1
هنگام خواندن کلمات روی یک صفحه یا تشخیص چهره‌ای آشنا در میان جمعیت، مغز شما بخش‌های بسیار تخصصی را برای پردازش متن یا ویژگی‌های چهره فعال می‌کند. نکته جالب اینجاست که این نواحی پردازش بصری در مغز افراد مختلف تقریباً در مکان‌های یکسانی قرار دارند.
سال‌هاست که عصب‌شناسان درباره اینکه آیا این نواحی تخصصی کاملاً از طریق تجربه شکل می‌گیرند یا از بدو تولد دارای ساختاری ذاتی هستند، بحث می‌کنند.
یک مطالعه اخیر از مؤسسه علوم اعصاب وو تسای در دانشگاه استنفورد، این دوگانگی دیرینه را به چالش کشیده است. این تحقیق نشان می‌دهد که در حالی که برخی جنبه‌های سازمان‌دهی مغز از بدو تولد وجود دارند، تجربه نقش مهمی در اصلاح این شبکه‌های عصبی ایفا می‌کند.
این پژوهش که در مجله Nature Human Behavior منتشر شده است، توسط دانشجوی تحصیلات تکمیلی امیلی کوبوتا و استاد کالانیت گریل-اسپکتور به همراه تیمی بین‌المللی از محققان انجام شده است.
یافته‌ها نشان می‌دهند که مغز انسان نه کاملاً از پیش سیم‌کشی‌شده است و نه کاملاً یک صفحه سفید، بلکه سیستمی پویا با ترکیبی از معماری داخلی و سازگاری است.
بررسی مرکز شناخت بصری
این مطالعه بر قشر گیجگاهی شکمی (VTC) متمرکز بود، ناحیه‌ای که مسئول پردازش دسته‌های بصری مانند اشیا، چهره‌ها، کلمات و مکان‌ها است.
تحقیقات قبلی نشان داده‌اند که در بزرگسالان، این نواحی تخصصی در مکان‌های ثابتی در مغز افراد مختلف ظاهر می‌شوند. اما مشخص نبود که آیا این سازمان‌دهی ذاتی است یا کاملاً بر اساس تجربه بصری شکل می‌گیرد.
برای پاسخ به این سؤال، محققان باید مغز نوزادان را بررسی می‌کردند، کاری که به دلیل محدودیت‌های روش‌های سنتی تصویربرداری MRI چالش‌برانگیز بود.
تصویربرداری از مغز نوزادان
آزمایشگاه گریل-اسپکتور با استفاده از ابتکار NeuroDevelopment وو تسای، فناوری‌های تصویربرداری جدیدی را توسعه داده که امکان ساخت کویل‌های MRI ویژه نوزادان را فراهم کرده است.
وی همکاری با بوریس کیل، متخصص طراحی کویل MRI در دانشگاه علوم کاربردی میتل‌هسن، را دلیل امکان‌پذیر شدن تصویربرداری از مغز نوزادان از بدو تولد تا دو سالگی عنوان کرد.
گریل-اسپکتور در این باره گفت: «مغز نوزادان در سال اول به سرعت رشد می‌کند، بنابراین داشتن کویل‌هایی با اندازه‌های مختلف به ما اجازه می‌دهد بررسی کنیم که چگونه شبکه‌های عصبی آن‌ها در طول زمان تغییر می‌کند.»
محققان با استفاده از این کویل‌های سفارشی و تکنیک‌های پیشرفته MRI انتشاری (dMRI)، اتصالات عصبی را در مغز نوزادان در حال خواب، از نوزادان تازه متولد شده تا شش ماهه، ترسیم کردند.
برای مقایسه، آن‌ها همچنین مغز بزرگسالان را اسکن کردند تا چگونگی تکامل این اتصالات در طول زمان را مشاهده کنند.
سطح شگفت‌انگیز سازمان‌یافتگی اولیه مغز
یکی از یافته‌های قابل توجه این مطالعه این بود که الگوهای اتصال عصبی متمایز از بدو تولد وجود دارند. حتی در نوزادان تازه متولد شده، مسیرهای ماده سفید – شبکه ارتباطی الیاف عصبی مغز – به گونه‌ای سازمان‌دهی شده بودند که پیش‌درآمدی بر توسعه نواحی تخصصی پردازش بصری در آینده بودند.
محققان کشف کردند که نواحی مختلف در VTC دارای معماری سلولی و الگوهای اتصال منحصر به فردی هستند. نکته جالب توجه این بود که این مسیرها بر اساس استاندارد اکسنتریسیتی بصری (تعیین‌کننده پردازش اطلاعات مرکزی یا محیطی دیداری) سازمان‌دهی شده بودند.
