چگونه مغز ما صداهای مهم را از صداهای پس‌ زمینه تفکیک می ‌کند؟

01

از 03

راز تفکیک صداهای مهم از صداهای پس‌ زمینه

دانشمندان علوم اعصاب مدت‌ها به این موضوع پرداخته‌اند که مغز چگونه در دنیایی پر سر و صدا، تنها بر موارد مهم تمرکز می‌کند. این پژوهش نشان می‌دهد که راز این فرایند در قدرت سیگنال‌ها نیست، بلکه در زمان‌بندی دقیق فعالیت نورون‌ها نهفته است. زمانی فعالیت الکتریکی مغز بیشترین کارایی را دارد که با ریتم‌های طبیعی گاما هم‌زمان شود.

اختلال در این ریتم‌ها در بیماری‌هایی مانند: ADHD، اسکیزوفرنی و آلزایمر مشاهده می‌شود، که می‌تواند توضیح دهد چرا در این اختلالات، توجه و حافظه دچار اختلال می‌شوند.

02

از 03

آزمایش روی میمون‌های ماکاک

پژوهشگران برای بررسی دقیق‌تر نحوه‌ تمرکز مغز، فعالیت مغزی میمون‌های ماکاک را هنگام انجام یک فعالیت دیداری ثبت کردند. اطلاعاتی که از چشم دریافت می‌شود، مرحله‌به‌مرحله در بخش‌های مختلفی از مغز (از V1 تا V4) پردازش می‌شود. در این تحقیق، تمرکز روی دو بخش بود: V2 که ویژگی‌های ساده مثل خطوط و رنگ‌ها را بررسی می‌کند و V4 که مسئول تشخیص شکل‌های پیچیده‌تر است.

دانشمندان با وارد کردن سیگنال‌های مصنوعی به بخش V2 و هماهنگ کردن آنها با ریتم‌های گاما در بخش V4، متوجه شدند فقط سیگنال‌هایی که دقیقاً در زمان مناسب و هماهنگ با این ریتم‌ها وارد می‌شوند، می‌توانند روی پردازش مغز اثر بگذارند. اگر سیگنال زودتر یا دیرتر برسد، مغز آن را نادیده می‌گیرد.

دربیتس توضیح داد: «سیگنال‌های تحریک‌شده تنها زمانی روی فعالیت نورون‌های V4 اثر داشتند که در فاز حساس چرخه گاما وارد شدند. در غیر این صورت، هیچ تأثیری نداشتند. این یافته نشان می‌دهد که نورون‌ها به‌ طور مداوم فعال نیستند، بلکه در چرخه‌های سریع چند میلی‌ثانیه‌ای بین حالت پذیرش و عدم پذیرش قرار می‌گیرند.»

به زبان ساده، مغز از ریتم گاما مثل یک دروازه‌ زمان‌بندی‌شده استفاده می‌کند و:

• سیگنال‌هایی که با این ریتم هماهنگ باشند، قدرت بیشتری پیدا می‌کنند و بهتر پردازش می‌شوند،
• اما اگر با این ریتم هماهنگ نباشند (زودتر یا دیرتر برسند)، ضعیف می‌شوند یا اصلاً نادیده گرفته می‌شوند.

این فرایند همان چیزی است که به مغز امکان می‌دهد در یک اتاق پر سر و صدا، صداهای مهم از صداهای پس‌ زمینه تفکیک کند یا هنگام عبور از خیابان، حرکت یک خودرو را در اولویت پردازش قرار دهد.

03

از 03

پیامدهای درمانی و آینده پژوهش

اختلال در ریتم‌های گامای مغزی ممکن است یکی از عوامل بروز مشکلات توجه در اختلال نقص توجه/بیش‌فعالی (ADHD) و اختلالات حافظه در بیماری آلزایمر باشد.

پژوهشی در سال ۲۰۱۶ نشان داد که تحریک مغز موش‌های مبتلا به آلزایمر با نورهای چشمک‌زن با فرکانس ۴۰ هرتز (مطابق با موج گاما)، باعث کاهش پلاک‌های آمیلوئید و فعال‌سازی سلول‌های ایمنی برای پاک‌سازی پروتئین‌های آسیب‌زا شد. این یافته، افق‌های تازه‌ای را برای توسعه روش‌های درمانی مبتنی بر تنظیم ریتم‌های گاما در بیماران آلزایمر گشوده است.

این پژوهش نشان می‌دهد که عملکرد مؤثر مغز در زمینه‌هایی مانند توجه، حافظه و پردازش اطلاعات، به زمان‌بندی دقیق فعالیت نورون‌ها وابسته است. زمانی که سیگنال‌های عصبی با لحظه‌ اوج فعالیت سلول‌های مغزی هماهنگ باشند، اطلاعات بهتر و سریع‌تر پردازش می‌شوند. این یافته‌ها می‌توانند پایه‌ای برای روش‌های نوین درمانی و توسعه فناوری‌هایی باشند که ارتباط مستقیم میان مغز و رایانه را ممکن می‌سازند.