دانشمندان موفق به ارايه دقيق ترين نقشه از مغز انسان شدند
تصور كنيد اولين نقشه‌اي كه از ايالات متحده مي‌بينيد يك طرح كلي از مرز بين كشورها و ايالت‌هاي داخلي باشد. اين حالت، شبيه نقشه‌اي بود كه دانشمندان بيش از ۱۰۰ سال در مورد مغز استفاده مي‌كردند. خوشبختانه اكنون اوضاع تغيير كرده است.
يك گروه متشكل از محققان كشورهاي مختلف، با تركيب داده‌هاي استخراج شده از تعداد معدودي تكنيك تصويربرداري، موفق شده‌اند تا يكي از دقيق‌ترين نقشه‌هاي مربوط به ساختمان مغز را فراهم كنند. اين نقشهي جديد، اخيرا در ژورنال Nature به چاپ رسيده است و در آن مغز به ۱۸۰ منطقه‌ي منحصر به فرد تقسيم‌بندي شده است كه ۹۷ بخش آن پيش از اين هرگز شناسايي نشده بودند.
نگاهي به تصوير زير بياندازيد:
ديويد ون اسن يكي از نويسندگان مقاله و فارغ‌التحصيل علوم اعصاب دانشكده‌ي پزشكي واشنگتن مي‌گويد:
تلاش فعلي نقطه‌ي عطفي در نقشه‌برداري از مغز به حساب مي‌آيد. از اين رو خوشحال هستيم كه توانسته‌ايم آن را با جهانيان به اشتراك بگذاريم.
براي ايجاد اين نقشه، صدها نفر از دانشمندان، نتايج بيش از يك قرن تحقيقات درباره‌ي مغز را با مدل‌هاي تشريحي بر پايه‌ي رنگ، برش كاغذ نازك از مغز جسد و اسكن‌هاي مدرن MRI از مغز افراد زنده تركيب كردند. سپس اسكن‌هاي تهيه شده را به كامپيوتر انتقال دادند و توسط برنامه‌هاي هوش مصنوعي به تحليل آن پرداختند. با گذشت زمان كه هوش مصنوعي پيشرفت كرد، محققان توانستند بسياري از مناطق مغز را كه قبلا ناديده گرفته شده بودند، تشخيص دهند. از اين رو احتمال آن وجود دارد كه نتايج امروز بتواند در آينده به محققان كمك كند تا به شناسايي بهتر بيماري‌هاي مختلف مغزي از جمله آلزايمر و افسردگي بپردازند. بنابراين يافته‌ي اخير مي‌تواند يك دستاورد مربوط به آينده تلقي شود. با اين حال پايه و اساس همين پژوهش امروزي هم، روش اكتشافي صدها سال قبل، يعني نقشه‌برداري بوده است.
نقشه‌برداري از مغز
وقتي از منزل خارج مي‌شويد تا قدم بزنيد، متوجه تغييرات جنس زمين خواهيد شد. در بيرون از در خروجي ،ممكن است پاي شما چوب، سيمان يا ايوان را لمس كند. چند قدم بعد خود را بر روي چمن احساس مي‌كنيد. در چند قدم بعدي به آسفالت پاركينگ يا سيمان پياده‌رو خواهيد رسيد. ممكن است در ادامه‌ي راه به يك ديوار، حصار يا هر مرز فيزيكي ديگري برخورد كنيد.
محققان هم براي پيمايش مغز از رويكردي مشابه با خيابان‌گردي استفاده مي‌كنند. آن‌ها مانند طبيعت‌گردان كنجكاو، وارد اعماق تو در توي قشر مغز مي‌شوند و كوچك‌ترين جزئيات را ثبت مي‌كنند. هر بار كه به نقطه‌اي مي‌رسند كه نوع زمين آن تغيير كرده است، آن را به عنوان بخش مختلفي از مغز علامت‌گذاري مي‌كنند.
متيو گلاسر از نويسندگان همكار اين مقاله در مصاحبه با بيزينس اينسايدر مي‌گويد:
ما به دنبال بخش‌هايي از نقشه بوديم كه تغييراتي داشتند. از اين روز در مرزبندي نواحي، تغييرات را لحاظ كرديم.
