در مسیر رفتن به محل کار هستید که ناگهان ذهنتان به سمت سخنرانیای که قرار است بعدازظهر ارائه دهید، منحرف میشود. هنگام رسیدن به دفتر، سخنرانیتان را با خودتان تمرین میکنید و خودتان را برای سوالاتی که همکارانتان ممکن است بپرسند آماده میکنید. بعداً، وقتی صندوق ورودی ایمیل خود را بررسی میکنید، در حالی که بیوقفه در حال اسکرول کردن هستید، گزینههای ناهارتان را بررسی میکنید.
اینها تنها چند نمونه از این هستند که چگونه هر عملی که در دنیای واقعی انجام میدهیم، عمل پنهان و جایگزینی را که فقط تصور انجام آن را داشتیم، با خود به همراه دارد. تلاشهای تحقیقاتی قابل توجهی برای درک چگونگی و چرایی تصمیمگیری فعال ما انجام شده است، اما شواهد جدید به ما میگویند که زمانی که در واقعیتهای جایگزین میگذرانیم، یک هدف عصبی مهم نیز دارد.
بسیاری از بخشهای مغز برای ساختن نقشههای ذهنی ما با هم کار میکنند، اما بازیگران اصلی در ناوبری فضایی عبارتند از هیپوکامپ، جایگاه حافظه در مغز، و قشر انتورینال، که در مجاورت هیپوکامپ و اطلاعات تولید شده در آنجا را به نواحی پردازش بالاتر منتقل میکند.
در اوایل سال ۱۹۴۸، پیشنهاد شد که جوندگان برای ایجاد نقشههایی به منظور پاداش در وظایف یادگیری ماز، به نشانههای محیطی متنوعی متکی هستند. با این حال، ماهیت این نقشه و سلولهایی که آن را ایجاد میکنند، همچنان یک راز باقی مانده است. سی سال بعد، محققان مشاهده کردند که سلولهای خاص هیپوکامپ در موشها، هنگامی که وارد مکانهای خاصی میشوند، بیشتر شلیک میکنند. نکته قابل توجه این است که الگوهای شلیک این شبکههای سلولی در طول زمان پایدار هستند، حتی در غیاب نشانههایی که در زمان فعالسازی اولیه آنها وجود داشته است. کشف این «سلولهای مکانی» که به صورت توصیفی نامگذاری شدهاند، راه را برای بررسی دقیقتر مبانی نوروبیولوژیکی مسیریابی هموار کرد.
وقتی سلولهای مکانی کشف شدند، عملکرد پیشنهادی آنها ایجاد یک نقشه توپوگرافی یک به یک از یک فضای مشخص بود. در مسیر از دنیای فیزیکی به مغز، بیشتر بازنماییهای حسی ما چیزی را نشان میدهند که به عنوان ... شناخته میشود. سازماندهی توپوگرافیتصور کنید که سوار ماشین خود میشوید و به سمت قسمتهای ناشناختهای حرکت میکنید. ممکن است برای هدایت خود به مقصد به ناوبری ماهوارهای، GPS یا یک نقشه کاغذی تکیه کنید. همانطور که هر نقطه روی نقشه شما با یک نقطه عطف خاص در سفر شما مطابقت دارد، سلولهای مکانی خود را به نقاط عطف خاص در محیط متصل میکنند تا شما را در فضا جهتیابی کنند.
توپوگرافی فضایی درونی ما پیچیدهتر است، به طوری که سلولهای هیپوکامپ، بازنماییهایی از محرکها، نشانهها یا پاداشهای خاص را در چارچوب نحوه رفتار حیوان در آن فضاها رمزگذاری میکنند. به عنوان مثال، تصور کنید که به فرودگاهی در یک کشور ناآشنا رسیدهاید. ممکن است دانش عمومی از مفهوم فرودگاه، همراه با نشانههای بصری آشنا، داشته باشید که شما را در این فضای جدید تثبیت میکند. برخی از این اطلاعات، بیوگرافی هستند و از خاطرات منحصر به فرد شما از فرودگاههای دیگر الهام میگیرند.
بسته به اینکه این تجربیات مثبت یا منفی بودهاند، اهمیت عاطفی این فضاها نیز به نقشه شخصی شما کمک میکند و همه این عوامل با هم ترکیب میشوند تا تجربهای از فضا ایجاد کنند که بسیار غنیتر از مجموعهای ساده از بناهای تاریخی است.
«سلولهای مکانی خود را به نشانههای خاص در محیط متصل میکنند تا شما را در فضا جهتیابی کنند.»
مطالعات جدیدتر روی نخستیسانان نشان داد که سلولهای هیپوکامپ در مغز نخستیسانان کمی متفاوت از مغز جوندگان عمل میکنند و در پاسخ به مجموعهای از محرکهای مختلف که کاملاً وابسته به مکان نیستند، شلیک میکنند. تحقیقات مداوم روی موشها، نخستیسانان و انسانها همچنین ثابت کرده است که هیپوکامپ یک بازیگر تنها نیست. قشر انتورینال وارد عمل میشود که اطلاعات حسی را به هیپوکامپ منتقل میکند و به عنوان پلی به نئوکورتکس عمل میکند، جایی که بسیاری از دستورات شناختی و حرکتی پیچیدهتر ما صادر میشوند.
