طريق المعلومات السريع للدماغ - كيف يعمل عضو التفكير البشري؟

البروفيسور موشيه أبليس - مدير مركز أبحاث الدماغ، مجلة "روش جادول".

توجد 20,000 خلية عصبية في كل ملليمتر مكعب من القشرة الدماغية لدينا. يتواصلون مع بعضهم البعض في وقت واحد من خلال شبكة من الامتدادات العصبية يبلغ طولها حوالي 4 كيلومترات وحوالي مليار نقطة اتصال. يبدو معقدا؟ حاول أن تتخيل ما يحدث في الدماغ كله. للبدء في فهم ما يحدث في الدماغ، يجب عليك أولاً معرفة الكود الذي تتحدث عنه الخلايا. ومع ذلك، حتى عندما نعرف، على المستوى الجزيئي، ما يحدث في خلية عصبية واحدة، لا تزال لدينا مشكلة في فهم النظام ككل. وذلك لأنه كلما أصبح النظام أكثر تعقيدا، يصبح من الواضح أن تشغيل الكل هو دائما أكثر من مجموعة أو أخرى من مجموع الأجزاء. لذلك، حتى تنظيم الشبكات الصغيرة في الحيوانات البسيطة، لا يزال لا يعلمنا عن العلاقة بين الخلايا العصبية في حيوان متطور. ولهذا السبب نريد أن نبحث في ما هو المفتاح الذي يمكن من خلاله القفز من مستوى الخلايا العصبية الفردية أو الشبكات الصغيرة، إلى ما يحدث في الأدمغة المتقدمة.

قفزة الثدييات إلى الأمام

من المفترض عمومًا أن القشرة الدماغية تتطور في الثدييات بمعدل أسرع من الحيوانات الأخرى. هذا هو الجزء الأكثر أهمية المستخدم للوظائف العليا. إذا كان من الممكن إعادة بناء الطريق السريع للمعلومات في الدماغ بأكمله من حيث اتصالاته وخصائصه، فمن المحتمل أن نكون قادرين على فهم كيفية عمل الدماغ. ولكن بسبب التعقيد الكبير للدماغ، فإن فرصة القيام بذلك تميل إلى الصفر.

إن العائق الرئيسي أمام فهم الدماغ هو فهم الكود الذي ترسل به الخلايا رسائل إلى بعضها البعض. التواصل في الدماغ كهربائي ويحدث من خلال نبضات تدوم ملي ثانية. كل نبضة من هذا القبيل تبدو وكأنها ارتفاع في قفزة الجهد. ولكن ماذا "يقولون"؟ ما نوع المعلومات التي يتواصلون بها مع بعضهم البعض؟

ويمكن وصف ما يحدث هناك باستخدام الصورة التالية: تخيل أن مجموعة من الكائنات الفضائية تصل إلى الأرض وتحاول فهم آلية الرؤية البشرية. تم تجهيز هؤلاء الكائنات الفضائية بحد أدنى من الرؤية البسيطة التي يمكن استخدامها لتمييز نقطة واحدة فقط في الفضاء. يأخذ هؤلاء الفضائيون صفحة صحيفة إلى المختبر في محاولة لفك رموز ما هو مكتوب عليها. إذا قاموا بمسح الصفحة باستخدام نقطة واحدة من الضوء والظلام، فسوف يجدون أن هناك نقاطًا بيضاء ونقاط سوداء، اعتمادًا على المكان الذي تنظر إليه. وسوف يستنتجون أن رمز هذا الشيء الذي يهتم به البشر هو كثافة النقاط السوداء. وهذا مشابه لعلماء وظائف الأعضاء الذين يجرون تجربة عن طريق توصيل قطب كهربائي واحد بالدماغ، وفحص ما تفعله خلية عصبية واحدة ومحاولة فهم الدماغ بأكمله بناءً على ذلك. ولكن إذا قام هؤلاء الفضائيون بتطوير تقنية يمكنهم من خلالها مراقبة نقاط متعددة في وقت واحد، فسيكونون قادرين على تمييز أنماط النقاط السوداء المتكررة. هذا هو حال الأبحاث الأكثر تقدمًا في دراسة الدماغ التي تحاول التحقق بمساعدة عدة أقطاب كهربائية من نشاط عدة خلايا عصبية في نفس الوقت. يركز البحث الذي أقوم به على تحديد هذه المجموعات ومحاولة فهم ما يقف وراءها.

