تحقیقات جدید نشان می‌دهند که چگونه مغز اطلاعات حسی و سیگنال‌های حرکتی را ادغام می‌کند و بر نحوه واکنش ما به آنچه می‌شنویم، تأثیر می‌گذارد.
به گزارش تکناک، صدای زنگ تلفن یا پارس سگ را می‌شنوید، می‌توانید تشخیص دهید برای شماست یا شخص دیگری؟ صدای پایی را در شب می‌شنوید، متوجه می‌شوید فرزند شماست یا یک مزاحم؟ دوست است یا دشمن؟ در همین لحظات تصمیمی که می‌گیرید، مشخص می‌کند که چه اقدامی را باید انجام دهید.
محققان بنیاد Champalimaud آنچه را که ممکن است در چنین لحظاتی در مغز ما اتفاق بیفتد، نشان داده‌اند و ما را یک قدم به کشف رمز و راز چگونگی تبدیل ادراکات به اعمال در مغز نزدیک‌تر می‌کنند.
درک فرآیندهای مغز در طول تصمیم‌گیری
ما هر روز بر اساس صداها، تصمیمات بی‌شماری را بدون دوبار فکر کردن می‌گیریم. اما در چنین مواردی دقیقاً چه اتفاقی در مغز می‌افتد؟ مطالعه جدیدی از آزمایشگاه محققی به نام رنارت که 10 می در مجله Current Biology منتشر شده است، به بررسی این مسئله می‌پردازد. یافته‌های محققان درک ما را از نحوه درهم تنیده شدن اطلاعات حسی و انتخاب‌های رفتاری در قشر مغز که لایه بیرونی مغز است که درک آگاهانه ما از جهان را شکل می‌دهد، عمیق‌تر می‌کند.
قشر مغز به مناطقی تقسیم می‌شود که عملکردهای مختلفی را بر عهده دارند: مناطق حسی اطلاعات محیط ما را پردازش می‌کنند، در حالی که نواحی حرکتی اعمال ما را مدیریت می‌کنند. در کمال تعجب، سیگنال‌های مربوط به اعمال آینده که ممکن است انتظار داشته باشیم فقط در نواحی حرکتی پیدا شوند، در موارد حسی نیز ظاهر می‌شوند. سیگنال‌های مرتبط با حرکت در مناطقی که به پردازش حسی اختصاص داده شده‌اند چه می‌کنند؟ این سیگنال‌ها کی و کجا ظاهر می‌شوند؟ بررسی این سؤالات می‌تواند منشأ و نقش این سیگنال‌های گیج‌کننده و اینکه چگونه تصمیم‌گیری می‌کنند یا نمی‌کنند را نشان دهد.
روش‌های تحقیق نوآورانه
محققان با طراحی یک آزمایش بر روی موش‌ها به این پرسش‌ها پرداختند. پسادکتر رافائل استاینفلد، نویسنده اصلی این مطالعه می‌گوید: برای کشف سیگنال‌های مربوط به اعمال آینده در نواحی حسی، ما به دقت در مورد وظیفه‌ای که موش‌ها باید انجام دهند، فکر کردیم. مطالعات قبلی اغلب بر وظایف Go-NoGo تکیه می‌کردند، که در آن حیوانات بسته به هویت محرک، انتخاب خود را با انجام یک عمل یا حرکت نکردن انجام می‌دادند. با این حال، این روش تنظیم سیگنال‌های مرتبط با حرکات خاص را با سیگنال‌های مربوط به حرکت به‌طور کلی مخلوط می‌کند. برای جداسازی سیگنال‌ها برای اقدامات خاص، به موش‌ها آموزش داده شد که بین یکی از دو عمل تصمیم بگیرند. آنها باید تصمیم می‌گرفتند که صدا در مقایسه با آستانه تنظیم‌شده بالا یا پایین است و تصمیم خود را با لیسیدن یکی از دو دهانه، چپ یا راست، گزارش می‌کردند.
