اللوالب المكتشفة حديثًا لنشاط الدماغ قد تساعد في تفسير الإدراك

لقد جلست مؤخرًا على حافة منحدر صخري هوة قابلة للتغيير، يحدق في المياه البيضاء على عمق أكثر من 100 قدم أدناه. اندفعت المياه عبر منحدرات الحجر الرملي قبل أن تصطدم بكسر طبيعي وتدور مرة أخرى على نفسها، لتشكل دوامات متعددة منومة. على مدار آلاف السنين، نحتت هذه المياه الجدران الحجرية الرائعة التي تبطن الهوة، مما يدعم النظام البيئي النابض بالحياة.

قد يفعل الدماغ الشيء نفسه بالنسبة للإدراك.

نحن نعلم أن مناطق الدماغ المختلفة تنسق باستمرار أنماط نشاطها، مما يؤدي إلى موجات تموج عبر الدماغ. تتوافق الأنواع المختلفة من الموجات مع الحالات العقلية والمعرفية المختلفة.

هذه إحدى الأفكار حول كيفية تنظيم الدماغ نفسه لدعم أفكارنا ومشاعرنا وعواطفنا. لكن إذا كانت ديناميكيات معالجة المعلومات في الدماغ تشبه الموجات، فماذا يحدث عندما يكون هناك اضطراب؟

في الواقع، يعاني الدماغ من ما يعادل "الأعاصير" العصبية. إنهم يصطدمون ببعضهم البعض، وعندما يحدث ذلك، ترتبط الحسابات الناتجة بالإدراك.

هذه النتائج تأتي من أ دراسة فريدة من نوعها in طبيعة السلوك البشري الذي يربط بين علم الأعصاب وديناميكيات السوائل لتفكيك الأعمال الداخلية للعقل البشري.

وقام الفريق بتحليل 100 مسح للدماغ تم جمعها من مشروع Connectome البشري باستخدام طرق مخصصة عادة لمراقبة أنماط تدفق المياه في الفيزياء. لقد أتى التزاوج غير التقليدي بين الحقول بثماره: فقد اكتشفوا نمطًا غامضًا ومتصاعدًا من نشاط الموجات في الدماغ أثناء الراحة وأثناء المهام العقلية الصعبة.

غالبًا ما تنمو اللوالب الدماغية من مناطق مختارة تربط بين الشبكات العصبية المحلية المجاورة. وفي نهاية المطاف، تنتشر عبر القشرة، وهي المنطقة الخارجية المتجعدة من الدماغ.

غالبًا ما يطلق على القشرة الدماغية اسم "مقر الذكاء"، وهي متعددة المهام. المناطق المخصصة تعالج حواسنا. وينسج آخرون تجارب جديدة مع الذكريات والعواطف، ويشكلون بدورهم القرارات التي تساعدنا على التكيف مع عالم دائم التغير.

لكي تعمل القشرة بشكل صحيح، يعد التواصل بين كل منطقة أمرًا أساسيًا. في سلسلة من الاختبارات، يبدو أن اللوالب الدماغية هي الرسول، حيث تنظم الشبكات العصبية المحلية عبر القشرة الدماغية في معالج حاسوبي متماسك. كما أنهم مخصصون لمهمة معرفية معينة. على سبيل المثال، عندما كان شخص ما يستمع إلى قصة ما - مقارنة بحل المسائل الرياضية - بدأت الدوامات في مناطق مختلفة من الدماغ وخلقت أنماط دوران خاصة بها، وهي بصمة معرفية من نوع ما.

ومن خلال تحليل بصمات الموجات الحلزونية هذه، وجد الفريق أنه يمكنهم تصنيف مراحل مختلفة من المعالجة المعرفية باستخدام صور الدماغ وحدها.

يعد العثور على الاضطراب في الدماغ خطوة أخرى نحو فهم كيفية عمل جهاز الكمبيوتر البيولوجي الخاص بنا ويمكن أن يلهم إنشاء آلات تعتمد على الدماغ في المستقبل.

"من خلال كشف ألغاز نشاط الدماغ والكشف عن الآليات التي تحكم تنسيقه، فإننا نقترب من إطلاق الإمكانات الكاملة لفهم الإدراك ووظيفة الدماغ". محمد مؤلف الدراسة الدكتور بولين جونج في جامعة سيدني.

لن تكون جاري؟

أحد الألغاز الأساسية للدماغ هو كيفية ترجمة التألقات الكهربائية في الخلايا العصبية إلى أفكار، وتفكير، وذكريات، وحتى وعي.

لكشف كل ذلك، علينا أن نصعد هرم المعالجة العصبية.

بدءًا من الأسفل: الخلايا العصبية. لكي نكون منصفين، إنهم متطورون بشكل لا يصدق أجهزة الكمبيوتر الصغيرة من تلقاء نفسها. إنهم أيضًا فضوليون حقًا. إنهم يدردشون باستمرار مع جيرانهم باستخدام مجموعة متنوعة من الإشارات الكيميائية، تسمى الناقلات العصبية. ربما سمعت عن بعضها: الدوبامين والسيروتونين وحتى الهرمونات.

وفي الوقت نفسه، تعالج الخلايا العصبية القيل والقال المحلي – الذي تحمله نبضات كهربائية – وتغير سلوكها بناءً على ما تسمعه. بعض العلاقات تتقوى. آخرون ينكسرون. وبهذه الطريقة، يشكل الدماغ شبكات عصبية محلية لدعم وظائف مثل المعالجة البصرية على سبيل المثال.

وقال الفريق: "لقد حققت الأبحاث في نشاط الدماغ تقدمًا كبيرًا في فهم الدوائر العصبية المحلية". كتب.