هر كدام از اين بخش‌هاي متفاوت حاوي اطلاعات زيادي هستند. براي مثال، خارج از خانه، مشاهده‌ي يك زمين چمن، ممكن است نشانه‌اي از يك زمين فوتبال تلقي شود ضمن اين كه مي‌تواند فضاي سبزي براي گردش سگ‌ها هم باشد يا يك ديوار آجري ممكن است ساختمان يك جزوه رايگانخانه باشد اما احتمال مدرسه بودن آن هم وجود دارد. بنابراين، به جاي آنكه تنها بر يك ويژگي يا كيفيت تكيه شود، دانشمندان با تركيب مطالعات متعدد ويزگي‌هاي مختلفي را در انديشه متخصصين مي‌گيرند. براي مثال، اسكن‌هاي MRI براي اندازه‌گيري فعاليت مغز در حين انجام يك كار خاص مانند مطالعه يا تماشاي فيلم صورت مي‌گيرد.
تركيب داده‌هاي اين مطالعات نشان داد كه ۹۷ منطقه از مغز، پيش از اين ناشناس باقي مانده بودند. ضمن آنكه اين احتمال وجود دارد كه دانشمندان مطالعه‌ي خود را در اين مناطق جديد عمق دهند و علل بيماري‌هاي مغزي و روش‌هاي درمان آن‌ها را پيدا كنند.
جزيره‌اي يكه و تنها
جدا از اين ۹۷ منطقه‌ي جديد مغزي يا حتي "اثر انگشت مغز" كه دانشمندان براي اولين بار كشف كردند، ناحيه‌ي جديدي به نام 55B شناسايي شده است كه نقشي كليدي را در پردازش زبان بازي مي‌كند. اين منطقه كه در قسمت مياني و بالايي مغز قرار دارد، در طول يك قرن ناديده گرفته شده است. تنها سندي كه محققان در خصوص اين بخش از مغز در مطالعات قبلي پيدا كردند، مقاله‌ي يك آناتوميست آلماني به نام آدولف هاف در سال ۱۹۵۶ بوده است.
در مقاله‌ي هاف پيشنهاد شده بود كه بخش 55B يك قشر منحصر به فرد است. چرا كه رشته‌هاي عصبي آن به مراتب كم‌تر از بخش روپوش‌دار ميلين (myelin) و مناطق اطراف آن متراكم شده‌اند. همين تفاوت، يك نشانه‌ي كليدي براي پژوهشگران بود كه اين منطقه را به عنوان بخش منحصر به فردي از مغز شناسايي كنند. ون اسن و گلاسر هم در مقاله‌ي هاف متوجه همين نكته شدند. آما آن‌ها موارد ديگري را هم مطالعه كردند.
اين دو پژوهشگر از گروهي شركت‌كننده خواستند تا به يك داستان صوتي در حال پخش گوش دهند و در حين گوش دادن اسكن MRI از مغز آن‌ها گرفته شد تا "فعاليت زباني" تحت مطالعه قرار گيرد. در حين اسكن MRI منطقه‌ي 55B مغز در حال درخشش بود. در حالي كه مناطق همسايه در موقعيت تاريك قرار داشتند.
ون اسن در توصيف اين منطقه‌ي جديد كشف شده مي‌گويد:
اين بخش يك جزيره‌ي يكه و تنها است.
البته در مورد زبان، اين بدان معنا نيست كه فقط 55B بخش فعال مغز است. براي مثال، مطالعه‌ها به وضوح نشان داده است كه بخش بروكال مغز در طول فعاليت‌هاي زباني درگير است با اين كه اين ناحيه فاصله‌ي نسبتا زيادي با بخش 55B مغز دارد. در واقع 55B بخشي از شبكه‌اي است كه اجزاي غالب آن در قسمت‌هاي مختلف لوب فرونتال واقع شده‌اند. پژوهش حاضر، اطلاعاتي درباره‌ي مكانيك قضيه يا نقش خاص 55B در پردازش زباني ارائه نداده است و تنها به اين نكته بسنده كرده است كه:
55B كودك جديد بلوك زباني است.
پژوهشگران بعدي كه در عرصه‌ي زبان متخصص هستند، ممكن است با مطالعه بيشتر منطقه‌ي 55B به دنبال علل آسيب‌ها و بيماري‌هاي خاص مرتبط در اين زمينه باشند يا حتي با تمركز بر آن، چگونگي تكامل توانايي‌هاي ارتباطي انسان در طول زمان را مطالعه كنند.