عامي وتامي - الحوسبة العصبية

توصل العديد من علماء الكمبيوتر المشاركين في أبحاث الدماغ إلى استنتاج مفاده أنه إذا كان من الممكن إرفاق ملصق على كل عروة يشير أيضًا إلى الخلايا التي تتعاون معها، فسيكون من الممكن القيام بأشياء بعيدة المدى لها آثار على عمليات مختلفة مثل القراءة وفهم اللغة وصعوبات التعلم. على سبيل المثال: في جملة "Ami أعطى Tami كتابًا"، تحتوي كل كلمة على مجموعة من الخلايا التي تمثلها. لفك الجملة، عليك أن تعرف من هي الخلايا المشاركة ولكن أيضًا ترتيب ظهورها. ولهذا الغرض، من الضروري تحديد أي مجموعات من الخلايا تمثل الكلمة التي تحدد الكلمة التي قدمها "آمي"، وأي الخلايا تمثل تعريف تلك التي قدمها "تامي"، وأي الخلايا تمثل الجوهر المعطى، في هذه الحالة - كتاب. عندها فقط يصبح الأمر منطقيًا.

يدرك الدماغ أشياء كثيرة في نفس الوقت، لكن جزءًا صغيرًا منها فقط يتجمع معًا ليمثل مفهومًا معينًا. على سبيل المثال، عندما ترى مربعًا أحمر ودائرة خضراء. يتم فك رموز الأشكال في منطقة واحدة وفك اللون في منطقة أخرى، ولكن يتم التعرف عليها في نفس الوقت. كيف يتم ذلك؟ كيف تجري الامور؟ أحد الأسئلة هو كيف نتعلم بناءً على الخبرة وسؤال آخر هو كيف نستخدم المعرفة المكتسبة. كيف، على سبيل المثال، نستخدم هذه المعرفة لتحديد الأشياء؟

محاولا أن أفهم

ومن أجل فهم الآليات التي تمكن من الربط بين العوامل المختلفة في كيان واحد، فإننا ننخرط في فحص الحركات الإرادية مثل مد اليد للإمساك بالكوب. إن الوصول والفهم عبارة عن عملية يتم فيها تنفيذ ارتباط مستمر من الإجراءات المتزامنة للوصول إلى هدف معين. يعتقد البعض أن القدرة على تسلسل الأفعال بطريقة منسقة هي ما أدى في النهاية إلى القدرة اللفظية للإنسان، وبالتالي فإن فهم العملية سيؤدي إلى فهم لغز الكلام المعقد لدينا. وهذا ما نحاول القيام به مع الحوسبة العصبية. يتم التعبير عن تفرد هذه الأداة في ثلاث طبقات:

الأول: النظر من العام إلى الفرد. والافتراض هو أن القاعدة أكبر من مجموع أجزائها ولذلك يجب بناء نماذج عامة تصف كيفية تصرف الخلايا العصبية التي تؤثر بشكل متبادل على بعضها البعض، ومن ثم معرفة ما إذا كان المبدأ صحيحا أيضا بالنسبة للدماغ.

والثاني يدعو إلى تحليل البيانات. وبما أن هذه كمية هائلة من البيانات، فلا بد من تطوير تقنيات معالجة البيانات وتقليل الملاحظات حتى تكون النتائج التي تم الحصول عليها في النهاية حول موضوعات تهم الباحثين.

أما الثالث فيتعلق بموضوع المحاكاة، أي كيفية محاكاة شبكة بمساعدة برامج الكمبيوتر تعكس بأكبر قدر ممكن من الدقة ما يحدث في شبكة الدماغ.

تسمح لنا هذه الأدوات بالاقتراب خطوة بخطوة من فهم أكثر شمولاً وأفضل لما يحدث في الدماغ وبالتالي القدرة على المساعدة في إعادة تأهيل أولئك الذين تضررت أدمغتهم بطريقة أو بأخرى.

البروفيسور أبليس هو أحد الحاصلين على جائزة A.M.T. في عام 2004، شغل كرسي شمعون في جامعة بار إيلان وكرسي مينا وأرينز شبيجل في الفيزيولوجيا العصبية في الجامعة العبرية في القدس.

إلى موقع "الرأس الكبير"