دانشمندان با استفاده از ابزارهای پیشرفته تصویربرداری و مدل‌سازی، موفق به ثبت جزئیات جدیدی از فعالیت ساختارهای پیچیده افکار انسان شدند که در طول فرایندهای شناختی و فکری در مغز فعال می‌شوند.
به گزارش تک‌ناک، این دستاورد می‌تواند درک عمیق‌تری از عملکرد مغز و چگونگی پردازش اطلاعات و تفکر را فراهم کند و در آینده باعث پیشرفت‌های بیشتری در علوم اعصاب می‌شود.
فعالیت ضبط شده از هزاران نورون نشان می‌دهد که چگونه مغز یک فرد به طور انتزاعی اعمال استدلال را نشان می‌دهد.
محققان با تجزیه و تحلیل نورون‌ها در بیماران صرعی، شیوه تشکیل نقشه‌های شناختی افکار انسان را در طول استدلال استنباطی شناسایی کرده‌اند. هیپوکامپ که به طور سنتی با نقشه‌برداری فضای فیزیکی مرتبط است، فرایندهای شناختی را نیز می‌سازد.
این مطالعه نشان می‌دهد که چگونه یادگیری تجربی و کلامی بر بازنمایی‌های عصبی تأثیر می‌گذارد و بینش‌هایی را برای درمان‌های عصبی بالقوه ارائه می‌دهد.
مکانیسم‌های عصبی استدلال استنباطی
برای استنباط اینکه هر دو چیز در جهان چگونه با یکدیگر ارتباط دارند، به مغز نیاز است، خواه این ارتباط آب و هوای بد، یا تأخیر در رفت و آمد باشد، یا اینکه چگونه شرایط محیطی باعث تکامل گونه‌ها می‌شود. یک مطالعه جدید بر اساس فعالیت ضبط شده در افکار انسان، مجموعه‌ای راهگشا از داده‌ها را به دست آورده است، که اکنون محققان برای آشکار کردن تجسم‌های عصبی استدلال استنباطی، با وضوح بیشتر از همیشه از این داده‌ها استفاده می‌کنند.
دکتر اولی روتیشاسر، یکی از محققان این مطالعه گفت: «ما در حال درک چگونگی یادگیری مغز و استخراج دانش از آنچه تجربه می‌کنیم، هستیم.»
این مطالعه به عنوان بخشی از یک کنسرسیوم چند نهادی انجام شده است، که توسط مؤسسه ملی سلامت، تحقیقات مغز از طریق ابتکار فناوری‌های عصبی نوآورانه، یا The BRAIN Initiative تأمین مالی شده است و در 14 آگوست به صورت آنلاین در مجله Nature منتشر شد.
ضبط فعالیت‌های عصبی
محققان با استفاده از ضبط‌های الکتریکی بیش از 3000 نورون در 17 داوطلب مبتلا به صرع، که تحت نظارت تهاجمی در بیمارستان برای یافتن منابع تشنج خود بودند، یک مجموعه داده آشکار منحصربه‌فرد را جمع‌آوری کردند، که به محققان اجازه می‌دهد برای اولین بار نظارت کنند که چگونه سلول‌های مغز یک فرایند یادگیری حیاتی برای استدلال استنباطی را نشان می‌دهند.
همان‌طور که محققان فعالیت نورون‌ها را ضبط کردند، دانشمندان شرکت‌کنندگان را با یک وظیفه استدلال استنباطی ساده به چالش کشیدند.
در این وظیفه، شرکت‌کنندگان با آزمون و خطا، یک ارتباط صحیح و پولی بین تصاویر، مانند تصاویر یک ماشین یا یک تکه میوه و فشار دادن دکمه چپ یا راست را کشف کردند. هنگامی که شرکت‌کنندگان این تداعی‌ها را برای مجموعه‌ای از تصاویر یاد گرفتند، محققان در روند این آزمون تغییر ایجاد کردند و سپس اینکه کدام دکمه ارتباط صحیح برای هر تصویر است را تغییر دادند.
تغییرات شناختی در طول یادگیری استنباطی
در ابتدا داوطلبان از آنجایی که تغییراتی ایجاد شده را متوجه نشدند، انتخاب‌های نادرستی انجام دادند. هر چند این خطاها داوطلبان را قادر ساخت تا به سرعت استنباط کنند که یک دکمه تصویر جدید ایجاد شده است و آنها بیشتر توانستند استنباط کنند که همه دکمه‌ها تغییر کرده‌اند.
دانشمندان این کار آزمایشی را به استنباط‌هایی از زندگی واقعی تشبیه می‌کنند، مانند مواردی که مسافران خارج از کشور اغلب نیاز به انجام آن دارند.
