کشف پالس‌های پنهان مغز که ممکن است افکار را منسجم نگه دارند

دانشمندان اکنون ممکن است سرنخی از سازوکار این فرایند پیدا کرده باشند.

یک مطالعه جدید نشان می‌دهد بخش‌های دور از هم مغز هنگام نگهداری و بازیابی اطلاعات، برای مدت کوتاهی با یکدیگر هماهنگ می‌شوند. در این لحظات گذرا، سلول‌های عصبی این نواحی با احتمال بیشتری سیگنال‌های خود را همزمان ارسال می‌کنند؛ فرایندی که ممکن است به مغز اجازه دهد بخش‌های جداگانه یک فکر را به یکدیگر پیوند دهد.

این پژوهش که در مجله Nature Neuroscience منتشر شده و ایلیا ورژبینسکی، دانشمند پزشکی، و اریک هالگرن، دانشمند علوم اعصاب از دانشگاه کالیفرنیا، سن‌دیگو، آن را رهبری کرده‌اند، سوابق فعالیت مغزی ۳۵ نفر مبتلا به صرع مقاوم به درمان را بررسی کرده است.

این بیماران به دلایل پزشکی از قبل الکترودهایی در مغزشان داشتند و همین موضوع فرصتی نادر در اختیار پژوهشگران قرار داد تا هنگام انجام یک آزمایش حافظه، فعالیت الکتریکی سلول‌های مغزی منفرد را بررسی کنند.

در این آزمایش، یک یا سه تصویر به شرکت‌کنندگان نشان داده شد و از آنها خواسته شد تصاویر را برای چند ثانیه به خاطر بسپارند. سپس باید مشخص می‌کردند که آیا تصویر دیگری بخشی از مجموعه اولیه بوده است یا خیر.

محققان به‌طور ویژه روی انفجارهای بسیار کوتاه فعالیت الکتریکی موسوم به «موج‌ها» تمرکز کردند.

ورژبینسکی به ScienceAlert گفت: «یک موج، انفجار بسیار کوتاه از نوسانات ریتمیک در تحریک‌پذیری نورون است؛ حدود ۹۰ چرخه در ثانیه که تنها نزدیک به یک‌دهم ثانیه طول می‌کشد.»

به زبان ساده، گروه کوچکی از سلول‌های مغزی ناگهان فعال می‌شوند و با ریتمی سریع و مشابه به فعالیت خود ادامه می‌دهند؛ رویدادی که تقریباً به همان سرعتی که آغاز می‌شود، پایان می‌یابد.

پژوهشگران در ۴۳ جلسه ثبت فعالیت مغزی، عملکرد یک هزار و ۳۷۳ سلول مغزی را دنبال کردند. آنها دریافتند که موج‌ها اغلب به‌صورت همزمان در دو ناحیه دور از هم مغز ظاهر می‌شوند.

هنگامی که این اتفاق رخ می‌داد، احتمال ارسال سیگنال میان سلول‌های این دو ناحیه حدود ۳۰ درصد افزایش می‌یافت. در برخی بخش‌های آزمایش، این افزایش به ۴۹ درصد نیز رسید.

این یافته می‌تواند به توضیح چگونگی ترکیب اطلاعات ذخیره‌شده در بخش‌های مختلف مغز و تبدیل آنها به یک تجربه واحد کمک کند.

برای مثال، ممکن است اطلاعات مربوط به یک چهره در یک ناحیه، نام فرد در ناحیه‌ای دیگر و محل ملاقات با او در بخش دیگری از مغز پردازش شود. ریتم مشترک می‌تواند برای مدت کوتاهی مانند یک خط ارتباطی میان این نواحی عمل کند و به آنها اجازه دهد هماهنگ با یکدیگر فعالیت کنند.

ورژبینسکی می‌گوید این موضوع اهمیت دارد، زیرا «همکاری» ممکن است یکی از سازوکارهای اساسی مغز برای پیوند دادن اطلاعات باشد.

یکی از شگفت‌انگیزترین یافته‌های پژوهش، گستردگی این هماهنگی بود. موج‌های مشترک توانستند نواحی‌ای را که تا ۲۲۰ میلی‌متر از یکدیگر فاصله داشتند، به هم مرتبط کنند و حتی در دو نیمکره مغز نیز مشاهده شدند.

