بعد لحظة من إعطاء يوسي لرينا كتابًا *كيف يمكننا بناء العديد من الأشكال المختلفة من بضعة أسطر، وتجميع كمية لا حصر لها من الجمل والأفكار من عدد صغير من المقاطع أو الأصوات؟ لقد تم الآن تعزيز النظرية التي وضعها البروفيسور موشيه أبلز من خلال التجارب البيولوجية
ميريت سلين
كيف يعمل الدماغ؟ كيف يعالج المعلومات؟ كيف يقوم بتصفية المعلومات الكثيرة التي تصله من الحواس وكيف يمكنه فهم معنى اللغة؟ لا تمثل هذه الأسئلة سوى جزء بسيط من الغموض الذي يحيط بالصندوق الأسود الموجود في جسد كل إنسان. تم تخصيص العقد الأخير من القرن الماضي لأبحاث الدماغ. لقد قام عشرات الآلاف من الأشخاص بدراسة الدماغ لسنوات عديدة وكل منهم يطرح سؤالاً علميًا واضحًا. يتراكم عدد هائل من التفاصيل، لكن الأشياء لا تتصل ببعضها ولا تؤدي إلى خيط يسمح بالتقدم في فهم كيفية عمل الدماغ.
التقدم في فهم الدماغ لن يأتي بالصدفة من خلال اختراع فكرة جديدة، كما يقول البروفيسور موشيه أبليس، مدير مركز غوندا لأبحاث الدماغ في جامعة بار إيلان وعضو مركز الحوسبة العصبية في الجامعة العبرية. "من الضروري أن نشعر بسلوك النظام لكي نفهم لماذا ما يتم القيام به اليوم ليس كافيا. قد تكون هناك حاجة إلى نظرية جديدة لفهم العقل، لكنها لن تظهر إلا من الأشخاص الذين يفهمون ماهية العقل وكيف يتصرف. الأمل هو أن يأتي به شخص ذكي ومبدع. ولكن من أجل خلق العالم الذي سيحدث تغييراً في الفكر، من الضروري منذ سن مبكرة التثقيف حول التفكير متعدد التخصصات في أبحاث الدماغ، والذي سيشمل دراسة مجالات مثل الفيزياء وعلم النفس والكمبيوتر، وبطبيعة الحال، علم الأحياء العصبي. إن تكامل كل هذه المجالات سيجعل من الممكن فهم سلوك نظام يتكون من العديد من التفاصيل التي لها علاقات متبادلة فيما بينها."
لكن، وفقاً لآبلز، فإن المجتمع الأكاديمي محافظ. على الرغم من أنها تدرك أن هناك حاجة إلى التعليم متعدد التخصصات في مجال الدماغ، إلا أنها تقاوم التغييرات. بدأت بعض الجامعات في تنفيذ برنامج درجة الماجستير متعدد التخصصات، ولكن لم يتم قبول سوى عدد قليل منها. في جامعة بار إيلان، يتم إنشاء مركز أبحاث دماغ متعدد التخصصات، والذي سيقوم بالتثقيف في مجال التفكير متعدد التخصصات بدءًا من الدراسات الجامعية.
كان أبيلز يبحث في الدماغ لمدة 44 عامًا. يقول أبلز: «السؤال الحقيقي الذي يثير اهتمامي هو كيفية تنفيذ العمليات الأكثر تعقيدًا في الدماغ». "على سبيل المثال، كيف يمكننا بناء العديد من الأشكال المختلفة من عدد صغير من الخطوط، وإنشاء العديد من الإيماءات الجسدية من خلال الجمع بين عدد صغير من الحركات البسيطة، وتأليف العديد من الألحان من عدد صغير من الملاحظات، ومن عدد صغير من النوتات الموسيقية؟ من المقاطع أو الأصوات تؤلف كمية لا حصر لها من الجمل والأفكار؟
من الممكن تمييز مناطق الدماغ المسؤولة عن الرؤية، ومن ضمنها المناطق الحساسة للخطوط المستقيمة، تلك الحساسة للأشكال البسيطة والمناطق الحساسة للأشكال المعقدة مثل الوجوه. هناك مناطق في الدماغ مسؤولة عن السمع، وهي تستقبل الرسائل المناسبة من البيئة المحيطة وتقوم بتكوين الصورة الصوتية. يقول أبلز: "في كل مجال من هذه المجالات، تتكون الصورة من عناصر بسيطة إلى عناصر معقدة، ولكن يجب أن يكون هناك أيضًا منظمة أخرى لا تبني شيئًا معقدًا من العناصر الفردية فحسب، بل يمكنها توفير الفهم وخلق فكرة جديدة".
