ثورة الدماغ يستريح

يستهلك الدماغ كمية هائلة من الطاقة - حوالي عشرين بالمائة من إجمالي طاقة الجسم. إيتي بن سيمون وميكال جروبرجر، مركز وظائف المخ، جامعة تل أبيب ومركز تل أبيب الطبي، بحثوا ووجدوا ما يحدث في الدماغ أثناء الراحة

يستهلك الدماغ كمية هائلة من الطاقة - حوالي عشرين بالمائة من إجمالي طاقة الجسم. تشير الأساليب الحالية للتصوير الوظيفي إلى أن نسبة قليلة فقط من ميزانية الطاقة الضخمة هذه تشارك في أداء مهام محددة. ماذا يفعل الدماغ بكل الطاقة المتبقية؟ ما هي تلك "الطاقة المظلمة" للدماغ؟ مرحبًا بكم في المجال الجديد لدراسة حالات راحة الدماغ.

في منتصف الخمسينيات من القرن الماضي، قام لويس سوكولوف بتوصيل طالب جامعي شاب بجهاز يفحص استهلاك الأكسجين في الدماغ. ترك الطبيب الأمريكي موضوعه يستريح ثم طلب منه حل تمارين رياضية معقدة. توقع سوكولوف استهلاكًا أعلى للأكسجين أثناء النشاط الرياضي، وتفاجأ عندما لم يكن هناك فرق حقيقي بين نشاط الدماغ أثناء الراحة وذلك أثناء مهمة معقدة. في وقت لاحق، يمكن القول أن هذه ربما كانت أول دراسة للاسترخاء في علم الأعصاب. اليوم، تشير العديد من النتائج إلى أن نشاط الدماغ مرتفع باستمرار حتى لو لم يكن لدينا مهمة محددة لنؤديها، وأن استهلاك الدماغ للطاقة مرتفع باستمرار.

يستخدم الدماغ 20% من إجمالي استهلاكنا للأكسجين، وهو متوسط ​​استهلاك لكل من حالات النشاط المعرفي والحالات التوجيهية (على الرغم من أنه يزن حوالي 2% فقط من وزن الجسم). ومن المعروف اليوم أن معظم هذه الطاقة تستخدم في المحادثات الداخلية لشبكات الدماغ المختلفة مع نفسها، حتى عندما نرتاح ولا نفعل أي شيء ظاهريًا. تم التوصل إلى هذا الاكتشاف المثير للاهتمام من خلال اكتشافين مهمين في أبحاث الدماغ، تم دمجهما بأعجوبة في العقد الماضي. وسنحاول في هذا المقال استعراض هذه الاكتشافات ومعناها فيما يتعلق بنشاط الدماغ.

الاكتشاف الأول: الشبكة الافتراضية

تشير النتائج الجديدة في أبحاث الدماغ إلى وجود شبكة من المناطق التي تستجيب بشكل رئيسي لحالات التفكير والراحة. سميت هذه الشبكة بالشبكة الافتراضية لأنها تكون نشطة بشكل افتراضي عندما لا يُطلب من الدماغ القيام بأي شيء آخر. وتنشط هذه الشبكة دائمًا في خلفية كل نشاط نقوم به، وهناك دراسات تشير إلى ارتباطها بإدراك الذات، إذ إن إدراك الذات لا يهدأ لحظة واحدة أيضًا.

عندما بدأت دراسات التصوير الوظيفي للدماغ، على سبيل المثال باستخدام PET والرنين المغناطيسي الوظيفي (انظر شرح هذه الطرق في الملحق أ في نهاية المقال)، ركزت معظمها على نشاط الدماغ أثناء أداء المهام. كان أحد الأبحاث هو أنه بدون مهمة محددة، يكون نشاط الدماغ عشوائيًا ومتناثرًا تمامًا مثل الضوضاء البيضاء ("الثلج" عندما لا يتم ضبط تلفزيوننا). وقد أثمرت هذه الطريقة العديد من الثمار، وبفضلها أصبحنا نعرف كيفية رسم خريطة للعديد من وظائف الدماغ على مناطق محددة أو شبكات مخصصة، مثل على سبيل المثال أجزاء الدماغ النشطة في الرؤية والسمع وفك تشفير اللغة وغيرها كما يتبين من الصورة رقم 1:

