همانگونه که مغز بهراحتی دچار حواسپرتی میشود، به همان اندازه نیز توانایی بازگرداندن تمرکز خود به فعالیت اصلی را دارد.
یک پژوهش جدید بر روی حیوانات، انجامشده توسط دانشمندان مؤسسهٔ پیکاور برای یادگیری و حافظه در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)، نشان میدهد این فرایند چگونه رخ میدهد: فعالیت هماهنگ نورونها به شکل امواج چرخان مغزی، روند تفکر را دوباره در مسیر درست قرار میدهد.
دکتر ارل کی. میلر، نویسنده ارشد این پژوهش و استاد مؤسسه پیکاور و دپارتمان علوم مغز و شناختی MIT، در توضیح نتایج گفت: «این امواج چرخان مانند چوپانهایی عمل میکنند که قشر مغز را به مسیر محاسباتی درست هدایت میکنند.»
دکتر تَمَل باتابیال، پژوهشگر پسادکتری مؤسسه پیکاور، نویسنده اصلی این مطالعه است که در تاریخ ۳ نوامبر در نشریه Journal of Cognitive Neuroscience منتشر شده است.
چرخشهای ریاضی…
در این پژوهش، حیوانات در معرض یک آزمون حافظه کاری دیداری قرار گرفتند؛ اما گاهی هنگام تلاش برای به خاطر سپردن شیئی که دیده بودند، با یکی از دو نوع حواسپرتی متفاوت روبهرو میشدند.
همانگونه که انتظار میرفت، این عوامل حواسپرتی بر عملکرد حیوانات در انجام وظیفه تأثیر گذاشت، گاهی باعث بروز اشتباه در پاسخ یا دستکم کند شدن زمان واکنش آنها هنگام اجرای وظیفه میشد. در همین حال، پژوهشگران فعالیت الکتریکی صدها نورون در قشر پیشپیشانی مغز، ناحیهای مسئول کارکردهای شناختی سطح بالا را بهطور دقیق پایش و ثبت کردند.
برای تحلیل نحوهٔ تغییر فعالیت نورونی در طول صدها جلسهٔ آزمایش، چه با حواسپرتی یا بدون آن و چه در مواقعی که حیوانات عملکرد خوبی داشتند، پژوهشگران از یک ابزار ریاضی و تصویری به نام «کدگذاری زیرفضا» (subspace coding) استفاده کردند. این روش درجهٔ هماهنگی فعالیت نورونها را در طول زمان نشان میدهد و مشخص کرد که فعالیت نورونهای قشری بسیار هماهنگ است.
میلر توضیح داد: «مثل گلهای از ستارگان که در آسمان با هم پرواز میکنند.»
پس از حواسپرتی، حرکت چرخانی در زیرفضا مشاهده شد، گویی «پرندگان» پس از بهمریختگی در شکلگیری گله دوباره گرد هم جمع میشوند. به عبارت دیگر، میلر گفت این چرخش بهنظر میرسد بازگشت وضعیت فعالیت نورونها پس از حواسپرتی را نشان دهد.
در واقع، این چرخشها عملکرد حیوانات در آزمون را پیشبینی میکردند. در مواردی که حواسپرتی باعث اشتباه نمیشد، دادههای نورونی یک دایرهٔ کامل را نشان دادند که بازگشت کامل فعالیت را تأیید میکند.
اما در مواردی که حواسپرتی موجب خطا شد، مسیر حرکت نورونها کامل نمیشد و بهطور متوسط ۳۰ درجه کوتاهتر بود. مسیر فعالیت در جلسات اشتباهدار با سرعت کندتری حرکت میکرد، که میتواند توضیحدهندهٔ عدم بازیابی کامل پس از حواسپرتی باشد.
یکی دیگر از یافتهها این بود که حیوانات در بازیابی بهتر عمل میکردند اگر زمان بین حواسپرتی و نیاز به واکنش طولانیتر بود. دادهها نشان داد که مغز به این زمان نیاز دارد تا از نظر ریاضی «دایرهٔ کامل» را بسازد و از نظر رفتاری دوباره روی مسیر درست قرار گیرد.
دادههای کدگذاری زیرفضا نشان داد که نورونها بهصورت بسیار هماهنگ فعالیت میکنند و این سازماندهی چرخشی به حفظ تمرکز آنها کمک میکند. نکتهٔ جالب این است که این چرخشها فقط در صورت وجود حواسپرتی رخ میدادند (هر دو نوع حواسپرتی آنها را ایجاد میکردند) و بهصورت خودبهخود شکل نمیگرفتند.
بازتاب چرخشهای فیزیکی…
کدگذاری زیرفضا صرفاً یک نمایش ریاضی انتزاعی از فعالیت نورونها در طول زمان است. اما وقتی پژوهشگران اندازهگیریهای مستقیم فیزیکی فعالیت نورونی را بررسی کردند، دریافتند که این فعالیت در واقع یک موج واقعی در حال حرکت است که در سطح قشر مغز میچرخد.
چندین اندازهگیری نشان داد که فعالیت اسپایک نورونها یک نظم مکانی با زوایای در حال تغییر مداوم دارد که با موجی از فعالیت که روی الکترود قشری میچرخد، همخوانی دارد. در واقع، موج واقعی با همان سرعتی میچرخید که در کدگذاری زیرفضا به صورت ریاضی نمایش داده شده بود.
میلر گفت: «از نظر اصولی هیچ دلیلی وجود ندارد که یک چرخش در این زیرفضأ ریاضی به طور مستقیم با چرخش روی سطح قشر مغز مطابقت داشته باشد. اما این اتفاق میافتد. این به من نشان میدهد که مغز از این موجهای در حال حرکت برای محاسبات واقعی و آنالوگ استفاده میکند. محاسبات آنالوگ نسبت به دیجیتال بسیار کممصرفتر است و زیستشناسی راهحلهای کممصرف انرژی را ترجیح میدهد. این یک روش متفاوت و طبیعیتر برای درک محاسبات نورونی است.»
پرسشهای کلیدی و پاسخها:
پرسش: وقتی توجه پس از حواسپرتی بازمیگردد، در مغز چه اتفاقی میافتد؟
پاسخ: موجهای چرخشی هماهنگ در سراسر قشر مغز حرکت میکنند و نورونها را دوباره در حالت متمرکز قرار میدهند.
پرسش: این چرخشها چگونه با رفتار مرتبطاند؟
پاسخ: وقتی چرخشها کامل میشوند، عملکرد بهبود مییابد؛ چرخشهای ناقص باعث اشتباه یا کاهش سرعت پاسخ میشوند.
پرسش: چرا این یافته برای درک عملکرد مغز اهمیت دارد؟
پاسخ: نشان میدهد که مغز از موجهای در حال حرکت مشابه آنالوگ—یک مکانیزم کارآمد—برای بازیابی توجه و پردازش اطلاعات استفاده میکند.
منبع خبر : neurosciencenews.com
نظرات کاربران