"على سبيل المثال: عندما نسمع عبارة "يوسي أعطى رينا كتابًا"، نفهم معناها على الفور. والافتراض هو أنه يتم تنشيط مجموعات من الخلايا في الدماغ تمثل يوسي ورينا والكتاب وفعل العطاء. وعندما نسمع هذه الجملة يزيد نشاط كل مجموعة من هذه المجموعات. ولكن إذا كان هذا كل ما يحدث، فأين فهم من أعطى الكتاب لمن؟ "إن الفهم، أو بعبارة أخرى تجميع فكرة من كلمات بسيطة، هو المشكلة المركزية في فهم عمليات التفكير".
العلم لم يجيب بعد على هذا السؤال. وفقا للنهج الموجود، فإن كل ما هو موجود في العالم له تمثيل في الدماغ، لذلك عندما تفكر في شيء ما أو ترى شيئا ما، يتم تنشيط منطقة الدماغ التي تمثل الكائن. يتم التعبير عن التنشيط من خلال زيادة معدل نشاط مجموعة الخلايا العصبية في هذه المنطقة. على الرغم من أنه في كل مجموعة يتم تنشيط الخلايا التي تمثل كائنًا معينًا فقط، إلا أن التوقيت الدقيق لنشاط كل خلية يكون عشوائيًا، وما يحدده هو متوسط معدل نشاط جميع الخلايا.
يقول أبلز: "يوفر هذا النهج تفسيرًا للإجراءات البسيطة". "على سبيل المثال، عندما تنظر إلى سطر واحد على خلفية بيضاء. فإذا كان الخط متوازناً أو عمودياً، فإن الخلايا المختلفة في الدماغ تزيد من معدل نشاطها. وتنشأ المشكلة عندما يكون هناك عدة خطوط، على سبيل المثال تلك التي تتصل ببعضها البعض لتشكل مثلثًا أو مربعًا. يحتاج الدماغ إلى معرفة أي الخطوط تنتمي إلى المثلث وأيها تنتمي إلى المربع. تفسيرات هذا اليوم معقدة وتفشل في شرح كيف نتمكن من تحديد من هو المثلث ومن هو المربع عندما يخفي كل منهما الآخر جزئيًا أو عندما يكونان شفافين ومرئيين فوق بعضهما البعض. في الحياة هناك أشياء كثيرة ذات إخفاء جزئي. كيف تعرف الخطوط التي تنتمي إلى أي كائن؟ ليس فقط أنهم لا يفهمون كيف يقوم الدماغ بذلك، ولكن أيضًا أنظمة الكمبيوتر التي تحاول فك رموز صورة في هيكل تخفي فيه الأشياء بعضها البعض تفشل. إن كيفية التكامل المتزامن للمعرفة الموجودة بداخلنا مع المعلومات التي تأتي من العين لتكوين صورة عامة - هو أمر محير. هذه في الواقع نفس نوع المشكلة مثل "يوسي أعطى رينا كتابًا" - لا نعرف كيفية ربط المكونات لفهم معنى الجملة.
"وبصرف النظر عن كل هذا، فإن التفسير الموجود لا يبدو معقولا لأنه لا يمكن أن يكون لكل مفهوم أو كائن تمثيل في الدماغ. تظهر عملية حسابية بسيطة أنه لا يوجد خلايا كافية في الدماغ لهذا الغرض. ولذلك يجب أن يكون هناك نهج آخر يعطي الإجابة على العمليات الأكثر تعقيدا، بحيث تتمكن كل خلية من المشاركة في العديد من العمليات.
في السبعينيات، طورت أبلز لأول مرة تقنية جعلت من الممكن قياس نشاط الخلايا العصبية الست في دماغ الحيوانات في وقت واحد أثناء القيام بأعمال مختلفة. كشفت ملاحظات سلوك الحيوانات ونشاط خلاياها العصبية عن ظاهرة جديدة: من وقت لآخر، تعمل بعض الخلايا العصبية بشكل منتظم وعلى فترات زمنية منتظمة. على سبيل المثال، بدأت الخلية A العمل وبعد 36 مللي ثانية الخلية B وبعد 92 مللي ثانية الخلية C. لقد تكرر هذا المسلسل مرارا وتكرارا بطريقة لا يمكن تفسيرها بأنها مجرد صدفة. يقول أبلز: "نظرًا لعدم إمكانية تفسير هذه الظاهرة بناءً على المعرفة الموجودة، قمت ببناء نموذج لشبكة عصبية يمكنها تفسير هذه الظاهرة".
ووفقا للنموذج الذي بناه، يتم تنظيم الخلايا في مجموعات. جميع الخلايا في مجموعة واحدة تعمل في نفس الوقت. تقوم هذه المجموعة من الخلايا بتنشيط مجموعة أخرى تعمل فيها جميع الخلايا أيضًا في وقت واحد، وهكذا. ووصف أبلز المنظمة بأنها "سلسلة من إطلاق النار الحاد". "لقد اختبرت النموذج من الناحية النظرية. في البداية بالورقة والقلم ثم في محاكاة بالكمبيوتر، وعرفت أن الفكرة صحيحة ويمكن أن تنجح، ومنذ ذلك الحين هناك مدرسة بحثية كاملة تتعامل مع شبكات التصويب الحادة وتظهر المزيد من خصائصها خصائص "، يقول أبليس.