باستخدام هذه الطريقة، يمكنك "تسجيل" نشاط الدماغ أثناء مهمة ما (على سبيل المثال، عرض قائمة من الكلمات) ثم "تسجيل" نشاط الدماغ أثناء الراحة (على سبيل المثال، عندما تحدق في نقطة ما على الشاشة). لرؤية نشاط الدماغ أثناء المهمة فقط، وحتى نتمكن من تصفية "الضوضاء البيضاء" التي افترضنا وجودها في نشاط الدماغ، نطرح صورة الراحة من صورة المهمة. وبهذه الطريقة نرى المناطق التي كانت نشطة، أو المناطق التي انخفض فيها النشاط، في وقت المهمة. ويمكن رؤية مثال على هذه الطريقة في الصورة رقم 2:

تمثل هذه الطريقة رؤية أوسع لنشاط الدماغ. وكان أساس هذا الرأي هو فكرة أن الدماغ، مثل الكمبيوتر، يستجيب بشكل أساسي لنشاط البيئة المحيطة به وطالما أننا لا "نطلب منه" القيام بمهمة معينة، مثل فتح مستند وورد أو بإرسال بريد إلكتروني، سيكون في وضع الاستعداد نوعًا ما ولن نرى فيه أي نشاط خاص أو منظم. لكن كل هذا كان على وشك التغيير في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.
في عام 2001، نشرت مجموعة من الباحثين بقيادة البروفيسور ماركوس رايشل من جامعة واشنطن مقالاً في المجلة العلمية PNAS لاحظوا فيه وجود شبكة من المناطق في الدماغ تظهر فعلياً انخفاضاً في النشاط العصبي، بدلاً من ذلك. أكثر من الزيادة، أثناء أداء مجموعة واسعة من المهام. تستجيب هذه الشبكة باستمرار مع انخفاض في النشاط، بغض النظر عن نوع المهمة الموكلة إلى الأشخاص، سواء كانت عرض الكلمات، أو حفظ قائمة الكائنات، أو مهمة أخرى. ينخفض ​​مستوى النشاط العصبي في هذه الشبكة أثناء القيام بمهمة ما، مما يعني أنها تعمل بقوة أثناء الراحة (غياب المهمة)، وقد أطلق الباحثون على هذه الشبكة اسم الشبكة الافتراضية لأنهم استنتجوا أن هذا هو النشاط الافتراضي للدماغ كما بمجرد أن لا نعطيها مهمة محددة بل "نتركها تذهب إلى أجهزتها الخاصة". ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أنه بمجرد تسمية الشبكة، لاحظ العديد من الباحثين في مجال التصوير الوظيفي للدماغ أنهم رأوا أيضًا انخفاض في نشاط هذه المناطق أثناء أداء المهام، ولكن ليس يمكن رؤية تفصيل مناطق الشبكة الافتراضية في الصورة رقم 3:

وتساءل فريق الباحثين من واشنطن بقيادة رايكل: لماذا لدينا شبكة عصبية تبدو وكأنها تعمل أثناء راحتنا؟ مما أدى إلى سؤال أكبر: ماذا يفعل الدماغ فعليًا عندما نتوقف عن العمل؟

