یک پرتره عصبی از مغز انسان

امروز می خوام به شما راجع به پروژه ای بگم که توسط دانشمندانی در سراسر دنیا در حال انجام است، برای ترسیم تصویر عصبی از مغز انسان. و ایده اصلی این کار اینه که مغز و ذهن انسان یک پردازنده واحد همه کاره نیست، بلکه مجموعه ای از اجزا بسیار تخصصی است، که هر کدام یک مسئله خاص متفاوترا حل می کنند، و در نهایت این را می سازند که ما به عنوان نوع بشر و متفکر کی هستیم. برای درک این ایده،
این سناریو را تصور کنید: شما وارد مرکز نگهداری کودکتان میشین، طبق معمول، یه دوجین بچه اونجاست که منتظرند بیایند دنبالشون، ولی این بار، چهره بچه ها به طرز غریبی شبیه به نظر می رسه، و شما نمی تونید تشخیص بدین که کدوم یکی بچه شماست. آیا باید عینکتان را عوض کنید؟ آیا عقلتان را از دست دادین؟ شروع به یک چک لیست مغزی سریع می کنید. نه، انگار میشه شفاف فکر کنید، و بینایی تون هم کاملاً دقیق است. و همه چی نرمال به نظر می رسه غیر از چهره بچه ها. می تونید چهره هاشون را ببینید، ولی متمایز نیستند. و هیچ کدومشون آشنا به نظر نمیان، و فقط به کمک روبان نارنجی موهایش هست که دخترتون را پیدا می کنید.
این از دست دادن ناگهانی قدرت تشخیص چهره واقعاً برای بعضیا اتفاق می افته. اسمش prosopagnosia ادراک‌پریشی چهره‌ای است. و ناشی از آسیب به منطقه خاصی از مغز است. نکته قابل توجه درباره اون اینه که فقط قدرت تشخیص چهره، آسیب دیده؛ و چیزهای دیگه مشکلی ندارند.
بیماری ادراک‌پریشی چهره‌ای یکی از چندین نقص عجیب خاص مغزیه که بعد از آسیب مغزی اتفاق می افته. این علائم در مجموع برای مدت زمان زیادی نشان دهنده این بوده که مغز به بخش های مجزایی قابل تقسیم است، ولی سرعت تحقیقات برای کشف اون بخش ها افزایش قابل توجهی یافته با اختراع فناوری تصویربرداری مغز، مخصوصاً MRI. برای این که MRI شما را قادر می کنه که آناتومی داخلی را با وضوح بالا ببینید. برای همین میخواهم تا چند لحظه دیگه، مجموعه ای از تصاویر مقطعی MRI از یه شی آشنا را نشونتون بدم و از بینشون پرواز کنیم و شما قراره سعی کنید تشخیص بدین که شی چی هست. شروع کنیم.
اونقدر هم آسون نیست. این کنگر فرنگیه.
خب، یکی دیگه را امتحان کنیم، از پایین شروع میشه و میره بالا. بروکلی! اون سر بروکلیه. زیبا نیست؟ من عاشقشم.
خب، اینجا یکی دیگه است. مغز است، البته. در واقع، مغز من است. یه سری برش از مغز من داریم مثل اون. اون دماغمه در راست، و حالا می خواهیم بریم اینجا، درست اونجا.
خب این تصویر خوب است، اگه بخواهم خودم بگم، ولی فقط آناتومی را نشون میده. پیشرفت واقعاً جالب در زمینه تصویربرداری کاربردی وقتی اتفاق افتاد که دانشمندان فهمیدن چگونه تصویربرداری کنند که نه تنها آناتومی که شامل فعالیت هم بشه، یعنی، کجا سلولهای عصبی شروع می کنند. خب حالا، این طوری کار می کنند. مغز شبیه ماهیچه است. وقتی مغز فعال میشه، نیاز داره که جریان خون برای تامین اون فعالیت افزایش پیدا کنه. و از شانس ما، کنترل جریان خون مغز، محلی است، برا همین اگه یک دسته نورون، مثلاً، درست اینجا فعال بشن و شروع کنند، اونوقت جریان خون درست اینجا زیاد میشه. برا همین MRI کاربردی، افزایش جریان خون اونجا را میگیره، یه پاسخ MRI سریعتر تولید میکنه در جایی که فعالیت سلولهای عصبی میره بالا.
