يكشف بحث جديد أُجري على الخفافيش عن قدرات ديناميكية بعيدة المدى للشبكات العصبية
الحياة مفاجئة. قد يتحول المشي الروتيني إلى محل البقالة إلى تجنب الاصطدام المباشر بدراجة كهربائية، أو على النقيض من ذلك، عبور الطريق لإلقاء التحية على صديق تصادف وجوده في الطريق. كيف يعرف الدماغ كيفية التعامل مع مثل هذه التغيرات السلوكية الديناميكية والسريعة؟ اتضح أن الإجابات على هذا السؤال تتجاوز المفهوم الكلاسيكي للدماغ وعمله - كما أظهرت دراسة جديدة أجريت على الخفافيش أجراها علماء معهد وايزمان للعلوم نشرت اليوم في المجلة العلمية طبيعة.
"تؤدي القيود المختلفة إلى حقيقة أن دراسات الدماغ غالبًا ما تركز على نوع واحد من السلوك في كل مرة. ولهذا السبب، فإننا لا نعرف سوى القليل جدًا عن تعاملات الدماغ مع ديناميكية العالم الحقيقي". ناحوم أولانوفسكي من قسم علم الأعصاب في المعهد الذي ترأس الفريق البحثي. صممت مجموعته تجربة مصممة لتعكس التعقيد الديناميكي للواقع: فقد سمحوا لأزواج من الخفافيش بالطيران بسرعة تجاه بعضها البعض؛ وفي لحظة معينة، ومن أجل تجنب الاصطدام، كان على الخفافيش أن تغير سلوكها بسرعة وتنحرف عن مسارها. أصبحت التجربة ممكنة بفضل الإعداد الفريد:نفق الخفافيشويبلغ طوله 135 متراً، والذي تم إنشاؤه في حرم المعهد في رحوفوت - وأجهزة لاسلكية صغيرة ترصد نشاط الدماغ لدى الخفافيش، على مستوى الخلية العصبية الواحدة، وهي تطير بسرعة 7 أمتار في الثانية. أجريت التجربة بقيادة الدكتورة أييليت شاريل، شاكيد بيلاجي ودان بلوم، بالتعاون مع باحث ما بعد الدكتوراه الدكتور يوناتان الهادف، وبتوجيه من البروفيسور أولانوفسكي وفريق العمل الدكتور ليورا ليس.
كما نعلم، تعتبر الخفافيش ملاحًا ممتازًا، حيث تقوم بتوجيه نفسها في الفضاء بمساعدة السونار البيولوجي - فهي ترسل موجات صوتية وتستمع إلى الصدى الذي يعود إليها. عندما لاحظت الخفافيش لأول مرة خفاشًا يندفع نحوها، قامت بزيادة تردد إنتاج إشارات السونار - وهي حقيقة تشير إلى تغير في السلوك وزيادة الاهتمام بالبيئة. بالتزامن مع تضخيم إشارات السونار، حدث تغير سريع أيضًا في الدوائر العصبية في قرن آمون في الخفافيش. وقام العلماء بتوثيق هذه التغييرات من خلال مراقبة عمل خلايا المكان في منطقة الدماغ المسؤولة، من بين أمور أخرى، عن الملاحة والتوجيه في الفضاء - في الخفافيش وكذلك في البشر.
عندما طارت الخفافيش بمفردها في النفق، دون خوف من الاصطدام، قامت خلايا موقعها بتشفير موقعها في الفضاء كما هو متوقع، ولكن بمجرد أن أدركت أن خفاشًا آخر يقترب منها بسرعة، أكثر من نصف الخلايا الموجودة في الحصين - حوالي 55% - بدلوا التروس: تغير نمط نشاطهم بشكل حاد، وأظهر الباحثون أن الخلايا لم تعد تشفر فقط موقع الخفاش نفسه، ولكن أيضًا المسافة التي يقطعها بالنسبة للخفاش المقابل. كلما زاد انتباه الخفاش، كما يعكسه إيقاع إشارات السونار، زاد التغير في نمط إطلاق الخلايا العصبية. ولمفاجأة العلماء، حدث التغيير - الذي كان بمثابة نوع من "المفتاح العصبي" - بسرعة كبيرة: في غضون حوالي 100 مللي ثانية. ويشير البروفيسور أولانوفسكي إلى أن "درجة الألفة بين الخفافيش لم تؤثر على التشفير العصبي، أي أن التغيير في التشفير كان يهدف إلى منع الاصطدام ولم يكن له علاقة بالسلوك الاجتماعي".
على مدى المائة عام الماضية، كان من المعتقد على نطاق واسع أن كل منطقة في الدماغ تؤدي نشاطًا مخصصًا، وأن السلوكيات المختلفة يتم ترميزها في مناطق مختلفة من الدماغ. وفقًا لهذا المفهوم الكلاسيكي، يمكن توقع أنه أثناء التغيير في السلوك، على سبيل المثال، أثناء الانتقال من الملاحة الروتينية إلى تجنب الاصطدام، سوف "تضيء" مناطق مختلفة من الدماغ واحدة تلو الأخرى. لكن البحث الجديد يكشف عن صورة مختلفة تماما: تغير سريع بشكل لا يصدق في التشفير العصبي، ليس فقط في نفس المنطقة من الدماغ، ولكن في نفس الخلايا العصبية.
يقول البروفيسور أولانوفسكي: "يظهر البحث أن هناك مجالًا لإعادة فحص بعض فرضياتنا الأساسية حول عمل الدماغ". "وبطبيعة الحال، فإن فكرة تقسيم الأدوار بين مناطق الدماغ المختلفة لا تزال صالحة: تلف القشرة البصرية سيؤدي إلى تلف البصر وليس فقدان السمع أو الطنين. ومع ذلك، فإن معظم نماذج الدماغ تفترض أن كل خلية عصبية تؤدي وظيفة مستقرة وثابتة، في حين أظهرنا الآن أنه عندما تتغير الاحتياجات، فإن الخلايا العصبية تغير وظيفتها بسرعة.
ومن المعروف الآن أن وظيفة أجزاء معينة من الدماغ أقل صلابة مما كان يعتقد سابقا، ولكن هذه الميزة، المعروفة باسم اللدونة، تحدث على مدى فترات زمنية أطول وتعكس التغيرات البيوكيميائية في الوصلات بين الخلايا العصبية. في المقابل، فإن التحول العصبي المكتشف في الدراسة الجديدة يتم بشكل فوري، خلال جزء من الثانية، وربما يعكس إعادة تنظيم سريعة في نشاط الشبكات العصبية.
ستكون الدراسات المستقبلية قادرة على التحقق مما إذا كانت النتائج المكتشفة في الدراسة فريدة بالنسبة للحصين أو ما إذا كانت تميز أيضًا مناطق الدماغ الأخرى وأنواع أخرى من المواقف والسلوكيات. وتثير النتائج أيضًا سؤالًا فلسفيًا رائعًا: كيف نختبر العالم بطريقة موحدة ومستمرة وليس بطريقة مجزأة أو متقطعة. يقول البروفيسور أولانوفسكي: "بعد أن أظهرنا أن الخلايا العصبية يمكنها تغيير دورها خلال عُشر ثانية، سيكون من المثير للاهتمام معرفة كيف يسمح لنا الدماغ بإدراك مستمر ومستقر للواقع".
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