ندعوك للتفكير للحظة: ماذا يحدث عادة عندما لا تكون مشغولاً بشيء معين؟ الجواب بسيط للغاية: أنت تفكر، وربما تفكر في حياتك، أو الأنشطة التي تريد القيام بها، أو التجارب التي مررت بها بالأمس. يُعرّف هذا النوع من التفكير بأنه تفكير عفوي، لا يرتبط بالضرورة بالبيئة. هذه الظاهرة هي جزء واضح وأساسي من حياتنا لدرجة أننا نميل إلى اعتبارها أمرا مفروغا منه. الأشخاص الذين لسبب أو لآخر، على سبيل المثال إصابة عصبية مثل السكتة الدماغية، فقدوا لفترة قصيرة القدرة على إدارة أفكارهم (أو بمعنى آخر - تيار وعيهم) يبلغون عن تجربة غريبة جدًا من الانفصال، ونقص من اتصالهم بأنفسهم. من الصعب جدًا التوقف عن "تدفق" الأفكار، حتى أن حبس أنفاسك يبدو مهمة أسهل للقيام بها!
التفكير العفوي: "اكتشاف قارة جديدة"

يُعرّف التفكير التلقائي (بالإنجليزية: Mind-Wandering/Stimulus Independent Thought) بأنه تفكير لا يرتبط بالضرورة بمحفزات خارجية. من الممكن إحضار مثال مألوف عندما نقود السيارة إلى المنزل حيث نفكر ونمسك بالقوباء المنطقية ونجد أنفسنا فجأة بالقرب من المنزل. هذا النوع من أحلام اليقظة هو في الواقع تحويل انتباهنا إلى عالمنا الداخلي عندما ندخل في العالم الخارجي في نوع من الحالة التلقائية. عادة ما يؤدي النشاط المألوف الذي لا يتطلب التركيز إلى التفكير التلقائي، بالإضافة إلى الحالات الواضحة التي لا توجد فيها مهمة على الإطلاق للقيام بها.

في الواقع، هذه هي الحالات الكلاسيكية التي نرى فيها نشاط الشبكة الافتراضية. يتم النشاط سواء كان الأشخاص في حالة راحة، أو يتدفقون مع أفكارهم، أو سواء طلبنا منهم أداء مهمة مألوفة لهم. حتى أن الدراسات تشير إلى وجود علاقة مباشرة بين نشاط الشبكة الافتراضي وسهولة أداء المهمة (والهروب فعليًا إلى التأمل): كلما كانت المهمة أسهل، زاد نشاط الشبكة. إن التفكير التلقائي ليس موضوعًا سهلاً للبحث العلمي لأنه بطبيعته ذاتي جدًا وبالتالي يصعب قياسه خارجيًا. باستخدام الاستبيانات والتقارير من الأشخاص، من الممكن تحديد مدى وجود الأشخاص "في عالمهم الخاص" وتشير هذه التقارير إلى وجود صلة وثيقة بنشاط الشبكة الافتراضية. أدى البحث في الشبكة الافتراضية وارتباطها بالتفكير التلقائي في السنوات الأخيرة إلى العديد من دراسات الدماغ حول العالم، والتي تمت فيها دراسة تيار الوعي لدى الأشخاص في حالات الراحة.

ومن المثير للدهشة أن نكتشف كيف أن مثل هذا الموضوع المعروف والأساسي في حياتنا لم يحظ بالاهتمام البحثي المناسب حتى اكتشاف الإنترنت. منذ نشر المقال ووسم الشبكة بالشبكة الافتراضية، أثبتت العديد من الدراسات التي أجريت باستخدام طرق تصوير مختلفة مكانتها، وتعتبر اليوم من الشبكات الوظيفية المعروفة في الدماغ، تمامًا مثل شبكة الانتباه (المتعلقة بالقدرة على الانتباه) أو الشبكة الحركية (المتعلقة بالتخطيط والتحكم في الحركة). وقد كشفت الأبحاث عن وجود هذه الشبكة عند الحيوانات أيضًا، وهو ما يشير إلى أنها شبكة وظيفية ذات أهمية تطورية، وهي ليست بالضرورة مقتصرة على البشر. وفي الدراسات التي أجريت على مرضى يعانون من اضطرابات نفسية (مثل الزهايمر أو الفصام أو التوحد)، تم اكتشاف اختلافات بين المرضى والأصحاء في مدى تواصل الأجزاء المختلفة من هذه الشبكة مع بعضها البعض، وهذا دليل على أهمية نشاط الشبكة لحياة نفسية طبيعية. وفي الدراسات التي أجريت على الأطفال، اتضح أن الشبكة الافتراضية لا تنتهي من تطورها في سن مبكرة، وهو أمر قد يدل على أهمية الخبرة في تشكيل اتصال الشبكة. ووصف جوليو تونوني، أحد أبرز علماء الأعصاب في العالم، اكتشاف شبكة وظيفية جديدة في مثل هذه المرحلة المتقدمة من أبحاث الدماغ بأنه "اكتشاف قارة جديدة". إذا كانت هناك شبكة من المناطق التي تعمل معًا في حالة الراحة، والتي تم الحفاظ عليها في التطور، فما الذي تفعله بالضبط؟