از نقشهي مغز به سمت كانكتوم
با وجود قرن‌ها تحقيقات، بخش‌هاي زيادي از مغز ما مرموز باقي مانده است. در حقيقت، بيشترين اطلاعات ما راجع به معماري مغز، مربوط به نقشهي يك آناتوميست آلماني به نام كوربينيان برادمن در سال ۱۹۰۹ است. بخش‌هاي معرفي شده در نقشهي برادمن اساس ارتباط نورون‌هاي مغزي را بيان مي‌كند و نشان مي‌دهد كه چطور ميلياردها سلول انباشته و مرتب شده‌اند. تصوير زير، مناطق مغزي مشخص شده در نقشهي برادمن را نشان مي‌دهد كه شامل بخش‌هاي كنترل بينايي، شنوايي و لامسه است:
پس از آن، دانشمندان از روش‌هاي كمي مدرن‌تر مانند اسكن MRI و fMRI (در حال استراحت مغز) و نقشه‌برداري ميلين (كه در زير نشان داده شده است) استفاده كردند اما جزئيات نتايج حاصل، اطلاعات محدودي در اختيار گذاشت. ون اسن در اين خصوص مي‌گويد:
با وجود اين يافته‌ها باز هم بيش از نيمي از چشم‌انداز مناطق مغزي ناشناخته و مبهم باقي مانده بود. با تركيب اين اطلاعات، محققان بر اين گمان هستند كه يكي از دقيق‌ترين نقشه‌هاي ساختار مغز را تهيه كرده‌اند.
اوايل سال جاري، گروهي از محققان دانشگاه واشنگتن در سنت لوييس به پيشرفت‌هايي در اين خصوص دست پيدا كردند. در مقاله‌ي آن‌ها كه در ژورنال Cerebral Cortex منتشر شده است، با استفاده از MRI و fMRI مرزهايي براي مغز در انديشه متخصصين گرفتند كه بعضي از آن‌ها بعدها توسط تيم ون اسن به صورت جزئي‌تر شناسايي شد.
تصوير زير، پيشرفت محققان در ارائه‌ي نقشه‌هاي دقيق‌تر از مغز را نشان مي‌دهد:
نقشهي جديد بخشي از يك نوآوري بزرگ‌تر به نام "پروژه‌ي كانكتوم بشر" است كه در سال ۲۰۱۲ با حمايت مالي موسسه‌ي ملي بهداشت شروع به كار كرد. در سال ۲۰۱۰، عصب‌شناسي به نام سباستين سونگ از MIT در يكي از سخنراني‌هاي TED يادآور شد كه خصيصه‌هاي انساني ما از واقعيتي به نام "كانكتوم" صورت مي‌گيرند. در واقع، كانكتوم، تار عنكبوتي از بزرگراه‌هاي اطلاعاتي است كه بخش‌هاي مختلف مغز را به يكديگر مرتبط مي‌كند. از اين رو مي‌توان گفت كه كانكتوم مسئول تمام افكار، روياها و اقدامات ما است.
در دهه‌ي ۱۹۷۰، گروهي از محققان با استفاده از تكنيك‌هاي ابتدايي، اولين مونتاژ كامل از كانكتوم را ارائه دادند. اين مدل شامل نورون‌ها و اتصالات مغز كرمي به نام الگانس است. پژوهشگران بيش از يك دهه مشغول تكميل اين پروژه بودند.
امروزه محققان ابزارهاي مدرن‌تري را در دستور كار خود قرار داده‌اند كه مطرح‌ترين آن‌ها اسكن‌هاي مغزي است. طي پنج سال گذشته، گروه‌هاي مختلفي از محققان با بهره‌گيري از اين اسكن‌ها، به مونتاژ نقشه‌اي كامل‌تر از مغز نزديك‌تر شده‌اند.
البته، تلاش در جهت مونتاژ كانكتوم انسان خالي از نقد و ايراد نبوده است. از انديشه متخصصين برخي، اين تلاش‌ها هنوز هم به پرسش‌هاي اساسي در مورد نحوه‌ي كاركرد مغز پاسخي نمي‌دهد. اين پروژه‌ي ۴۰ ميليون دلاري كه قرار بود پس از پنج سال اجرا شود، اكنون در سال ششم قرار گرفته است. دانشمندان حامي اين پروژه مي‌گويند كه هنوز كارهاي زيادي بايد انجام شود اما به انديشه متخصصين مي‌رسد كه آينده‌ي روشني در انتظار باشد.
ون اسن مي‌گويد:
ما به گنجينه‌اي از اطلاعات دسترسي داريم. درست است كه در يك نگاه نمي‌توان به برخي از سوالات مهم پاسخ داد اما مي‌تواند جزئيات قابل توجهي از اين كه چه فاكتورهايي ما را به انسان‌هاي منحصر به فرد تبديل كرده است، ارائه دهد.
هم انديشي ها