وفي أوائل التسعينيات، اقترح البروفيسور إيلي بيننستوك، من جامعة براون في بروفيدنس بالولايات المتحدة، أنه من خلال تنسيق الأوقات بين سلاسل إطلاق النار الحادة، من الممكن بناء تمثيلات للأشياء المعقدة من عناصرها البسيطة. يقول أبلز: "بعد وقت قصير، أظهرنا بمساعدة عمليات المحاكاة أن هذه السلاسل يمكن أن تتناسب مع بعضها البعض وتتصل ببعضها البعض مثل الليغو". "يمكن بناء الهياكل المعقدة من هذا وتفكيكها مرة أخرى. وهذا أيضًا يجعل من الممكن تفسير ظاهرة "يوسي فارينا". إذا كان الفعل "أعطى" يحتوي على ثلاثة مكونات ("المعطي"، و"المتلقي"، و"الكائن المعطى")، فإن الخلايا التي تمثل يوسي ستعمل في وقت واحد مع جزء "المعطي"، وكلما كانت الخلايا التي تمثل عمل رينا، ستعمل أيضًا الخلايا التي تمثل "المستقبل"، بينما ستعمل خلايا الكتاب بشكل متزامن مع خلايا "الكائن المعطى". وبذلك يصبح من الممكن تمثيل معنى الجملة".
موضوع سلاسل إطلاق النار الحادة والتوقيت بينها محل نقاش ساخن في العالم العلمي. يبدأ النقاش بمسألة ما إذا كان التوقيت الدقيق لنشاط الخلايا العصبية موجودًا بالفعل في الدماغ. وفي البحث الجاري حاليًا، تمكن آبلز، بالتعاون مع فريق من الباحثين من جامعة بار إيلان، من إثبات بشكل لا لبس فيه أن مثل هذا التوقيت الدقيق موجود بالفعل في الدماغ.
والسؤال الثاني هو، ما إذا كانت سلاسل إطلاق النار الحادة هي الطريقة الوحيدة لتفسير سلسلة من الإجراءات الدقيقة، أو ربما هناك شبكات أخرى في الدماغ يمكنها أيضًا إنشاء توقيت دقيق. لا يوجد حتى الآن إجابة على ذلك. لكن السؤال المطروح هو هل سلاسل إطلاق النار الحادة والتوقيت بينها هي أساس فهمنا أم أنها آثار جانبية لا معنى لها. وأظهر "اختبار الجدوى" الذي أجراه في السنوات الأخيرة غابي هايون من الجامعة العبرية، أن الفكرة يمكن أن تنجح في الجهاز العصبي. ما كان مفقودًا هو الدليل التجريبي على أن هذا هو ما يحدث بالفعل في الجهاز العصبي.
يقول أبلز: "إن الصعوبة في الإثبات التجريبي هي محدودية قدرتنا على القياس". "في كل ملليمتر مكعب من القشرة الدماغية للشخص هناك 20 ألف خلية عصبية متصلة بأربعة كيلومترات من الفروع وثمانية مليارات نقطة اتصال. ومن المستحيل أن نرى مباشرة ما يحدث هناك، وبالتالي فإن قدرتنا على الاختبار تقتصر على الخلايا العصبية الفردية".
قبل أسبوعين، نُشرت ورقة بحثية لفريق بقيادة البروفيسور رافائيل يوست من جامعة كولومبيا في نيويورك في مجلة "العلم". وضع الباحثون شرائح دماغ الفئران والفئران في قوارير في محلول فسيولوجي ووجدوا طريقة لتسجيل نشاط حوالي ألف خلية عصبية من كل شريحة في وقت واحد. أسفرت التجارب عن ظاهرتين غير متوقعتين. شهد أحدهم على أن نشاط الخلية يعيد نفسه بدقة (كما هو الحال في السلسلة A، B، C الموصوفة أعلاه). وتشير كل سلسلة من هذه السلسلة، بحسب الباحثين، إلى نشاط منظم في سلسلة من الرماية الحادة. بالإضافة إلى ذلك، أظهروا أن السلسلة تتصل ببعضها البعض بترتيب ثابت. "إذا تخيلنا كل سلسلة من هذه المسلسلات كفكرة موسيقية، فقد وجد الباحثون ألحانًا كاملة تكرر نفسها. وتتناقض هذه النتائج مع الرأي الشائع القائل بأن معالجة المعلومات في الدماغ تعتمد على تغير عام في معدل عمل مجموعات من الخلايا دون ترتيب دقيق، ولكنها تتوافق بشكل جيد مع فكرة تنظيم النشاط بمساعدة يقول أبلز: "سلاسل من إطلاق النار الحاد". "إذا كان هذا هو الحال بالفعل، فأمامنا تحول في فهم الآليات العصبية الكامنة وراء العمليات مثل فهم العالم من حولنا، أو الفكر، أو اللغة."