هناك العديد من النظريات اليوم فيما يتعلق بدور الشبكة الافتراضية. تتعلق النظرية الأولى بالتفكير التلقائي، وتشير إلى أن الشبكة تعمل كنوع من المحاكاة، حيث تحاكي الحياة، بحيث تستخدم ذكريات الماضي والتأملات الذاتية لمحاكاة الحياة وتوليد رؤى جديدة حول العالم. هذه النظرية مناسبة بشكل ملحوظ لمختلف أجزاء الشبكة. تتضمن الشبكة الافتراضية مناطق واسعة في منطقة الخط الأوسط للدماغ، وهي المنطقة التي تقع بين نصفي المخ، أي نصفي الكرة الأرضية. تُعرف المنطقة الأمامية في الخط الأوسط للدماغ (القشرة الجبهية الوسطى) بأنها منطقة تنشط في تقييم المحفزات من منظور شخصي (على سبيل المثال، هل تعجبني هذه الصورة أم لا؟) وكذلك في المهام. تتعلق بالتفكير في الذات: على سبيل المثال، التفكير في السمات الشخصية التي تتوافق مع مفهومي عن الذات، مثل هل أنا من النوع المسؤول. ترتبط مناطق في الفص الجداري والفص الجانبي للشبكة باسترجاع الذكريات، وخاصة الحصين، الذي ينشط أثناء استرجاع الذكريات الجديدة أو إنشائها. تنشط هاتان المنطقتان معًا في آلية أحلام اليقظة، حيث توفر المناطق الجدارية الجانبية ذكريات الماضي والمناطق الوسطى التي تقوم بتقييم وفحص هذه الأحداث من وجهة نظر شخصية. يشير امتداد هذه النظرية إلى أن دور الشبكة الافتراضية هو تصفية الذكريات التي يجب الاحتفاظ بها وأي منها ليس من خلال تقييم مدى أهميتها للذات.

وتتعلق النظرية الثانية بدور الشبكة الافتراضية في الاهتمام الداخلي. يشير الاهتمام الداخلي إلى نشاط عقلي لا ينتبه فيه الشخص إلى محيطه بل إلى عالمه الداخلي. في المقابل، يتم توجيه الاهتمام الخارجي نحو البيئة وبمساعدتها ننتبه إلى الأحداث الخارجية. على سبيل المثال، سيتم تعريف مشاهدة فيلم على أنه نشاط يتطلب اهتمامًا خارجيًا مقارنةً بأحلام اليقظة التي تعد نشاطًا متميزًا للاهتمام الداخلي. من خلال دراسات تصوير الدماغ، أصبح من الواضح أن هناك تبادلًا عفويًا بين النشاط في الشبكة الافتراضية، والذي يمثل كما ذكرنا نشاط الانتباه الداخلي، إلى النشاط في شبكة الاهتمام الخارجي أثناء وجود الأشخاص في حالة راحة. وهذا يعني أن العلاقة الارتباطية بين نشاط الشبكة الافتراضية ونشاط شبكة الانتباه الخارجية تكون سلبية، بحيث أنه عندما يزيد أحدهما يقل الآخر والعكس صحيح. وقد دفعت هذه الحقيقة الباحثين إلى افتراض أن الدماغ يتحقق باستمرار من حالة البيئة الداخلية بمساعدة شبكة افتراضية والخارجية بمساعدة شبكة الانتباه الخارجية، وأن هذه الفحوصات تتم بشكل عفوي وتلقائي.