پس برای این که بهتون یه حس دقیق بدم که آزمایش MRI کاربردی چطور کار میکنه و میتونید چی ازش یاد بگیرید و چی رو نمیشه ازش یاد گرفت، اجازه بدهید که یکی از اولین مطالعاتی کهانجام دادم رو شرح بدهم. می خواستیم بفهمیم که آیا بخش خاصی از مغزوظیفه تشخیص چهره رو به عهده داره، و از قبل دلیل داشتیم که فکر کنیم چنین چیزی ممکنه وجود داشته باشه به خاطر عوارض بیماری prosopagnosia که چند لحظه قبل توضیح دادم، ولی کسی تا به حال اون بخش مغز را ندیده بود در یه آدم عادی، پس ما تصمیم گرفتیم که دنبالش بگردیم. پس من اولین سوژه بودم. من درون اسکنر رفتم، و به پشت دراز کشیدم، سرم را تا جایی که می تونستم ساکن نگه داشتم در حالی که به عکس چهره هایی شبیه اینها خیره شده بودم و اشیایی شبیه اینا و چهره ها و اشیاء برای ساعت ها. پس به عنوان کسی که بسیار نزدیک به رکورد جهانی تعداد ساعات گذرانده درون اسکنر MRI، می تونم بهتون بگم که یکی از مهارتهایی که واقعاً در تحقیق MRI مهم است نگه داشتن ادرار است. (خنده حضار)
وقتی از اسکنر خارج شدم، تحلیل سریعی از داده ها انجام دادم، به دنبال بخشهایی از مغزم که هنگام نگاه کردن به چهره ها، پاسخ قویتری تولید کرده بودن به نسبت نگاه کردن به اشیاء، و این اون چیزیه که دیدم. حالا با استانداردهای امروزی، این عکسافتضاح به نظر میاد، ولی اون موقع فکر کردم که زیباست. چیزیکه نشون میداد، ناحیه ای در اونجاست اون حباب کوچک، تقریباً به اندازه یک زیتون و اون در سطح پایینی مغز من است در حدود یک اینچ درست از اونجا. و کاری که اون بخش از مغز من میکنه تولیده پاسخ MRI قویتره، یعنی، فعالیت عصبی بالاتر، هنگامیکه به چهره ها نگاه میکردم نسبت به وقتی که به اشیاء نگاه می کردم. خب این خیلی جالبه، ولی چطور بفهمیم که تصادفی نبوده؟ خب، آسون ترین راه تکرار آزمایشه. پس من به درون اسکنر برگشتم، و به چهره ها و اشیاء بیشتری نگاه کردم و دوباره شبیه همون حباب رو گرفتم، و دوباره تکرار کردم و دوباره همون را گرفتم و دوباره و دوباره، واون موقع بود که تصمیم گرفتم باور کنم حقیقت داره. ولی هنوز، شاید این چیز عجیبی درباره مغزبوده باشه و هیچ کس دیگه ای شبیه اون رو در اونجانداشته باشه، پس برای اطمینان، ما افراد دیگه ای روهماسکن کردیم و فهمیدیم که تقریباً همه اون ناحیه پردازش-چهره رو دارند در یک ناحیه مشابه در مغز.
پس سئوال بعدی این بود که، این ناحیه دقیقاً چی کار می کنه؟ آیا واقعاً فقط مخصوص تشخیص چهره است؟ خب، شاید نه، درسته؟ شاید نه تنها به چهره پاسخ میده بلکه به همه بخش های بدن. شاید به همه اجزاء نوع بشر یا به هر چیز زنده یا هر چیز گرد واکنش نشون میده. تنها راهیکه میشه واقعاً مطمئن شد که اون ناحیه مخصوص تشخیص چهره است اینه که همه اون فرضیه ها را باطل کنیم. بنابراین ما چندین سال دیگه وقت گذاشتیم تا مغز افرادی رو اسکن کنیم که به انواع مختلفی تصویر نگاه می کردند، و ما نشان دادیم که اون بخش از مغز به شدت واکنش نشون میده، وقتی شما به تصویر هر نوع چهره ای نگاه می کنید، و خیلی کم واکنش نشون میده به هر تصویری که نشونتون میدن و چهره نیست، شبیه اینا.
