شبکه های مغزی

یکی از بزرگترین رازهایی که فلاسفه و دانشمندان با آن مواجه بوده اند، پدیده مغز و ذهن می باشد. آیا مغز ( به عنوان ارگانی از بدن) ذهن را ایجاد میکند و یا ذهن پدیده ای کاملا جداست؟ رنه دکارت فیلسوف معروف فرانسوی قرن ۱۷ ، به دوگانگی و یا جدایی مغز و ذهن معتقد بود، و ذهن را یک پدیده متافیزیکی میدانست . اندیشه دکارت تا قرن ۱۹ پایدار ماند. اما با کشف قوانین فیزیکی ترمودینامیک، و اصل بقای ماده و انرژی، و اینکه انرژی پایاست، نه به وجود می آید و نه از بین میرود ِنظریه دکارت مورد تردید قرار گرفت. بر اساس علم فیزیک، هیچ پدیده متافیزیکی برای تغییر تعادل انرژی در مغز، و ایجاد حرکت در بدن، قابل تصور نیست و منشا انرژی، باید در درون مغز باشد. به همین جهت، روانشناسان و عصب پژوهان، از اواخر قرن ۱۹، در پی گشودن این راز هستند که مغز چگونه ذهن را ایجاد میکند.

نماهای خیالی از بازتاب رابطه ذهن و مغز

نمایی از شبکه های رابط مغز و ذهن

در دو دهه اخیر با به کارگیری روشهای جدید عکسبرداری مغز و مخصوصا «ام آر آی»،عصب پژوهان هر چه بیشتر به جزییات عملکرد مغز و ذهن پی برده اند و هر روزه در خبرها عکسهای رنگین تصویر نگاری مغز و عملکردهای قسمتهای مختلف مغز دیده میشود. به طور مثال، لوب گیجگاهی مغز که بالای گوش قرار گرفته، ناحیه مسئول حافظه است، لوب پس سری در پشت سر مسئول بینایی است. اما سوال اصلی این است که چگونه این مناطق با هم ارتباط برقرار کرده و « ذهن فردی ما» را ایجاد میکنند.
مغز انسان دارای صد میلیارد سلول عصبی (نورون) هست که تنه این سلولها عمدتا در قشر مغز بوده(قسمت خاکستری مغز)و زائده این نورونها که از تنه جدا شده، پیامها را به مناطق مختلف بدن میفرستند ( قسمت سفید مغز که در زیر قشر است).
در دو دهه اخیر مشخص شده که نورونهای قشر مغز شبکه های مختلفی ایجاد کرده اند که هر کدام مسئولیت خاصی را دارند. شبکه های مغزی همانند شبکه های اتوبوسرانی، راه آهن، و راههای آبی کشتیرانی که ما در زندگی روزانه با آنها برخورد داریم، هستند.
پژوهش شبکه های مغزی شاخه جدیدی از عصب پژوهی است که به آن «نوروساینس شبکه ها» گفته میشود. تیمی از این پژوهشگران در دانشگاه پنسلوانیا به رهبری دکتر دانیله باست Danielle Bassett و مکس بارتولرو Max Bartolero ، با استفاده از یک مدل نقشه برداری ریاضی Graph theory توانسته الگوی ارتباطات شبکه های مغزی و رابطه مغز و ذهن را نمودار سازی کند.

مغز انسان دارای صد میلیارد سلول عصبی (نورون) هست که تنه این سلولها عمدتا در قشر مغز بوده(قسمت خاکستری مغز)و زائده این نورونها که از تنه جدا شده، پیامها را به مناطق مختلف بدن میفرستند ( قسمت سفید مغز که در زیر قشر است). در دو دهه اخیر مشخص شده که نورونهای قشر مغز شبکه های مختلفی ایجاد کرده اند که هر کدام مسئولیت خاصی را دارند. شبکه های مغزی همانند شبکه های اتوبوسرانی، راه آهن، و راههای آبی کشتیرانی که ما در زندگی روزانه با آنها برخورد داریم، هستند.

تصاویر پت اسکن مغز

بر اساس این پژوهش، چند سلول مغزی (نورونها) در کنار یکدیگر در قشر مغز همکاری میکنند. این گروه کوچک « گره ویا نود Node» نامیده میشود. این نودهها، با نودهای کناری در ارتباط هستند و همه نودها در یک منطقه قشری به یک «قطب یا هاب Hub» محلی در تماسند. گردهمایی چند نود (گره) و هاب (قطب)، یک ماژول Module را تشکیل میدهد ( کامپیوترهای امروزی هم دارای ماژول هستند مثلا کارتهای تولید تصویر و یا صدا و یا ارتباط با هارد دیسک با هم ارتباط دارند ولی به طور جداگانه میتوان آنها را تعویض کرد). این ماژولها به طور دائم و بر اساس نیاز مغز در ارتباط با یکدیگر هستند. گروه خانم دکتر باست Bassett، سیصد نود (گره )را در قشر مغز توصیف کرده که با قطبها (هابهای) ارتباطیشان، هفت ماژول را تشکیل میدهند. این ماژولها عبارتند از:
۱- بینایی visual
۲- توجه Attention
۳- کنترل قشر پیشانی- آهیانه ای
Frontoparietal Control
۴- حرکات بدن Somatic Motor
۵- ویژگی خاص Salience
۶- پیش فرضی Default mode
۷- لیمبیک (ناحیه قدیمی مغز برای عواطف) Limbic