وقد أدت هذه النظرية بالفعل إلى أفكار حول وجود شبكة ثالثة يتمثل دورها في موازنة أو توجيه النشاط بين شبكتي الانتباه. يمكن للمرء أن يفكر بسهولة في المواقف التي يتم فيها انتهاك هذا التوازن ونميل إلى الاهتمام بها داخليًا أو خارجيًا. ومن الأمثلة المعروفة الميل المتزايد إلى الاهتمام الخارجي في حالات اضطراب نقص الانتباه وفرط النشاط، حيث يتم ملاحظة نشاط على الأقل في شبكة الانتباه الداخلية، وهي الشبكة الافتراضية. في الدراسات التي أجريت على الأشخاص الذين يعانون من اضطراب نقص الانتباه وفرط النشاط، تم بالفعل اكتشاف انخفاض الاتصال في شبكتهم مقارنة باتصالها لدى الأشخاص الأصحاء. هناك حاجة لدراسات راحة إضافية باستخدام طرق تصوير مختلفة لاتخاذ قرار بشأن الوظيفة الأساسية للشبكة وأهميتها للوجود السليم لمفهوم الذات. ومن الممكن أن يكون نشاط الشبكة الافتراضية متنوعا، بحيث تمثل جميع النظريات وظائفها المختلفة بأمانة، ويمكن لنموذج مستقبلي أن يجمعها جميعا للحصول على تفسير شامل ومرضي لأهمية ونشاط هذه الشبكة.

الاكتشاف الثاني: "مؤامرات" الدماغ أثناء الراحة

إن اكتشاف الشبكة الافتراضية والخوض في دراسة الدماغ أثناء الراحة أدى كما ذكرنا إلى السؤال المثير: ماذا يفعل الدماغ فعلياً عندما لا نكلفه بمهمة ما؟ أدى هذا السؤال إلى ظهور مجال جديد ومثير للاهتمام من الأبحاث، وهو دراسة شبكات حالة الراحة في الدماغ. لقد اتضح أن الشبكة الافتراضية هي مجرد واحدة من عدة شبكات دماغية وظيفية تظهر نشاطًا عفويًا أثناء الراحة. عندما قمنا بفحص الدماغ بدون المهمة، رأوا أن إشارة BOLD التي تم الحصول عليها من جهاز الرنين المغناطيسي الوظيفي تتغير تلقائيًا حتى لو كان الأشخاص مستلقين وأعينهم مغلقة ولا يقومون بأي مهمة. هذه التغييرات بطيئة نسبيًا، حوالي دورة واحدة كل عشر ثوانٍ، وتعمل بالتزامن بين مناطق الدماغ المرتبطة وظيفيًا. على سبيل المثال، إذا ركزنا على إشارة دماغية تتغير تلقائيًا (جميع إشارات الدماغ تتغير تلقائيًا أثناء الراحة وليس هناك حاجة للبحث عن إشارة محددة) في منطقة حركية معينة في الجزء الأمامي من الدماغ وفحص المناطق الأخرى التي يتغير الدماغ بنفس الطريقة، ثم سنتعرف على كامل الشبكة الحركية في الدماغ: بمعنى آخر، جميع المناطق المرتبطة بتنفيذ الحركة أو تخطيطها. تسمى طريقة البحث هذه بالاتصال الوظيفي، ويمكنك قراءة المزيد عنها في الملحق ب في نهاية المقالة. وبهذه الطريقة تم اختبار جميع الشبكات الوظيفية المعروفة في الدماغ وتبين أنها جميعها مترابطة أثناء الراحة (بما في ذلك الشبكة الافتراضية) كما ترون في الصورة رقم 4:

وهذا يعني أن مناطق الدماغ التي تشكل كل شبكة من هذه الشبكات تتحدث مع بعضها البعض بشكل مستمر وعفوي دون أي تكليف. من المهم التأكيد على أنه على الرغم من أن هذا نشاط عفوي، إلا أن هناك تنسيقًا بين الشبكات المختلفة في الدماغ. ومن هذا يمكننا أن نفهم أن ما اعتقدنا أنه ضوضاء عشوائية ليس عشوائيًا في الواقع، بل يعكس التوصيلات الوظيفية لشبكات الدماغ المختلفة. لماذا يحافظ الدماغ على هذا النشاط المنظم والحيوي أثناء الراحة؟
لا يزال هذا السؤال قيد البحث، لكن نتائج الدراسات التي أجريت على الحيوانات تثير بعض الاحتمالات المثيرة للاهتمام حول دور النشاط التلقائي في الدماغ. وسنذكر دراستين بارزتين قد تلمحان إلى هذه الأدوار. في دراسة نشرت عام 2006 في مجلة Nature الأسبوعية للعلوم، تم اختبار نشاط الخلايا في الحصين (المنطقة المسؤولة، كما ذكرنا، عن تسجيل الذكريات) لدى الفئران أثناء تعلمها كيفية التنقل في متاهة. واستمر الباحثون في تسجيل نشاط الخلايا العصبية حتى عندما كانت الفئران في حالة راحة، ويبدو أنها لم تقم بأي نشاط. أظهر الباحثون أنه أثناء الراحة، استمرت خلايا الحصين لدى الفئران في إطلاق النار بترتيب عكسي لتسلسل التعلم الذي تعلمته الفئران قبل دقائق قليلة في المتاهة. وهذا يعني أنه أثناء الراحة، ساعد نشاط الخلايا على الاحتفاظ بالمعرفة التي تعلمتها سابقًا. تقترح هذه الدراسة الأهمية المحتملة للنشاط التلقائي أثناء الراحة لعمليات التعلم. وهو اكتشاف يتناسب بشكل جيد مع التصور الشائع بأنه من المرغوب فيه أخذ إجازة من مهمة صعبة للسماح "بالمادة".

هناك احتمال آخر لدور النشاط التلقائي في الدماغ يأتي من دراسة أجريت في معهد وايزمان للعلوم ونشرت في مجلة العلوم الأسبوعية عام 1996. في هذه الدراسة قام البروفيسور عاموس أرييلي وزملاؤه بدراسة نشاط المنطقة البصرية في دماغ القطط. من الحقائق المعروفة في دراسات تصوير الدماغ أن الاستجابة لمحفز معين (على سبيل المثال الاستجابة في المنطقة البصرية من الدماغ لصورة خطوط) ستؤدي إلى نتيجة مختلفة قليلاً في كل عرض للمحفز. من أجل رؤية النشاط المميز للمحفز، من الضروري استنباط عدد كبير من الاستجابات من تلك المنطقة المحددة من الدماغ. وأظهر أريلي وزملاؤه أن تفسير الاختلاف في استجابات الدماغ ينبع من النشاط التلقائي للدماغ الذي سبق وقت ظهور المنبه. لقد أظهروا أنه إذا أخذت في الاعتبار نشاط الدماغ قبل ظهور المحفز، فيمكنك التنبؤ بدقة بكيفية تفاعل الدماغ مع المحفز دون الحاجة إلى حساب متوسط ​​عدة محفزات. تكمن أهمية هذا البحث في أن النشاط التلقائي في الدماغ قد يؤثر بل ويتنبأ بما ستكون عليه استجابتنا للمحفزات في العالم.