خب پس بالاخره ما بر این مسئله پیروز شدیم که این ناحیه برای تشخیص چهره است؟ نه، هنوز نه. تصویربرداری مغز هیچوقت نمیتونه به شما بگه که آیا یه ناحیه لزوماً برای یه چیزه. با تصویربرداری مغزی فقط میشه روشن و خاموش شدن نواحی رو دید در حالیکه مردم فکرهای مختلف می کنند. برای اثبات اینکه یه بخش از مغز لزوماً برایعملکرد ذهنی خاصیه، باید حسابی باهاش درگیر بشین و ببینید چیمیشه، و معمولاً ما عادت نداریم این کار رو بکنیم. ولی یه موقعیت استثنایی پیش اومد اخیراً وقتی چندتا از همکارای من این مرد رو آزمایش کردند که مبتلا به بیماری صرع است و اینجا در تخت بیمارستانش نشون داده شده جایی که الکترودها روی سطح مغزش قرارد داده شدند برای تشخیص منشا حمله های بیماری. بعد خیلی شانسی معلوم شد که دو تا از الکترودها خیلی اتفاقی درست بالای ناحیه صورتش قرار گرفته. پس با رضایت بیمار، دکترها ازش پرسیدند که چه اتفاقی افتاد وقتی اونها اون قسمت از مغز رو تحریکالکترونیکی می کنند. حالا، بیمار نمی دونه اون الکترودها کجا قرار دارن، و هرگز چیزی راجع به ناحیه تشخیص چهره نشنیده. خب ببینیم چه اتفاقی می افته. قراره با شرایط کنترلی شروع بشه که به طور نامحسوسی میگه "Sham" قرمز رنگ در ناحیه پایین چپ، وقتی هیچ جریانی دریافت نمیشه، و اول صحبت متخصصین اعصاب با بیمار رو میشنوید. خب با هم ببینیم. (ویدئو)
متخصص اعصاب: خب، فقط به چهره من نگاه کن و بهم بگو چه اتفاقی می افته وقتی من این کارو می کنم. خب؟
بیمار: باشه.
متخصص اعصاب: یک، دو، سه.
بیمار: هیچی.متخصص اعصاب: هیچی؟ باشه. می خواهم اینو یه بار دیگه انجام بدم. به صورت من نگاه کن. یک، دو، سه.
بیمار: شما الان شکل یه نفر دیگه شدین. چهره تون تغییر شکل داد. دماغتون عوض شده، رفته به سمت چپ. تقریباً شکل کسی شدین که من قبلاً دیدمش، ولی یه نفر دیگه. اون یه سفر بود. (خنده حضار)
نانسی کانویشر: خب این آزمایش-- (خنده حضار)-- این آزمایش بالاخره مسئله رو حل کرد که این ناحیه مغز نه تنها به طور انتخابی به چهره ها پاسخ می دهد بلکه اتفاقاً درگیر تشخیص چهره نیز هست. پس من همه جزییات رو بررسی کردم درباره ناحیه صورت که به شما نشون بدم چقدر طول کشید که واقعاً ثابت بشه که یه بخشی از مغز به طور انتخابی درگیر فرآیند خاص مغزی است. در ادامه، می خوام با سرعت بیشتری درباره بقیه بخش های خاص مغز صحبت کنم که من و بقیه فهمیدیم. برای این کار، من زمان زیادی را طی ماه گذشته درون اسکنر صرف کردم تا بتونم این چیزها را در مغزم به شما نشون بدم.
پس بیایید شروع کنیم. این نیمکره راست مغز من است. پس اینجوری جهت یابی شد.شما اینطوری به مغزمن نگاه میکنید. فرض کنید اسکلت نیست و به سطح مغزاین گونه نگاه می کنید. خب، حالا همون طور که می بینید، همه سطح مغز پیچیده شده است. خب خوب نیست، شاید چیزی اونجا پنهان باشه ما میخواهیم همه چیز را ببینیم. پس بذارید بادش کنیم تا بشه همه چیز را دید. بعد، بذارید دنبال ناحیه چهره بگردیم که درباره اش صحبت کردم که به تصویرهایی شکل این پاسخ میدن. پس بذارین مغز را برگردونیم و به درون سطح از پایین نگاه کنیم، و اون اونجاست، اون ناحیه چهره منه. درست سمت راست اون یه ناحیه دیگه است که به رنگ ارغوانی نشون داده شده که وقتی داده های رنگ را پردازش می کنید پاسخ میده، و نزدیک اون ناحیه ها، ناحیه های دیگری است که درگیر تشخیص مکان ها هستند، مثلاً همین الان، من دارم چیدمان فضای اطرافم را می بینم و این ناحیه های سبزرنگ اونجا واقعاً فعال هستند. یکی دیگه بیرون، روی سطح بیرونی دوباره که چندتا ناحیه چهره دیگه هست. هم چنین در این نزدیکی ناحیه ایه هستش که به طور انتخابی درگیر پردازش حرکت تصویری است، مثل اون نقاط متحرک اینجا، و اون زردرنگه در پایین مغز، و نزدیک ناحیه ای که پاسخ میده وقتی شما به تصاویر بدن و اعضا بدن نگاه می کنید مثل اینا، و اون ناحیه به رنگ سبز لیمویی در پایین مغزه.