به‌طور معمول، هرچه فاصله میان دو ناحیه مغز بیشتر شود، ارتباط مستقیم میان آنها نیز کاهش می‌یابد. اگر این موج‌ها صرفاً به ارتباطات مستقیم میان نواحی وابسته بودند، انتظار می‌رفت هماهنگی آنها در فواصل طولانی‌تر کاهش پیدا کند؛ اما چنین الگویی مشاهده نشد.

نتایج نشان می‌دهد این هماهنگی ممکن است به یک ناحیه مرکزی از مغز به‌عنوان «رهبر ارکستر» نیاز نداشته باشد. در عوض، این فرایند می‌تواند شبیه جمعیتی باشد که بدون داشتن رهبر مشخص، به‌تدریج با یک ریتم مشترک هماهنگ می‌شوند.

این هماهنگی با دشوارتر شدن وظیفه حافظه نیز افزایش یافت. زمانی که شرکت‌کنندگان به‌جای یک تصویر، سه تصویر را به خاطر می‌سپردند، میزان سیگنال‌دهی هماهنگ هنگام نگهداری تصاویر در ذهن حدود ۱۳ درصد و هنگام تلاش برای تشخیص یکی از آنها حدود ۱۹ درصد افزایش پیدا کرد.

همچنین سلول‌هایی که هنگام مشاهده اولیه یک تصویر با یکدیگر سیگنال ارسال می‌کردند، در زمان نمایش دوباره همان تصویر با احتمال بیشتری همان الگو را تکرار می‌کردند. شرکت‌کنندگان نیز در این شرایط، تصویر را سریع‌تر تشخیص می‌دادند.

پژوهش‌های پیشین، موج‌های مشابه را با بازپخش و ذخیره خاطرات مرتبط دانسته‌اند. یک مطالعه اخیر نشان داده است که حتی یک جلسه ورزش می‌تواند موج‌های مرتبط با حافظه را در مغز انسان تغییر دهد.

یافته‌های جدید نشان می‌دهد این ریتم‌های کوتاه ممکن است علاوه بر ذخیره و بازپخش خاطرات، هنگام استفاده فعال از یک فکر نیز به مغز کمک کنند تا اجزای مختلف آن را به‌صورت منسجم در کنار یکدیگر نگه دارد.

با این حال، این مطالعه ثابت نمی‌کند که موج‌های مذکور مستقیماً باعث تشخیص سریع‌تر تصاویر می‌شوند. پژوهشگران فعالیت این سیگنال‌ها را مشاهده کرده‌اند، اما آنها را به‌صورت آزمایشی فعال یا غیرفعال نکرده‌اند تا مشخص شود تغییر این فعالیت چه تأثیری بر حافظه دارد.

از سوی دیگر، تمام شرکت‌کنندگان به صرع شدید مبتلا بودند و الکترودها نیز بر اساس نیازهای پزشکی آنها در بخش‌های مشخصی از مغز قرار گرفته بودند. بنابراین تنها بخش‌های محدودی از مغز قابل بررسی بود. همچنین این آزمایش تنها یک نوع وظیفه مرتبط با حافظه را مورد بررسی قرار داد.

ورژبینسکی تأکید می‌کند هنوز برای در نظر گرفتن این سیگنال‌ها به‌عنوان هدفی برای درمان بیماری‌هایی که حافظه یا تفکر را تحت تأثیر قرار می‌دهند، زود است. پژوهشگران ابتدا باید مشخص کنند که آیا همین الگوی فعالیت در مغزهای سالم نیز رخ می‌دهد و آیا اختلال در آن می‌تواند عملکرد حافظه را تغییر دهد یا خیر.

در حال حاضر، این یافته‌ها یک احتمال قابل‌توجه را مطرح می‌کنند: یک فکر ممکن است یکپارچه و کامل به نظر برسد، زیرا بخش‌های دور از هم مغز برای مدت کوتاهی با یک ریتم مشترک هماهنگ می‌شوند.