إذا أخذنا هذه الفرضية خطوة أخرى حذرة إلى الأمام، يمكننا أن نفترض أن النشاط التلقائي قد يحدد حتى قاعدة سلوكنا عندما نواجه محفزات من البيئة ويحدد سبب استجابتنا بشكل مختلف في أوقات مختلفة عندما تقدم لنا البيئة تحديات مماثلة. يمكنك التفكير في الأمر مثل "مزاج الدماغ" الذي يؤثر على ردود أفعالنا تجاه البيئة. تقترح هذه الدراسة أن نأخذ في الاعتبار النشاط التلقائي في الدماغ عندما نحاول التنبؤ بنشاط الدماغ وعدم فقدان هذه المعلومات القيمة عن طريق تصفيتها على أنها ضوضاء.
يوجد تنظيم وظيفي للنشاط التلقائي في الدماغ لدى البشر والحيوانات حتى تحت التخدير وحتى في الحالات الخضرية ("الحالات النباتية")، مما يوحي بتنظيم أساسي وأساسي للغاية في نشاط الدماغ تم الكشف عنه لنا بفضل الجديد مجال البحث في حالات الراحة. وبما أنه من الممكن فحص نشاط الدماغ واتصالاته الوظيفية أثناء الراحة دون الحاجة إلى أداء المهام، فيمكننا دراسة نشاط الدماغ دون الحاجة إلى أي تعاون من المرضى، وبالتالي يمكن فحص اتصال الدماغ حتى في حالات فقدان الوعي (الغيبوبة).

סיכום
يتم تنظيم نشاط الدماغ أثناء الراحة سواء في الوقت (كنشاط منسق بين شبكات الدماغ) أو في الفضاء (في وجود الشبكة الافتراضية). وهناك نشاط منسق بشكل جيد بين شبكات الدماغ الوظيفية حتى بدون مهمة محددة لأداءها. هذا التنظيم في نشاط الدماغ موجود حتى بدون الوعي، إذ كما هو الحال في حاضرنا، تم العثور على تغييرات عفوية في إشارة BOLD في التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي حتى تحت التخدير، والشبكة التي أدت إلى هذا الاكتشاف المثير هي الشبكة الافتراضية، وهذه الشبكة نشطة عندما نحلم في أحلام اليقظة ويتناقص نشاطها عندما نحتاج إلى أداء مهمة معينة، فالشبكة الافتراضية ودراسة نشاط الدماغ أثناء الراحة تسمح لنا بإلقاء نظرة خاطفة على النشاط السري للدماغ، على المحادثات المستمرة التي يجريها الدماغ مع نفسه. إن تأثيرات هذا النشاط العفوي على الطريقة التي نعمل بها في العالم، وحتى على هويتنا، هي أسئلة رائعة لمجال أبحاث الدماغ في السنوات القادمة.
شكر:
نود أن نشكر البروفيسور ثيلما هيندلر والدكتور أبراهام تسانجان على دعمهما ونير لاهاف على تعليقاته المفيدة.
إيتي بن سيمون وميكال جروبيرجر طلاب دكتوراه في مركز وظائف المخ في مركز تل أبيب الطبي وجامعة تل أبيب.
لمزيد من القراءة:
• مايكل د. فوكس وماركوس إي. رايشل، التقلبات التلقائية في نشاط الدماغ التي تمت ملاحظتها من خلال التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي، مجلة Nature Review Neuroscience 8، سبتمبر 2007.
• ماركوس رايكل، الطاقة المظلمة للدماغ، العلوم 24 نوفمبر 2006.
• ماركوس رايكل، وجهتا نظر لوظيفة الدماغ، اتجاهات العلوم المعرفية 14، أبريل 2010.
• ماليا ف. ماسون وآخرون، العقول المتجولة: الشبكة الافتراضية والفكر المستقل عن المحفز، العلوم 19، يناير 2007.

