آخر التحديثات في أبحاث الدماغ من معهد وايزمان

ويقدم هذا الاكتشاف تفسيرا لظاهرة الخداع البصري المتعلقة بالتمييز الخاطئ للحركة

رسم توضيحي: معهد وايزمان عندما قام كلينت إيستوود بتفكيك مسدس، "تم تشغيل" المنطقة المسؤولة عن حاسة اللمس في جميع الأدمغة

بقلم ماريت سلون، هآرتس

يشير مسح الدماغ / التصوير بالرنين المغناطيسي للأشخاص أثناء مشاهدة فيلم إلى تجانس كبير في نشاط الدماغ لدى الأشخاص المختلفين

الفيلم الغربي الكلاسيكي "The Good, the Bad and the Ugly" يشارك في دراسة إسرائيلية جديدة، والتي أرادت التحقق مما يدور في ذهن الشخص عندما يشاهد فيلمًا. الدراسة التي أجراها البروفيسور رافائيل مالاخ من قسم علم الأعصاب في معهد وايزمان بالتعاون مع طالب البحث أوري حسون، غير عادية في منهجيتها. يقول مالاخ: "تتم جميع دراسات تصوير الدماغ لدى البشر تحت ظروف معملية خاضعة للرقابة". "يركز الشخص نظره على الصور التي تعرض عليه واحدة تلو الأخرى، وفي نفس الوقت يرسم في ذهنه مناطق الدماغ التي تتفاعل مع رؤية الصور. لكن العالم ديناميكي - تحدث فيه أشياء كثيرة دفعة واحدة، بتدفق متواصل. إن مسألة ما يحدث في عقل الإنسان عند تعرضه لمثل هذه البيئة المليئة بالمحفزات لم تتم دراستها بعد. قررنا خلق مثل هذه البيئة، وكانت الطريقة للقيام بذلك هي عرض فيلم سينمائي. عند التعرض للفيلم، يتعرض الجهاز الحسي بشكل مكثف للأشياء والأصوات والألوان والمزيد. قررنا أن نعرض على المشاهدين موضوع الفيلم فيلم أكشن، والذي ينبغي أن يأسر جميع الحواس بطريقة أكثر تميزًا من أي فيلم آخر."

اختارت مجموعة الباحثين من معهد وايزمان فيلم The Good, the Bad and the Ugly بطولة كلينت إيستوود. وعرضوا على المتطوعين مقطعًا مدته 30 دقيقة من الفيلم وقاموا بفحص ما يحدث في أدمغتهم باستخدام نظام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI). وأسفرت النتائج عن مفاجأتين. وتبين أن الفيلم أثار استجابات دماغية متشابهة بشكل مدهش في جميع المواد الدراسية. يقول ملاخ: "كان دماغ الجميع يعمل بنفس الطريقة أثناء مشاهدة الفيلم". "كنا نتوقع أن نرى اختلافات ناشئة عن شخصية كل فرد، ولكن هذا ليس ما رأيناه. لقد أصبح واضحًا لنا أنه على الرغم من الكم الغني من المعلومات التي تدفقت على مشاهدي الفيلم، فإن أدمغتهم "تتحرك" في تناغم مدهش. بمعنى آخر، على الرغم من تفرد الأشخاص المختلفين، فقد تبين أن هناك توافقًا كبيرًا بين الأشخاص. بمعنى ما، يمكن القول أنه عندما نتعرض لنفس البيئة البصرية، فإن أدمغتنا جميعها "تتحرك" معًا في أنماط متزامنة في الزمان والمكان.

وبالإضافة إلى اكتشاف نشاط الدماغ الموحد، قدمت الدراسة مفاجأة ثانية. اكتشف حسون ومالاخ أن مناطق مختلفة من الدماغ تلتقط من الصورة المتحركة الصور والمشاهد المناسبة لتخصصها وتعمل بشكل مستقل، متجاهلة العناصر البصرية الأخرى التي تنشط مناطق أخرى من الدماغ. منطقة معينة "تتولى القيادة"، وفي نفس الوقت تكون المناطق الأخرى صامتة. يشعر المشاهد بأنه يشاهد فيلمًا موحدًا ومستمرًا، لكن في الحقيقة كل منطقة من عقله "ترى" فيلمها الخاص والفريد من نوعه. يقول ملاخ: "هذا أمر متوقع في ظروف المختبر، لأن المهام تركز على وظائف معينة". "ومن ناحية أخرى، في الوضع الطبيعي، حيث تظهر ثروة من الصور في وقت واحد، فإننا لا نرى كل التفاصيل على حدة، بل نرى تجربة واحدة متدفقة. على الرغم من ذلك، نرى في خرائط الرنين المغناطيسي الوظيفي أنه في كل لحظة من الفيلم تكون مناطق معينة نشطة وأخرى صامتة.