مناطقی که بعداً در تشخیص چهره و کلمات تخصص پیدا می‌کردند، از همان ابتدا بیشتر به مسیرهای پردازش بینایی مرکزی متصل بودند، در حالی که نواحی مربوط به پردازش مکان‌ها بیشتر به مسیرهای بینایی محیطی ارتباط داشتند.
این سازمان‌دهی تا بزرگسالی ادامه داشت، که نشان می‌دهد مغز از بدو تولد به شکلی ساختار یافته است که مسیر رشد آینده آن را هدایت می‌کند، اما به طور کامل آن را تعیین نمی‌کند.
انعطاف‌پذیری در رشد مغز
با وجود معماری عصبی ذاتی، محققان شواهدی از انعطاف‌پذیری رشدی – توانایی مغز برای سازگاری با تجربه – نیز یافتند.
با گذشت زمان، قدرت اتصالات بین نواحی مختلف تغییر کرد، که نشان می‌دهد مسیرهای ماده سفید با تعامل نوزادان با محیط‌شان همچنان انعطاف‌پذیر باقی می‌مانند.
کوبوتا این یافته را امیدبخش می‌داند:
«این یافته‌ها نشان می‌دهد که شما از بدو تولد یک معماری عصبی اولیه دارید که می‌تواند برای تشخیص دسته‌های مختلف استفاده شود، اما این معماری به خود دسته‌ها محدود نمی‌شود. این یعنی می‌تواند نوعی انعطاف‌پذیری در ظهور این بازنمایی‌ها وجود داشته باشد.»
محققان همچنین مشاهده کردند که نواحی عملکردی داخل VTC که دارای معماری سلولی مشابهی بودند، به‌طور موازی توسعه می‌یابند. این نشان می‌دهد که این نواحی از یک مسیر رشدی مشترک پیروی می‌کنند، نه اینکه به‌طور مستقل ظاهر شوند.
گریل-اسپکتور در این باره گفت:
«این بینش فقط به این دلیل ممکن شد که برای اولین بار توانستیم ماده سفید نواحی عملکردی خاص را از بدو تولد اندازه‌گیری کنیم.»
وی همچنین افزود:
«امیدوارم تحقیق ما بتواند بحث را از این دوگانگی “ذاتی است یا نه” به درکی ظریف‌تر از آنچه در بدو تولد وجود دارد و آنچه با تجربه بصری تغییر می‌کند، سوق دهد.»
پیامدهای تحقیق برای اختلالات رشدی
این یافته‌ها پیامدهای عمیقی فراتر از درک رشد طبیعی مغز دارند.
با شناسایی جنبه‌هایی از سازمان‌دهی مغز که از بدو تولد وجود دارند و آن‌هایی که توسط تجربه شکل می‌گیرند، این پژوهش می‌تواند به تشخیص زودهنگام و مداخلات درمانی برای اختلالات عصبی رشدی مانند دیسلکسیا (نارساخوانی)، ناتوانی در تشخیص چهره (پروزوپاگنوزیا) و اوتیسم کمک کند.
گریل-اسپکتور می‌گوید:
«این تحقیق به ما درباره محدودیت‌های انعطاف‌پذیری سیستم بینایی اطلاعات می‌دهد و پیامدهای بهداشتی در زمینه تشخیص تأخیرهای رشدی یا نواقص احتمالی دارد. شاید حتی بتوانیم تعیین کنیم که بهترین دوره‌های زمانی برای مداخله چه زمانی است.»
آینده تحقیقات در مورد مغز نوزادان
با تکیه بر این یافته‌ها، تیم تحقیقاتی قصد دارد تحقیقات خود را با اندازه‌گیری فعالیت عملکردی مغز و تصویربرداری کمی MRI گسترش دهد تا تصویری جامع‌تر از رشد اولیه مغز ایجاد کند.
این مطالعه یک پیشرفت بزرگ در علوم اعصاب محسوب می‌شود و نشان می‌دهد که در حالی که برخی ویژگی‌های سازمانی مغز از بدو تولد وجود دارند، تجربه همچنان نقش حیاتی در شکل‌گیری توانایی‌های شناخت بصری ایفا می‌کند.
با کنار گذاشتن بحث‌های دوگانه طبیعت در برابر تربیت، این تحقیق درکی دقیق‌تر از چگونگی ترکیب ساختار ذاتی مغز با انعطاف‌پذیری ناشی از تجربه برای ایجاد سیستم پردازش بصری پیچیده‌ای که هر روز به آن متکی هستیم، ارائه می‌دهد.