شبکه های مغزی و موسیقی ذهن

برای درک اینکه شبکه ها و ماژولها چگونه ایجاد «فکر» میکنند، میتوان آنرا شبیه یک ارکستر بزرگ دانست که در حال اجرای یک سنفونی است. اگر هر نوازنده را یک سلول عصبی (نورون) فرض کنیم، تمام نوازنده های ویلون یک نود (گره) محسوب میشوند. این نود باید با نود دیگر ، مثلا تمام نوازنده های ترومپت، هماهنگ باشند و تمامی اینها در یک قسمت ارکستر (ماژول) باید با قسمت دیگر ارکستر ،هماهنگ باشند و رهبر ارکستر نقش قطب ارتباطی( هاب) را به عهده دارد.
در مغز، ارتباط و هماهنگی ماژولهای مغز، همانند یک ارکستر ، «ارتباط عملکردی functional connectivity» نامیده میشود. باید توجه داشت که تمام ماژولهای مغز به طور دائم فعال هستند و بر حسب نیاز مغز و ذهن فقط یک یا چند تای آنها فعالیتشان را افزایش میدهند.
گروه دکتر باست پژوهشی بر روی بیش از ده هزار «ارتباط عملکردی functional connectivity» در ۸۳ فرد نرمال انجام دادند. این پژوهش نشان داد که اگر چه ماژولها در مغز به هم وابستگی ندارند ولی همانند یک ارکستر با یکدیگر همکاری دارند مثلا هنگام دیدن یک فیلم، ماژول بینایی بدون ماژول «توجه» و درک عواطف بازیگران فیلم (ماژول لیبمبیک) ، قادر به درک فیلم نیست.
یکی از مهمترین ماژولها در مغز انسان، ماژول فرونتو پاریتال ( پیشانی-آهیانه ای) است که ارتباط وسیعی با لوبهای مغزی دارد. این ماژول در فرگشت، بیشترین رشد را در انسان داشته و در عملکردهای اجرایی executive function که شامل تصمیم گیری، حافظه کوتاه مدت و کنترلهای شناختی میشود، نقش مهمی دارد.
ماژول مهم دیگر ، Salience و یا توجه ویژه است که به تحریکات جدید (که قبلا با آن مواجه نشده بودیم) پاسخ میدهد.
ماژول بسیار مهم دیگر، ماژول default mode و یا حالت پیش فرضی است. این ماژول مسئول تفکرات درونی، یادگیری، یادآوری خاطره ها، تاثر پذیری از افکار دیگران و حتی قماربازی است. اختلال این ماژول، همانند اختلال یک فرودگاه مرکزی در یک کشور است که میتواند تمام ارتباطات هوایی را مختل کند.

برای درک اینکه شبکه ها و ماژولها چگونه ایجاد «فکر» میکنند، میتوان آنرا شبیه یک ارکستر بزرگ دانست که در حال اجرای یک سنفونی است. اگر هر نوازنده را یک سلول عصبی (نورون) فرض کنیم، تمام نوازنده های ویلون یک نود (گره) محسوب میشوند. این نود باید با نود دیگر ، مثلا تمام نوازنده های ترومپت، هماهنگ باشند و تمامی اینها در یک قسمت ارکستر (ماژول) باید با قسمت دیگر ارکستر ،هماهنگ باشند و رهبر ارکستر نقش قطب ارتباطی( هاب) را به عهده دارد.

ارتباطات شبکه های مغزی ،هویت شخصی ما و بیماریهای مغزی

اگر‌چه همه ما شبکه های پایه مغزی که شامل هفت نوع ماژول و قطبهای ارتباطی آنها را داریم ، ولی ارتباطات و یا سیم کشی های بین شبکه ها در افراد تفاوتهای جزیی دارند. اخیرأ بخش ابتدایی یک از پژوهشهای بزرگ موسسه بهداشت ملی آمریکا به نام «ارتباطات شبکه های مغزی و یا Human Connectome Project انجام شده است.در این بخش، با استفاده از تصویربرداری ام آر آیی مغز، ارتباط شبکه ها در ۱۲۰۰ فرد جوان بررسی شده است.