قام عيران، نجل البروفيسور مالاخ، ببناء برنامج كمبيوتر يجعل من الممكن ربط كل لحظة يتم فيها اكتشاف نشاط قوي في مناطق معينة من الدماغ والمشهد في الفيلم الذي أدى إلى هذا النشاط. يقوم البرنامج بقص مقاطع من الفيلم وإنشاء مقطع يتكون من جميع المقاطع التي قامت بتنشيط منطقة معينة. وهكذا تبين، على سبيل المثال، أن منطقة الدماغ المتخصصة في التعرف على الوجه لم يتم تنشيطها إلا عند ظهور صور قريبة لوجوه الممثلين على الشاشة. يقول ملاخ: "عندما نظرنا إلى المقطع، رأينا أنه في كل مرة يركز فيها المخرج انتباهه على الوجوه، يتم تنشيط المنطقة نفسها". وأضاف: "بالقرب من هذه المنطقة توجد منطقة، حسب المعلومات، متخصصة في تحديد الأماكن. أظهر المقطع الذي قمنا بتصويره أن هذه المنطقة لم يتم تفعيلها إلا عند عرض صور المناظر الطبيعية والمباني على الشاشة. وهكذا، على الرغم من أنك تعيش تجربة فيلم متواصل، إلا أن مناطق الدماغ تعمل مثل الأوركسترا. في كل مرة تتولى أداة مختلفة المهمة، كما لو أنهم سمحوا لها بالعزف منفردًا في تلك اللحظة."

يطلق مالاخ على المنهجية التي يستخدمها الباحثون اسم "المطابقة المقلوبة" - بدلاً من الشكل الكلاسيكي للبحث، حيث تعطي حافزًا وتقيس الاستجابة، هنا تأخذ الاستجابة وتستخدمها لمعرفة ماهية التحفيز. وهكذا، فإن استخدام الصور المتحركة سمح للعلماء باكتشاف التخصصات الوظيفية للعديد من مناطق الدماغ المختلفة بشكل فعال. وتفاجأ الباحثون، على سبيل المثال، عندما اكتشفوا أن منطقة في الدماغ معروفة بأنها متخصصة بحاسة اللمس، تم تنشيطها عند عرض مشاهد تتضمن حركات خفية لليد، مثل تفكيك وتجميع مسدس. ويعتقد ملاخ أن هذه العلاقة المثيرة للاهتمام بين حاسة اللمس ورؤية حركات اليد تشير إلى وجود نظام دماغي مرتبط بالتقليد والتعلم الحركي.

يقول ملاخ: "لقد وجدنا نشاطًا في العديد من المناطق حيث لا يُعرف المسؤولون عنه". "باستخدام طريقتنا يمكننا أن نجد في الفيلم ما ينشطها، ومن هناك نكتشف الوظائف التي تؤديها في نشاط الدماغ. تسمح لك هذه الطريقة باختيار أي منطقة تبدو مثيرة للاهتمام ورؤية ما ينشطها في الفيلم." قد تسمح أبحاث هاسون ومالاخ للباحثين بتحديد مناطق الدماغ المسؤولة عن المشكلات المعرفية والعقلية، ومشاكل الرؤية، وغير ذلك الكثير. "نظرًا لأن النشاط الذي يتم قياسه بواسطة الرنين المغناطيسي الوظيفي أثناء مشاهدة الأفلام متشابه جدًا من شخص لآخر، فإن استخدام هذه الطريقة سيجعل من الممكن مقارنة صورة دماغ الأشخاص الأصحاء مع صورة الأشخاص الذين يعانون من أمراض الدماغ. لقد بدأنا بالفعل باختبار ذلك على الأشخاص المصابين بالتوحد، وأثناء مشاهدتنا للفيلم وجدنا لديهم صورة دماغية مختلفة تمامًا عن تلك الموجودة لدى الأشخاص العاديين".