حالا همه این نواحی که تا حالا به شما نشون دادم درگیر ویژگی های خاصی از درک تصویری هستند. آیا ما هم چنین بخش های خاص مغزی برای حس های دیگه، مثل شنوایی داریم؟ بله، داریم. پس اگه یه کم مغز را بگردونیم، اینجا ناحیه ای به رنگ سورمه ای است که ما همین چند ماه پیش گزارش دادیم، و این ناحیه قویاً پاسخ میده وقتی شما صداهای تک فرکانس می شنوید، مثل اینا. (صدای آژیر) (صدای ویولن سل) (صدای زنگ در) در مقابل، اون ناحیه قویاً پاسخ نمیده وقتی شما صداهای کاملاً آشنایی می شنوید که یک فرکانس واضح ندارند، مثل اینا. (جویدن) (طبل) (سیفون دستشویی)
خب، بعد از ناحیه فرکانس یک مجموعه ناحیه دیگه هست که به طور انتخابی پاسخ میدن وقتی صدای صحبت را می شنوید.
خب، حالا به این ناحیه ها نگاه کنید. در نیمکره چپ من، ساختار مشابهی وجود داره-- نه یکسان، ولی شبیه-- و بیشتر ناحیه های شبیه اینجا هستند، گرچه گاهی اندازه شون فرق می کنه.
حالا،هر چیزی که تا حالا بهتون نشون دادم ناحیه هایی هستند که درگیر ویژگی های متفاوت ادراک، دیدار و شنیدار هستند. آیا ما بخش های خاص ذهنی برای خیال داریم، فرآیندهای ذهنی پیچیده؟ بله، داریم. اینجا به رنگ صورتی ناحیه های زبان من هستند. خب برای مدت طولانی می دونستیم که عموم ناحیه های مغز درگیر پردازش زبان هست، ولی ما اخیراً نشون دادیم که این ناحیه های صورتی بهش خیلی انتخابی پاسخ میدن. اونا پاسخ میدن وقتی که معنای یه جمله را می فهمید، ولی نه وقتی که بقیه کارهای ذهنی پیچیده راانجام میدین، مثل محاسبات ذهنی یا نگه داشتن اطلاعات در حافظه یا تحسین یک ساختار پیچیده در یک قطعه موسیقی.
پیچیده ترین بخشی که اخیراً یافتیم اینجا، این ناحیه فیروزه ای رنگ است. این ناحیه پاسخ میده وقتی شما راجع به این که یه نفر دیگه به چی فکر می کنه، فکر می کنید. خب اون دیوانه کننده به نظر میاد، ولی واقعاً، ما آدما همیشه این کار رامی کنیم. شما وقتی این کار را می کنید که بفهمید شریک زندگیتون قراره نگران بشه اگه به خونه زنگ نزدید که بگین دیر می رسین. من الان با ناحیه مغزم همین کار را می کنم وقتی حس می کنم که شماها احتمالاً الان ذهنتون درگیر اون ناحیه خاکستری مغز، ناحیه جدول بندی نشده در مغزه، و چه اتفاقی برای اون افتاده؟
خب، من هم ذهنم درگیر اون بوده، و الان درحال انجام آزمایشاتی در آزمایشگاهم هستیم، و تلاش برای یافتن یه تعدادی از بقیه ناحیه های اختصاصی ممکن مغز برای عملکردهای خاص مغزی. ولی مهمه که فکر نمی کنم ما بخش های اختصاصی در مغزمون برای هر عملکرد ذهنی مهم نداریم، حتی عملکردهای ذهنی که برای زندگی حیاتی اند. در واقع، چند سال قبل، دانشمندی در آزمایشگاهم بود که متقاعد شده بود که یک ناحیه مغزی پیدا کرده برای تشخیص غذا، و اون قویاً در اسکنر پاسخ میداد وقتی مردم به تصویرهایی مثل این نگاه می کردن. و بعد، اون پاسخ مشابهی پیدا کرد در تقریباً همون مکان در هر ۱۰ تا از ۱۲ سوژه. اون حسابی هیجان زده شده بود، و تو آزمایشگاه قدم می زد و به هر کی که میدید، میگفت میخواد بره "اپرا" با این کشف بزرگش. ولی بعد آزمایش بحرانی را انجام داد: اون به سوژه ها تصاویری از غذا شبیه این نشون داد و اونها را با تصاویری خیلی شبیه مقایسه کرد از نظر رنگ و شکل، ولی اونا غذا نبودند، مثل اینا. و اون ناحیه همون طوری پاسخ داد به هر دو مجموعه تصاویر. پس اون یه ناحیه غذا نبود، اون ناحیه ای بود که رنگ ها و شکل ها رو دوست داشت. خیلی زیاد بود برای "اپرا".