برای این پژوهش، وضعیت روزانه این افراد مانند میزان خواب، تواناییهای حافظه و یا گفتاری آنها و شرائط رفتاری آنها ثبت شده است(۲۸۰ سوال از هر فرد). این پژوهشها نشان داده که همانند «اثر انگشت»، این ارتباطات شبکه ای منحصر بفرد بوده و ماهیت شخصیت فرد را تعیین میکند. ارتباطات موثر و بارز مابین بعضی از ماژولها، تعیین کننده قدرت حل مسائل، قدرت گفتاری بیشتر و هوش بالاتر است. این افراد معمولا حافظه و قدرت توجه بیشتری داشته و رضایت بیشتری از زندگی دارند.

افرادی که ارتباط (کانکتوم) بین شبکه ای ضعیفتری دارند، هوش پایین تر، اعتیادات دارویی، کم خوابی و قدرت تمرکز کمتری دارند.هماهنگی ماژولها نه تنها ماهیت شخصی شما را تعیین میکند بلکه به حفظ آن نیز کمک میکند. ارتباط فیزیکی بین ماژولها که توسط زائده سلولهای عصبی صورت میگیرد میتواند در طول ماهها و یا سالها در اثر بیماری و یا بالا رفتن سن، تغییر کند ولی ارتباطات عملکردی و یا فونکسیونل functional که توسط مواد شیمیایی در مغز صورت میگیرد، به جهت تغییر عملکرد ما ( مثلا تغییر حالت از حل یک مسئله ریاضی، به نگاه کردن یک فیلم)، در عرض چند ثانیه و یا دقیقه صورت میگیرد.
یکی از مهمترین سوالها در تغییرات این ارتباطات ( کانکتوم) اینستکه اینها چگونه از دوران کودکی تا بزرگسالی تغییر میکند؟ آیا آموزش، آشنایی با یک ایده و یا روش جدید و یا وضعیت اقتصادی- اجتماعی آنها را تغییر میدهد؟
ما میدانیم که ماژولهای مغزی در اوائل زندگی و حتی در مرحله جنینی تشکیل میشوند ولی ارتباط بی آنها و یا کانکتومها، با رشد ما، بیشتر پالایش میابند.
برای درک بهتر ارتباطات عملکردی (فونکسیونل) شبکه ها، در دانشگاه استانفورد پژوهشی در جریان است که یکی از استادان روانشناسی (پرفسور راسل پولدارک) هر سه هفته مورد بررسی تستهای شناختی و ام آر آی قرار میگیرد تا ارتباط وضعیت شناختی با کانکتومها مشخص شود. این پژوهش مشخص کرده که هنگامیکه ارتباط شبکه ها انعطاف flexibility بیشتری در جهت ایجاد ارتباط موثرتر ماژولها دارند وضعیت شناختی فرد بهتر خواهد بود.اخیرا در بیماران با افسردگی، شیزوفرنی، اتیسم، آلزایمر، صرع و بیماری بیش فعالی، اختلالات ارتباطات بین شبکه ها (کانکتومها) یافت شده است. مثلا در بیماران شیزوفرنی و خانواده درجه یک آنها، هیچ اشکالی در ماژولهای مغزی یافت نشده بلکه تعدادی از ارتباطات یا کانکتومها بیش از حد فعال هستند. هذیانهای شنوایی به علت تغییر جهت ارتباطات با ماژولهای گفتاری به جای ماژولهای شنوایی است. به همین دلیل بیمار در سر خود صداهای مختلف میشنود.
در بیماری افسردگی، ماژول پیش فرضی default mode، ارتباطات قویتری ایجاد میکند و فرد به طور دائم افکار منفی را در ذهن نشخوار میکند. در درمان افسردگی تحریک مغناطیسی مغز میتواند به تغییر ارتباطات مغز و ذهن در ماژول پیش فرضی کمک کند.
درک بیشتر ارتباطات ماژولها در بیماریهای مغزی کمک به پیشگیری و درمان موثرتر این بیماریها میکند. گام بعدی پیدا کردن ارتباط ژنها با ایجاد این شبکه ها در مغز است. علیرغم پیشرفتهای شگرف در دهه گذشته، هنوز راه زیادی برای یافتن جزییات عملکرد شبکه های مغزی، داریم. استفاده از تکنیکهای کاشت الکترودها و ثبت لحظه ای ماژولها به یافتن راز یکی از پیچیده ترین شبکه های جهان، یعنی مغز ما کمک خواهد کرد.

تهیه و تدوین: دکتر محمد انتظاری طاهر، متخصص مغز و اعصاب

منبع: SCIENTIFIC AMERICAN JULY 2019

Share →

دیدگاهتان را بنویسید

Web Analytics