كشف علماء معهد وايزمان عن الطريقة التي يتم بها تنفيذ "المعالجات الدقيقة" على المدى الطويل في الدماغ
26/3/04

هناك خدعة بصرية معروفة تحدث عندما ننظر إلى مربع، والذي يتحول فجأة إلى مستطيل ممدود. عملياً، يُمحى المربع ويظهر المستطيل، ولكن يبدو لنا أن المربع يتسع تدريجياً حتى يصبح مستطيلاً.

لماذا يحدث هذا؟ ماذا يقول هذا عن قدرة الدماغ على تحليل الواقع ومعالجته وفهمه كما ينبغي، وفقاً للبيانات التي تنتقل إليه من الأعضاء الحسية كالعين مثلاً؟ اكتشف البروفيسور عميرام غرينولد من قسم علم الأعصاب في معهد وايزمان للعلوم، مؤخراً، الأسباب التي تجعل الدماغ يخطئ في فهم حقيقة تناوب المربع مع المستطيل. تم نشر هذه النتيجة، التي لها آثار بعيدة المدى على استراتيجيات معالجة البيانات في الدماغ، اليوم في مجلة الطبيعة العلمية.

يعد هذا البحث علامة فارقة في الجهود العلمية المستمرة لفك الشفرة العصبية للدماغ، وهو الأمر الذي سيجعل من الممكن فهم مبادئ التشغيل غير المعروفة لـ "نظام تشغيل" الدماغ. ويقول البروفيسور جرينولد إن فك الشيفرة العصبية سيؤدي إلى قفزة إلى الأمام في أبحاث الدماغ، على غرار التطور السريع الذي حدث في علم الأحياء الجزيئي بعد فك الشيفرة الجينية. كما يساهم التصوير البصري في تطوير عصر جديد في مجال الطب.

في الماضي، اكتشف البروفيسور غرينولد أن مجموعات الخلايا التي تعالج البيانات المختلفة في الدماغ يتم تنظيمها في سياقات هندسية ثابتة، أي أن معالجة المعلومات في الدماغ تعتمد على تقسيم هندسي معياري لمجموعات خلايا محددة، والتي يكرر نفسه مرارا وتكرارا. وهكذا، على سبيل المثال، تقوم مجموعة من الخلايا المنخرطة في مهمة فريدة بإنشاء بنية مكانية مميزة، تتكامل - مع الحفاظ على علاقة هندسية ثابتة - في بنية أخرى، تنشئها مجموعة أخرى من الخلايا، والتي تتولى معالجة أجزاء أخرى من الخلية. معلومة. على سبيل المثال، عندما يتلقى الدماغ معلومات بصرية، فإن مجموعات الخلايا التي تعالج بُعد العمق تتطابق معًا مثل نوع من مكعبات ألعاب الليغو، أو تنضم (ألغاز) إلى مجموعات من الخلايا التي تتعامل مع معالجة الألوان، ومجموعات أخرى من الخلايا التي تعالج بيانات الشكل.
إن التركيبة الهندسية المعيارية الدقيقة، التي تتكرر مرارًا وتكرارًا، لكل هذه المكونات "المتصلة"، تخلق في الدماغ نوعًا من مجموعة ضخمة من "المعالجات الدقيقة" المتطابقة في البنية والشكل. تغطي هذه المعالجات مجال الرؤية بأكمله، حيث تقوم بتقسيم الصورة إلى مكوناتها المختلفة (العمق، الحركة،
اللون والميزات البصرية الأخرى)، يعالج كل ميزة على حدة ثم يقوم ببناء إدراك الرؤية في المناطق العليا من الدماغ.

تم هذا الاكتشاف، بالإضافة إلى اكتشافات أخرى، باستخدام نظام تصوير بصري فريد من نوعه قام بتطويره البروفيسور جرينولد. يعتمد النظام على كاميرا سريعة وحساسة للغاية وسلسلة من الألوان تم تطويرها في مختبر جرينولد على يد الكيميائية الدكتورة رينا هيلدسهايم. هذه الألوان، التي تلتصق بغشاء خلايا الدماغ الحية، تغير شدة إضاءتها (التألق) وفقا لمستوى نشاط الخلايا. الكاميرا عالية السرعة قادرة على تمييز هذه التغيرات اللونية، وبالتالي يمكن للباحثين معرفة أي خلية "تطلق" إشارة عصبية كهربائية، ومتى تفعل ذلك بالضبط. الميزة الرئيسية لطريقة العرض هذه هي أنها تسمح بتسجيل النشاط الكهربائي لملايين الخلايا معًا، في الوقت الفعلي، بدلاً من تتبع كل خلية عصبية على حدة باستخدام اتصال كهربائي (قطب كهربائي). تتيح معالجة البيانات المجمعة في هذا النظام للباحثين رسم خريطة دقيقة لنشاط المصفوفات الوظيفية للشبكات العصبية في الدماغ.