ما هو مفقود هو الصورة الأكبر. تخيل التصغير من الحي المحلي إلى العالم بأكمله. بفضل الطفرة في التكنولوجيا العصبية، تمكن العلماء من التسجيل من مناطق واسعة بشكل متزايد من الدماغ. بالتنقيب في كل هذه البيانات الجديدة، الدراسات السابقة لقد وجدت شبكات محلية متعددة تساهم في سلوكيات مختلفة.

ومع ذلك، فقد ركزت الكثير من هذه الأفكار حول تنظيم الدماغ على الخلايا العصبية التي تتواصل في نمط خطي، مثل البيانات التي تنتقل عبر الأسلاك الضوئية تحت البحر. ولتوسيع رؤيتنا، نحتاج أيضًا إلى البحث عن أنماط ثلاثية الأبعاد أكثر تعقيدًا، على سبيل المثال، اللوالب أو الدوامات.

منذ ما يقرب من عامين، استخدم الفريق موردًا ضخمًا في البحث عن اضطراب نشاط الدماغ: بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي، التي تغطي القشرة بأكملها، من مشروع Connectome البشري (HCP). تم إطلاق المشروع في عام 2009، وقد طور أدوات متعددة لرسم خريطة للدماغ البشري على مستويات غير مسبوقة وأنشأ قاعدة بيانات ضخمة للباحثين. لا تغطي الخرائط بنية الدماغ فحسب، بل إن الكثير منها وثق أيضًا نشاط الدماغ أثناء مشاركة المشاركين في مهام معرفية مختلفة.

هنا، اختار الفريق صورًا للدماغ من قسم من بيانات HCP. قامت مجموعة البيانات هذه بتصوير اتصال الدماغ ووظيفته لدى 1,200 من البالغين الأصحاء الذين تتراوح أعمارهم بين 22 إلى 35 عامًا بينما كانوا في حالة راحة أو يواجهون تحديات في مهام عقلية متعددة.

ركزوا على صور الدماغ من 3 مجموعات تضم كل منها 100 شخص. كانت إحدى المجموعات مكونة من أشخاص يسترخون تمامًا. وواجه آخر تحديًا في مهمة اللغة والرياضيات. قامت المجموعة الأخيرة باستعراض ذاكرتهم العاملة، أي أنه طُلب منهم استخدام لوحة الرسم الذهنية التي نستخدمها لتنسيق المعلومات الجديدة وتحديد الإجراء التالي الذي يجب أن نتخذه.

باستخدام الأدوات الرياضية المستخدمة عمومًا لفك تشفير التدفقات المضطربة، قام الفريق بتحليل بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي بحثًا عن أنماط تتوافق مع الإدراك، في هذه الحالة، الرياضيات واللغة والذاكرة العاملة.

بكل بساطة، حددت التحليلات "عين العاصفة" وتنبأت بمدى سرعة واتساع انتشار الدوامات العصبية من هناك. وقال الفريق إنهم تحركوا وتفاعلوا "مع بعضهم البعض بطريقة مثيرة للاهتمام، وهو أمر مثير للغاية".

ترتد الحلزونات، مثل الأعاصير، عبر القشرة بينما تدور حول مراكز محددة - تسمى "تفرد الطور". وقالوا إن هذا النمط مشابه بشكل مدهش للأنظمة الديناميكية الأخرى في الفيزياء والبيولوجيا، مثل الاضطراب.

[المحتوى جزءا لا يتجزأ]

لغز متصاعد

لماذا وكيف تحدث هذه اللوالب؟ الفريق ليس لديه كل الإجابات حتى الآن. لكن بالبحث بشكل أعمق، وجدوا أن بذور هذه الحلزونات تزدهر من الحدود بين الشبكات العصبية الوظيفية. ويعتقد الفريق أن هذه الأشكال الملتوية يمكن أن تكون ضرورية "للتنسيق الفعال لتدفق النشاط بين هذه الشبكات من خلال حركتها الدورانية".

تدور اللوالب وتتفاعل اعتمادًا على المهمة المعرفية المطروحة. كما أنها تميل أيضًا إلى الدوران والانتشار في مناطق الدماغ التي يطلق عليها اسم "محاور الدماغ"، مثل الأجزاء الأمامية من الدماغ أو تلك المتعلقة بتكامل الأحاسيس.

لكن تفاعلاتهم آسرة بشكل خاص. استنادًا إلى فيزياء الاضطراب، تحمل اللوالب الدماغية التي تصطدم ببعضها البعض كمية هائلة من المعلومات. تلتقط هذه الموجات البيانات في المكان والزمان وتنشر المعلومات على سطح الخلايا العصبية الحية في موجات غير خطية.

قال غونغ: "إن التفاعلات المعقدة بين اللوالب المتعددة الموجودة يمكن أن تسمح بإجراء الحسابات العصبية بطريقة موزعة ومتوازية، مما يؤدي إلى كفاءة حسابية ملحوظة".

بالنسبة للدكتور كينتاروه تاكاجاكي من جامعة توكوشيما، الذي لم يشارك في الدراسة، فإن "النتائج تقدم تناقضًا صارخًا مع وجهة النظر الراسخة" لمعالجة المعلومات في القشرة الدماغية.

في الوقت الحالي، تظل اللوالب الدماغية غامضة إلى حد ما. ولكن مع المزيد من العمل، يمكن أن يتوصلوا إلى رؤى ثاقبة حول الخرف والصرع وغيرها من الاضطرابات العصبية الصعبة.

الصورة الائتمان: ميتول جروفر / Unsplash

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• تشارت بريم. ارفع مستوى لعبة التداول الخاصة بك مع ChartPrime. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://singularityhub.com/2023/09/15/newly-discovered-spirals-of-brain-activity-may-help-explain-cognition/