ولی در نهایت سئوال اینه، ما چطوری همه این چیزهایی را پردازش می کنیم که ناحیه مغزی اختصاصی براش نداریم؟ خب، فکر میکنم پاسخ اینه که علاوه بر این ناحیه های به شدت اختصاصی که شرح دادم، ما همچنین یه عالمه بخش همه کاره در سرهامون داریم که ما را قادر می سازد که عهده دار هر مسئله ای شویم که پیش میاد. در واقع، ما اخیراً نشون دادیم که این ناحیه های سفیدرنگ اینجا هر زمانی که یک فعالیت ذهنی دشوار انجام می دهید پاسخ میده-- خب، از بین هفت تایی که ما تست کردیم. پس هر کدوم از ناحیه های مغز که توضیح دادمشون امروز برای شما تقریباً در همون مکان در هر سوژه نرمال حضور داره. می تونم هر کدوم از شما رو بردارم، بگذارمتون در اسکنر، و همه اون ناحیه ها را در مغزتون پیدا کنم، و اون شبیه مغز من خواهد بود، اگرچه ناحیه ها کمی متفاوت خواهند بود در مکان دقیق و اندازه شون.
چیزی که درباره این کار برای من مهمه مکان خاص این نواحی مغز نیست، بلکه واقعیت ساده ای است که ما اجزا خاص انتخابی در مغز و ذهنمون داریم در نگاه اول. منظورم اینه که، می تونست جور دیگه ای باشه. مغز می تونست یک واحد پردازشگر همه منظوره باشه، بیشتر شبیه چاقوی آشپزخانه تا چاقوی ارتشی سوئیسی. در عوض، اونچه که تصویربرداری مغزی به ما داد این تصویر جالب و گرانبها از مغز انسان است. پس ما این تصویر ساختار همه کاره را توی کله هامون داریم علاوه بر این آرایه شگفت انگیز از بخش های خیلی اختصاصی.
روزهای اول این امر خطیره. ما تازه اولین ضربه های قلمو را نقاشی کرده ایم از پرتره عصبی مان از مغز انسان. بنیادی ترین سئوالات بی پاسخ مانده اند. مثلاً، هر کدوم از این ناحیه ها دقیقاً چی کار می کنند؟ چرا به سه ناحیه تشخیص چهره نیاز داریم و سه ناحیه مکان، و نسبت تقسیم وظایف بین اون ها چطوریه؟ ثانیاً، چطوری همه این چیزها در مغز به هم متصل شده اند؟ با تصویربرداری شکافت، شما می تونید دسته های عصبی را تعقیب کنید که به بخش های مختلف مغز متصل هستند، و با این روش که اینجا نشون داده شده، می تونید اتصالات نورون های جدا در مغز راتعقیب کنید، بطور بالقوه روزی به ما یک دیاگرام سیم کشی از همه مغز انسان میده. ثالثاً، چطور همه این ساختار سیستماتیک ساخته میشن، هم در رشد و توسعه دوران کودکی و هم در تکامل انواع ما؟ برای پاسخ دادن به این سئوالات، دانشمندان در حال اسکن کردن انواع دیگر موجودات هستند، و هم چنین در حال اسکن کردن نوزادان انسان.
بسیاری از مردم هزینه بالای تحقیقات دانش عصب شناختی را تصدیق می کنند با اشاره به اینکه ممکنه روزی به ما برای درمان اختلالات مغزی مثل آلزایمر و اوتیسم کمک کنه. این یک هدف مهم بزرگ است، و من خوشحال میشم اگر هر بخشی از کار من به اون تخصیص یابد، ولی تعمیر چیزهای خراب در دنیا تنها چیزی نیست که ارزش انجام دادن داره. تلاش برای فهم مغز و ذهن انسان ارزشمنده، حتی اگر هرگز به درمان حتی یک بیماری منجر نشه. چه چیزی می تونه شعف انگیزتر از این باشه که مکانیسم بنیادین مغز را بفهمیم که زیربنای تجربه بشر، برای فهم، در اصل، این باشه که ما کی هستیم؟ این، من فکر می کنم، بزرگترین پرسش علمی در همه اعصار بوده.
(تشویق)