ميزة أخرى مهمة للنظام والطريقة التي طورها البروفيسور جرينولد هي أنه يجعل من الممكن تمييز أنشطة الخلايا العصبية في الدماغ حتى عندما تكون منخرطة في "التحضير" لإرسال الإشارات العصبية. بمعنى آخر، لا يقتصر النظام على تمييز ضيق ثنائي الأبعاد بين الخلية التي "تطلق" إشارة عصبية (إشارة فوق العتبة) والخلية التي لا "تطلق" (حالة العتبة الفرعية)، ولكنها قادرة على التمييز بين العديد من الحالات الوسيطة التي تحدث تحت عتبة إطلاق الإشارة العصبية أتاحت هذه القدرة للبروفيسور غرينولد وأعضاء المجموعة البحثية التي يرأسها التعرف على الحالات المختلفة للخلايا، التي تفتقر كل منها إلى قدر مختلف من النشاط للوصول إلى العتبة التي "تنطلق" منها الخلية وترسل إشارة عصبية كهربائية إلى خلاياها. الأعضاء في الشبكة. وبهذه الطريقة تمكنوا من إعادة رسم خريطة لمجموعات الخلايا المسؤولة عن تحليل بيانات الظواهر البصرية المختلفة (الحركة العمودية، الحركة الأفقية، اللون، وما إلى ذلك).

وهنا يمكننا العودة إلى الخدعة البصرية التي بدأنا بها. ما الذي يجعل الدماغ "يعتقد" أن العين قد لاحظت حدثًا حركيًا، وأن المربع يتسع تدريجيًا ويتحول إلى مستطيل؟ ولاحظ الباحثون عتبة متدرجة تخلقها صورة المربع في القشرة الدماغية، مما يعني أن المسافة إلى العتبة الحرجة (لإرسال الإشارات العصبية) تزداد تدريجياً، كلما ابتعدت عن مكان النشاط فوق الشوك للمربع نفسه . ومع ظهور المستطيل الممدود يظهر نشاط آخر يتجاوز العتبة

تدريجيًا، بينما تبتعد عن التركيز الأولي. لذلك يتم إنشاء وهم الحركة. في أي وحدة معالجة في الدماغ، بالضبط، يحدث هذا "الفشل" في معالجة المعلومات؟ ويرى العديد من العلماء أن معالجة خاصية الحركة تتم في مجموعة من الخلايا الموجودة في "عمق" نظام معالجة البيانات البصرية في الدماغ، حيث تم اكتشاف ما لا يقل عن 36 محطة معالجة تعمل واحدة تلو الأخرى. ولكن بفضل طريقة التصوير البصري الفريدة التي طورها البروفيسور غرينولد، تمكن من اكتشاف أن محطة المعالجة هذه موجودة بالفعل في إحدى الطبقات الأولى من مصفوفة معالجة البيانات في الدماغ. ولمشاهدة الفيلم مباشرة يظهر كلاً من الوهم البصري ونتائج التصوير البصري انظر على هذا الرابط.

----

بفضل أبحاثه في مجال أبحاث الدماغ، حصل البروفيسور غرينولد مؤخراً على جائزة دان ديفيد التي ستمنح له قريباً بصفته رئيس الدولة موشيه كتساف. البروفيسور غرينولد هو أول إسرائيلي يفوز بهذه الجائزة الدولية المرموقة. وتمنح جائزة دان ديفيد، التي تديرها جامعة تل أبيب، للتميز المتميز والإنجازات العديدة والأصالة والإبداع والاختراق في المجالات والمساهمة في الإنسانية وفي مجال أبحاث الدماغ، وتنافس عليها عشرات المرشحين من 17 دولة. وتضم اللجنة التوجيهية للجائزة، من بين آخرين، البروفيسور إيتمار رابينوفيتش، رئيس جامعة تل أبيب، والدكتور بروس ألبرتس، رئيس الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم، والبروفيسور يهوشوا يورتنر، الرئيس السابق لأكاديمية العلوم الإسرائيلية، ود. هنري كيسنجر، وزير خارجية الولايات المتحدة الأسبق.