الملحق أ: التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) BOLD، والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET)
جهاز التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) وجهاز التصوير الوظيفي باستخدام الرنين المغناطيسي
(التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي)، جهازان مختلفان يستخدمان للتصوير الوظيفي للدماغ، أي لتصوير الدماغ أثناء النشاط (على عكس التصوير بالرنين المغناطيسي، الذي يسمح فقط بفحص بنية الدماغ). في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني، يتم استخدام النظائر المشعة مثل الأكسجين 15، الذي يتنفسه الأشخاص أو يشربونه (على سبيل المثال، الماء الذي يحتوي على الأكسجين المشع). وبما أن الذرة المشعة غير مستقرة، فإنها تضمحل - وهي في هذه الحالة اضمحلال بيتا - أثناء انبعاث البوزيترونات. يتم التقاط الإشعاع بواسطة أجهزة الاستشعار المحيطة بالموضوع. من زاوية الانبعاث يمكنك معرفة مكان وجود الأكسجين المشع. باستخدام هذه الطريقة من الممكن معرفة كمية استهلاك الأكسجين أو الجلوكوز للدماغ في مناطق مختلفة وبالتالي حساب نشاط الدماغ في تلك المنطقة. يفحص التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي التغير في تدفق الدم المؤكسج في الدماغ. أثناء النشاط العصبي في منطقة معينة من الدماغ هناك طلب على المزيد من الأكسجين وبالتالي زيادة في كمية الدم المؤكسج في المنطقة النشطة. يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي مجالًا مغناطيسيًا قويًا ونقل ترددات الراديو للكشف عن كمية الدم المؤكسج. ونظرًا لأن جزيء الهيموجلوبين الموجود في خلايا الدم الحمراء يحتوي على الحديد، فإنه يمكن اكتشافه داخل المجال المغناطيسي. الفرق بين الدم المؤكسج وغير المؤكسج ممكن لأن وجود الأكسجين يغير الخواص المغناطيسية. يتواجد الأشخاص في بيئة ذات مجال مغناطيسي قوي يسمح لنا باكتشاف هذه التغييرات وبالتالي حساب كمية الدم المؤكسج في منطقة معينة من الدماغ. تسمى الإشارة التي يتم الحصول عليها من التصوير الوظيفي للدماغ بالاعتماد على مستوى الأكسجين في الدم (BOLD) وتظهر التغيرات في تدفق الدم المؤكسج إلى مناطق مختلفة من الدماغ.

الملحق ب: الاتصال الوظيفي

تكمن الصعوبة في دراسة الدماغ أثناء الراحة في عدم وجود مهمة للقيام بها. عادةً ما نقوم بطرح صورة المهمة من الصورة المتبقية
(خط الأساس) لرؤية نشاط الدماغ المحدد أثناء المهمة. عندما نكون مهتمين بالبحث في ظروف الراحة، ليس لدينا صورة للراحة للمقارنة بها. لاختبار نشاط الدماغ أثناء الراحة (وفي الواقع في حالة عدم وجود مهمة) نحتاج إلى أساليب بحث جديدة. طريقة الطرح الموصوفة في المقالة ليست مناسبة لدراسة النشاط التلقائي أثناء الراحة، لأنه في هذه الطريقة يتم تصفية نشاط الراحة عن طريق طرحه من صورة المهمة (انظر ثيو أعلاه). إحدى الطرق المقبولة لدراسة نشاط الدماغ أثناء الراحة تسمى الاتصال الوظيفي. بهذه الطريقة يتم اختيار منطقة معينة من الدماغ (على سبيل المثال المنطقة المميزة باللون الأصفر في الشكل أدناه) ويتم إنتاج إشارة BOLD منها. وفي الخطوة التالية، يتم فحص جميع مناطق الدماغ الأخرى لمعرفة أي منها يُظهر إشارة مماثلة. ومن المفترض أن تظهر المناطق التي تعمل معًا إشارة مماثلة، وبالتالي فإن المناطق التي تم العثور عليها ستنتمي إلى الشبكة الوظيفية التي أُخذت منها المنطقة الأولية. على سبيل المثال، إذا تم استقبال الإشارة الأولية من منطقة تنتمي إلى شبكة الانتباه، فإن طريقة الاتصال الوظيفي ستسمح لنا بالتعرف على شبكة الانتباه بأكملها في الدماغ من خلال فحص الإشارة في منطقة واحدة من الشبكة. وبهذه الطريقة من الممكن الحصول على خريطة لجميع الشبكات الوظيفية في الدماغ أثناء الراحة.