با این حال، این کافی نبود. استاینفلد ادامه می‌دهد: موش ها به سرعت این کار را یاد می‌گیرند و اغلب به محض شنیدن صدا پاسخ می‌دهند. برای جدا کردن فعالیت مغز مربوط به صدا از فعالیت مرتبط با پاسخ، یک تاخیر بحرانی نیم ثانیه انجام دادیم. در طول این فاصله، موش‌ها مجبور بودند از تصمیم خود صرف نظر کنند. مهمتر از همه، این تأخیر به ما این امکان را داد که به‌طور موقت فعالیت مغز مرتبط با محرک را از محرک مرتبط با انتخاب جدا کنیم و نحوه آشکار شدن سیگنال‌های عصبی مرتبط با حرکت را در طول زمان از ورودی حسی اولیه پیگیری کنیم.
برای تشریح بازنمایی‌های عصبی محرک و انتخاب، طراحی آزمایشی که به اندازه کافی چالش‌برانگیز باشد تا به موش‌ها اجازه اشتباه بدهد نیز مهم بود. نرخ موفقیت 100% تمایز بین محرک و انتخاب را محو می‌کند، زیرا هر محرک همیشه پاسخ یکسانی را برمی‌انگیزد. با ایجاد پتانسیل خطا، می‌توانیم رمزگذاری عصبی صدا را از تصمیم‌های گرفته شده جدا کنیم. برای مثال، در مواردی که موش‌ها صدای یکسانی را می‌شنیدند اما تصمیمات متفاوتی (درست یا نادرست) می‌گرفتند، محققان می‌توانستند بررسی کنند که آیا فعالیت یک نورون بین این دو عمل متفاوت است یا خیر. اگر چنین بود، نشان می‌دهد که نورون اطلاعات مربوط به انتخاب را رمزگذاری کرده است.
درک عمیق از اتصالات عصبی
پس از شش ماه آموزش سخت، محققان در نهایت توانستند در حین انجام این تحقیق، ثبت فعالیت عصبی را در موش‌ها آغاز کنند. آنها روی قشر شنوایی تمرکز کردند که بخشی از قشر مسئول پردازش آنچه است که می‌شنویم، که قبلا نشان داده بودند برای این کار لازم است. آلفونسو رنارت، محقق اصلی و نویسنده ارشد این مطالعه، توضیح می‌دهد: قشر موش‌ها و انسان‌ها از شش لایه تشکیل شده است که هر کدام دارای عملکردهای تخصصی و اتصالات متمایز به سایر مناطق مغز هستند. با توجه به اینکه لایه‌های خاصی معمولاً اطلاعات حسی را از نواحی مغز دریافت می‌کنند، در حالی که برخی دیگر ورودی‌ها را به مراکز حرکتی ارسال می‌کنند، ما به‌طور همزمان فعالیت را در سراسر لایه‌های قشر شنوایی ثبت کردیم.
رنارت ادامه می‌دهد: ما به این نتیجه رسیدیم که سیگنال‌های حسی و مربوط به انتخاب، الگوهای مکانی و زمانی مشخصی را نشان می‌دهند. سیگنال‌های مربوط به تشخیص صدا به سرعت ظاهر می‌شوند اما به سرعت محو می‌شوند و حدود 400 میلی‌ثانیه پس از ارائه صدا ناپدید می‌شوند و به‌طور گسترده در تمام لایه‌های قشر مغز توزیع می‌شوند. در مقابل، سیگنال‌های مربوط به انتخاب که نشان‌دهنده حرکتی است که موش بعداً می‌خواهد انجام دهد، قبل از اجرای تصمیم ظاهر شدند و در لایه‌های عمیق‌تر قشر متمرکز شدند.
با این حال، علی‌رغم جدایی زمانی بین فعالیت محرک و انتخاب، تجزیه و تحلیل بیشتر یک ارتباط جالب را نشان داد: نورون‌هایی که به فرکانس صوتی خاصی پاسخ می‌دهند نیز تمایل دارند برای اعمال مرتبط با آن صداها فعال‌تر باشند. به عنوان مثال، نورونی که به فرکانس‌های بالا واکنش نشان می‌دهد، بسته به نحوه آموزش هر یک از موش‌ها، ممکن است بیشتر برای یک لیس به سمت راست در یک موش و یک لیس به سمت چپ در دیگری فعال شود، زیرا ما اقتضای عمل صدا را تغییر می‌دهیم. این تغییرپذیری در حیوانات مختلف نشان می‌دهد که این فعالیت سخت‌افزاری نیست، بلکه از طریق تجربه سازگار می‌شود. این نورون‌ها یاد می‌گیرند که فعالیت خود را برای هر عملی که بر اساس فرکانس صدای ترجیحی‌شان مناسب است، افزایش دهند.
منشاء و نقش سیگنال‌های انتخاب
بنابراین منشا این سیگنال‌های انتخابی در قشر شنوایی چه می‌تواند باشد؟ رنارت خاطرنشان می‌کند: جالب است، به نظر نمی‌رسد سیگنال‌های حسی اولیه در قشر شنوایی انتخاب نهایی موش‌ها را پیش‌بینی کند، و سیگنال‌های انتخابی به‌طور قابل‌توجهی دیرتر ظاهر می‌شوند. این نشان می‌دهد که سیگنال‌های حسی در قشر شنوایی مستقیماً باعث اعمال موش‌ها نمی‌شوند، و سیگنال‌های انتخابی که مشاهده می‌کنیم احتمالاً در جای دیگری در مناطق بالاتر مغز درگیر در برنامه‌ریزی یا اجرای حرکات محاسبه می‌شوند و سپس بازخورد خود را به قشر شنوایی ارسال می‌کنند.
اما اگر این سیگنال‌های حرکتی اعمال را دیکته نکنند، چه نقشی می‌توانند ایفا کنند؟ شاید آنها عمدتاً در خدمت یکپارچه سازی و انتقال اطلاعات هستند. برای مثال، این سیگنال‌ها می‌توانند ادراک مغز را تنظیم کنند تا با تصمیمی که در حال آشکار شدن است، هماهنگ شوند و ثبات آنچه را که ما درک می‌کنیم، افزایش دهند. از طرف دیگر، آنها می‌توانند مغز را برای نتایج حسی مورد انتظار اعمال، مانند سر و صدای ایجاد شده از حرکت، آماده کنند و اطمینان حاصل کنند که تجربیات حسی ما با حرکات ما مطابقت دارد.
تحقیقات آینده و مفاهیم
با این حال، این فرضیه‌ها هنوز باید تأیید شوند. ممکن است برایتان سوال باشد که اگر سیگنال‌های حسی قشر شنوایی مستقیماً انتخاب‌ها را تعیین نمی‌کنند، و سیگنال‌های انتخابی که ما در آنجا مشاهده می‌کنیم در واقع توسط آن تولید نمی‌شوند، پس هدف قشر شنوایی دقیقاً چیست؟ رنارت گفت: ما می‌توانیم حدس بزنیم که قشر شنوایی بیشتر به ساختن تجربه‌ای آگاهانه از صدا می‌پردازد تا تحول حسی-حرکتی، اما ما این موضوع را بعدا بررسی خواهیم کرد.
با این حال، نمی‌توان نقش علت و معلولی را رد کرد، به ویژه از آنجا که لایه‌های عمیق‌تر قشر شنوایی اطلاعات را به مخطط خلفی که بخشی از مرکز کنترل مغز برای عادات و حرکات است، منتقل می‌کند. هدف مطالعات آینده مشخص کردن منشأ دقیق این سیگنال‌های حرکتی و اینکه آیا واقعاً علت رفتار هستند یا خیر می‌باشد. در حال حاضر، ما می‌توانیم قطعه دیگری را به این پازل اضافه کنیم که چگونه مغز ادراک را به عمل تبدیل می‌کنند و مکانیسم‌های درونی در هنگام شنیدن صدای قدم‌ها در شب را فعال می‌کند.