بازنمایی عصبی انتقال حالت ذهنی
اگر هم در نیویورک و هم در لندن زندگی کنید و به بریتانیا پرواز داشت باشید، می‌دانید که وقتی می‌خواهید از جاده عبور کنید، باید به طرف معکوس جاده نگاه کنید. در بریتانیا شما به حالت ذهنی متفاوتی تغییر کرده‌اید که نشان‌دهنده قوانین ترافیکی است که با زندگی در لندن آموخته‌اید.
حتی اگر از مکان‌هایی دیدن کنید که هرگز در بریتانیا نرفته‌اید، مانند حومه شهر در ولز، استنباط می‌کنید که این قوانین همچنان در آنجا اعمال می‌شوند و هنوز باید هنگام عبور از جاده به جای چپ به راست نگاه کنید.
دانیل سالزمن، یکی از نویسندگان این مقاله عنوان کرد: «این تحقیق یک مبنای عصبی برای دانش مفهومی را روشن می‌کند، که برای استدلال، استنتاج، برنامه‌ریزی و حتی تنظیم احساسات ضروری است.»
اشکال هندسی با ابعاد بالا در فعالیت مغز
اما چگونه این نوع تفکر به صورت فیزیکی در فعالیت نورون‌ها اعمال می‌شود؟ محققان با استفاده از ابزارهای ریاضی که برای یکپارچه‌سازی ضبط فعالیت هزاران نورون به کار می‌رفتند، فعالیت مغز داوطلبان را به شکل‌های هندسی (به جای اشکال سه‌بعدی آشنا که ما به طور معمول تجسم می‌کنیم) ایجاد کردند.
اینها اشکال هندسی با ابعاد بالا هستند که ما نمی‌توانیم آنها را در یک مانیتور کامپیوتر تصور یا تجسم کنیم، اما ما می‌توانیم از تکنیک‌های ریاضی برای تجسم بازیابی بسیار ساده‌شده آنها به شکل سه‌بعدی استفاده نماییم.
هنگامی که محققان اشکال فعالیت مغز را بین مواردی که افراد استنتاج موفقی داشتند با مواردی که استنباط آنها ناموفق بود مقایسه کردند، تفاوت‌های فاحشی پدیدار شد.
در جمعیت‌های خاصی در طول یادگیری، محققان شاهد انتقال‌هایی از بازنمایی‌های بی‌نظم به این ساختارهای هندسی زیبا بودند که با توانایی استدلال استنباطی ارتباط داشت.
ارتباط فعالیت هیپوکامپ با نقشه‌برداری شناختی
علاوه بر این، محققان این ساختارها را فقط در موارد ضبط شده از هیپوکامپ مشاهده کردند و نه در سایر مناطق مغزی مانند آمیگدال و نواحی قشر لوب فرونتال، که دانشمندان تحت نظر داشتند.
به گفته محققان، این یک یافته شگفت‌انگیز می‌باشد، چرا که هیپوکامپ مدت‌ها است به عنوان مکان مغزی جذاب برای تجسم نقشه‌های عصبی فضاهای فیزیکی در نظر گرفته می‌شود. یافته‌های جدید نشان می‌دهد که این ناحیه می‌تواند نقشه‌های شناختی مرتبط با عملکردهای مغز مانند استنتاج و یادگیری را ایجاد کند.
تأثیر آموزش کلامی بر بازنمایی‌های عصبی
یکی دیگر از نتایج جالب توجه تحقیق این است که داوطلبانی که قوانین ارتباطی بین تصاویر و دکمه‌ها را فقط از طریق آموزش شفاهی و نه بر اساس تجربه آزمون و خطا یاد می‌گیرند، همان ساختار زیبای بازنمایی‌های عصبی در هیپوکامپ آنها ایجاد می‌شود.
این یک مشاهده مهم است، زیرا در حالی که انسان‌ها اغلب از طریق مبادلات کلامی از یکدیگر یاد می‌گیرند، اطلاعات بسیار کمی در مورد اینکه چگونه اطلاعات کلامی بازنمایی‌های عصبی را تغییر می‌دهند، وجود دارد.
آموزش کلامی شیوه ایجاد دانش در مورد موضوعاتی است که هرگز تجربه نکرده‌ایم. این تحقیق نشان می‌دهد که دستورالعمل‌های شفاهی در مقایسه با مواردی که از یادگیری تجربی به دست می‌آیند، باعث بازنمایی‌های عصبی ساختار یافته بسیار مشابهی می‌شوند.
نقش بیماران صرعی در تحقیقات مغزی
محققان تأکید می‌کنند که هیچ یک از این اکتشافات بدون همکاری و مشارکت داوطلبانه بیمارانی که از صرع مقاوم به دارو رنج می‌برند، امکان‌پذیر نبود.
در این تحقیق از الکترودهایی برای جمع‌آوری داده‌های عصبی به‌طور موقت توسط پزشکان تنها برای یافتن منبع تشنج هر فرد، با هدف نهایی استفاده از آن اطلاعات برای درمان‌های جراحی بیشتر یا مبتنی بر نورومدولاسیون، کاشته شد.
