورونی که با پیشروی موش­ها در تعیین فرکانس ایجاد می­شد، با توالی­های ایجادشده در هنگامی که موش­ها در محیط فضایی کاوش می­کردند، مشابه بود. حتی الگوهایی مطابق با فرکانس­های صوتی خاص نیز وجود داشت. نورون­های دخیل در این الگوهای شلیک، با نورون­های دخیل در نقشه­ برداری و تعیین مسیر یکسان بودند. این سلول­ها شامل سلول­های مکانی هیپوکامپ، که به­ دلیل فعالیت در حین قرار گرفتن موش­ها در مکانی خاص نامگذاری شدند، و سلول­های شبکه انتورینال، که هنگام عبور موش­ها از مکان­هایی خاص فعالیت می­کنند، می­باشند.

تنک، مدیر موسسه سیمون- همکاریهای جهانی برای مغز، بیان کرد که این یافته­ ها حاکی از وجود مکانیزم­های مشترکی در سیستم هیپوکامپی-اینتورینالی می­باشد که می­تواند نماینده انواع مختلفی از تکالیف باشد. تنک می­گوید: «نتیجه­ ای که از کار ما به­ دست می­آید این است که این نواحی مغزی اختصاصاً نماینده مکان نبوده، بلکه می­توانند نماینده دیگر ویژگی­های مربوط به تجربه حیوانات نیز باشند. هنگامی که این ویژگی­ها به­ صورت مداوم متفاوت باشند، توالی­هایی از فعالیت نورونی ایجاد می­شود.»

آرونو بیان می­کند که این یافته با تصور ما درمورد نقشه­ برداری از محیط اطرافمان در بستر یادگیری مکان­های جدید و تشکیل خاطراتی از تجربیات هماهنگی دارد. «هنگامی که شما از مکان جدیدی بازدید می­ کنید، تنها یک نقشه ذهنی تهیه نمی­کنید بلکه خاطراتی نیز از آن مکان ثبت می­کنید. ما احساس می­کنیم که این مطالعه رمز و راز نقش هیپوکامپ را در بازنمایی حافظه و مکان می­گشاید، به این صورت که این نورون­ها، نورون­هایی با هدف کلی بود که قادرند نماینده هرگونه اطلاعات مربوط باشند.»

لینک گزارش پژوهشی در ژورنال نچر:

Mapping of a non-spatial dimension by the hippocampal–entorhinal circuit

لینک گزارش خبری در وبسایت دانشگاه پرینستون:

Brain’s ‘GPS’ does a lot more than just navigate

ترجمه و تلخیص: مریم شجاعی – وبسایت نوروسافاری

Check Also

مردان خودخواه و زنان خیرخواه؟!/تفاوت عملکردی سیستم پاداش مغز مردان و زنان در رفتارهای اجتماعی

نوروسافاری | پژوهش های رفتاری نشان داده اند که زنان در قرض دادن پول به …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *