یک مطالعه بین‌المللی به رهبری کلادیو میراسو در مؤسسه فیزیک بین‌رشته‌ای و سیستم‌های پیچیده (IFISC)، مرکزی مشترک بین شورای ملی تحقیقات اسپانیا (CSIC) و دانشگاه جزایر بالئاریک (UIB)، و سانتیاگو کانالز در مؤسسه علوم اعصاب (IN)، مرکزی مشترک بین CSIC و دانشگاه میگل هرناندز (UMH) الچه، کشف کرده است که مغز چگونه مسیرهای ارتباطی خود را به‌صورت انعطاف‌پذیر تغییر می‌دهد، با تنظیم تعادل بین دو مدار مهاری بنیادی.
نتایج این مطالعه که اخیراً در مجله PLoS Computational Biology منتشر شده است، نشان می‌دهد این انعطاف‌پذیری به تعادل بین دو نوع مکانیزم مهاری وابسته است که تعامل بین ریتم‌های کند (تتا) و سریع (گاما) را تنظیم می‌کنند. به لطف این مکانیزم، مغز میتواند منابع مختلف اطلاعات را انتخاب کند، مانند محرک‌های حسی محیط خارجی یا تجربیات حسی ذخیره‌شده در حافظه.
برای رسیدن به این نتایج، پژوهشگران مدل‌های محاسباتی را با ثبت‌های آزمایشی در هیپوکامپ، بخشی از مغز که برای حافظه و ناوبری اهمیت دارد، ترکیب کردند. آنها مشاهده کردند که در محیط‌های آشنا، جایی که تجربیات حسی از قبل شناخته شده‌اند، نورون‌ها حالت ارتباط مستقیم را ترجیح می‌دهند که انتقال اطلاعات از قشر انتورینال به هیپوکامپ را تسهیل می‌کند.
در این حالت، بازفعال‌سازی حافظه‌های تثبیت‌شده اولویت دارد. در مقابل، هنگام مواجهه با محیط جدید، مغز حالت دیگری را فعال می‌کند که بازفعال‌سازی حافظه را با ورودی‌های حسی جدید تلفیق می‌کند. در این حالت، به‌روزرسانی حافظه اولویت دارد.
تا کنون تصور می‌شد که فاز ریتم‌های کند مغز، دامنه فعالیت‌های سریع‌تر را سازمان‌دهی می‌کند؛ با این حال، این مطالعه نشان می‌دهد که این رابطه دوطرفه است. دیمیتریوس چالکیاداکیس، نویسنده اول این مطالعه، می‌گوید: «این تحقیق یک توضیح مکانیکی ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد مغز چگونه با توجه به زمینه، مسیرهای ارتباطی خود را به‌صورت انعطاف‌پذیر تغییر می‌دهد.»
پژوهشگر تأکید می‌کند: «با تنظیم تعادل بین انواع مختلف مهار، مدارهای عصبی مشخص می‌کنند کدام ورودی‌ها باید اولویت داشته باشند، چه از مسیرهای مرتبط با حافظه و چه از اطلاعات حسی جدید.»
با استفاده از چارچوب نظری که داده‌های الکتروفیزیولوژیک موش‌ها در حال کاوش محیط‌های جدید و آشنا را ادغام می‌کند، محققان دو حالت عملکردی را شناسایی کردند: در یکی، مهار پیش‌خور (feedforward) باعث تعامل گاما به تتا می‌شود، در حالی که در حالت دیگر، مهار بازخوردی (feedback) تعامل تتا به گاما را ایجاد می‌کند. مدارهای عصبی مغز به‌طور طبیعی هر دو حالت اتصال مهاری را پیاده‌سازی می‌کنند.
این مطالعه نشان می‌دهد که گذار بین این دو حالت پیوسته است و اولویت‌بخشی به یکی یا دیگری تنها به قدرت اتصالات سیناپسی بین نورون‌ها در مدار بستگی دارد. این موضوع اجازه می‌دهد تا حالت عملکردی مغز به‌صورت انعطاف‌پذیر با زمینه و نیازهای شناختی تنظیم شود.
فراتر از حافظه
این مطالعه نشان می‌دهد که این شکل انعطاف‌پذیر هماهنگی بین ریتم‌های مغزی میتواند به سایر عملکردهای شناختی، مانند توجه، نیز گسترش یابد. در واقع، پژوهش‌های اخیر روی انسان‌ها الگوهایی را نشان می‌دهند که با مدل محاسباتی همخوانی دارد. این امر به یک اصل کلی در مغز اشاره دارد: تعادل بین مدارهای مهاری کلید هدایت اطلاعات در شبکه پیچیده اتصالات مغز است.
میراسو، می‌گوید: «نتایج ما به یکپارچه‌سازی دیدگاه‌های متضاد درباره چگونگی تعامل ریتم‌های مغزی با فرکانس‌های مختلف کمک می‌کند.»
کانالز اضافه می‌کند: «این ریتم‌ها صرفاً محلی نیستند یا از نواحی پیشین به ارث نمی‌رسند، بلکه از تعامل بین ورودی‌های خارجی و دینامیک‌های مهاری محلی شکل می‌گیرند. این مکانیزم دوگانه به مغز امکان می‌دهد پردازش اطلاعات را در شرایط مختلف بهینه کند.»
فراتر از حافظه و ناوبری، این یافته‌ها میتواند به سایر عملکردهای شناختی نیز تعمیم یابد. در آینده، پژوهشگران قصد دارند مدل خود را گسترش دهند تا تنوع بیشتری از انواع نورون‌ها و ساختارهای ویژه هر ناحیه مغزی را شامل شود.
هدف این است که درک بهتری از چگونگی تغییر این تعادل در بیماری‌هایی مانند صرع، اعتیاد یا آلزایمر به دست آید: «مطالعه این دینامیک‌ها در سطح مکانیکی در نهایت میتواند الهام‌بخش راهبردهای درمانی جدید باشد»، نتیجه‌گیری هر دو پژوهشگر است.
منبع خبر : neurosciencenews.com
نظرات کاربران