محققان اخیراً شرح دادهاند که شبکهای از سلولها در قشر انتورینال به نام «سلولهای شبکهای»که حرکت شما را نسبت به محیطتان رمزگذاری میکنند و قطعهای حیاتی به پازل سلولهای مکانی در مورد استراتژیهای ناوبری گستردهتر اضافه میکنند. شبکههای شبکهای میتوانند جهت و فواصل بین اشیاء در یک فضا را بر اساس نشانههای حرکت داخلی به جای ورودی حسی از خود فضا، با دقت بیشتری ترسیم کنند. این سیستمها با هم کار میکنند تا فضاها را به صورت پویا به روشهایی که میتوانند با تجربه تغییر کنند، نمایش دهند و به طور انعطافپذیری اطلاعات جدید را در خود جای دهند، اما همچنین به این فضاها اجازه میدهند تا با گذشت زمان آشنا شوند.
اما وقتی تصویری از یک فضا در ذهن داریم، چگونه تصمیم میگیریم که چگونه با آن تعامل کنیم؟ این امر مستلزم تصمیمگیری فعال است و پاداش، سوخت تصمیمگیری است. اینجاست که ویژگیهای غیرمکانی نورونهایی که سیستمهای ناوبری ما را تشکیل میدهند، اهمیت ویژهای پیدا میکنند. محققان در مطالعات روی جوندگان دریافتند که ارزش پاداش درک شده یا اهمیت اشیاء خاص در یک محیط میتواند الگوهای شلیک سلولها را به شدت در جهت آنها تغییر دهد. بنابراین، ارزش پاداش پیشبینی شده بالاتر مرتبط با یک چرخش یا مکان مشخص در یک هزارتو، پیشبینی حرکت در آن جهتپس در مورد مسیرهای انتخاب نشده چه باید کرد؟
اخیراً، تیمی از محققان دانشگاه UCSF فعالیت سلولهای مکانی هیپوکامپ در موشها هنگام انجام وظایف ناوبری فضایی اندازهگیری شد. موشها در یک ماز قرار داده شدند و فعالیت عصبی آنها در زمان واقعی تصویربرداری شد، زیرا آنها بین مسیرهایی که در یک نقطه انتخاب از هم جدا میشدند، انتخاب میکردند. به این ترتیب، محققان توانستند الگوهای منحصر به فردی از فعالیت سلولهای مکانی را که با هر بازوی ماز مطابقت داشت، پس از اینکه موش انتخابی انجام داد و در امتداد آن حرکت کرد، تعیین کنند.
نکتهی قابل توجه این بود که وقتی موش به نقطهی انتخاب نزدیک میشد، هر یک از مجموعههای سلولهای مکانی که نمایندهی یکی از بازوهای هزارتو بودند، به سرعت و به طور متناوب فعال میشدند و قبل از انتخاب، تاس را روی یکی از آیندههای ممکن میریختند. این بدان معناست که نه تنها مسیری که حیوان در نهایت در زمان واقعی طی میکند، بلکه مسیر جایگزین احتمالی نیز به طور مساوی در فضای عصبی نمایش داده میشوند و توضیحی مکانیکی برای بازنماییهای ذهنی آینده ارائه میدهند.
«مسیرهای جایگزین ممکن، به طور مساوی در فضای عصبی نمایش داده میشوند و توضیحی مکانیکی برای بازنماییهای ذهنی آینده ارائه میدهند.»
در جوندگان، مطالعات ناوبری در مجموعههای ساده رومیزی انجام میشود که نمیتوانند پیچیدگی یک محیط واقعی را به تصویر بکشند. واقعیت مجازی به عنوان سرگرمی شخصی محبوبیت بیشتری پیدا کرده است، اما همچنین به محققان سطوح بیسابقهای از تنوع و کنترل را در تحقیقات ناوبری فضایی ارائه میدهد. گروهی در بریتانیا از یک بازی موبایل به نام Sea Hero Quest برای جمعآوری یکی از بزرگترین مجموعه دادههای مربوط به استدلال فضایی در بین گروههای سنی مختلف استفاده کردهاند.
دادههای گیمپلی نشان میدهد که استدلال فضایی ممکن است از سن ۱۹ سالگی شروع به کاهش کند، و انتخاب مسیر بازیکنان بسته به اینکه آیا آنها گونه e4 ژن APOE را که مدتهاست به عنوان یک نشانگر تشخیصی بالینی برای بیماری آلزایمر استفاده میشود، حمل میکنند یا خیر، متفاوت بود. استراتژیهای جدیدی مانند این که بازیهای ساده موبایل را به ابزارهای جمعآوری دادههای بالینی تبدیل میکنند، میتوانند درک ما را از نحوه پیشرفت بیماریهای عصبی تا حد زیادی گسترش دهند و توسعه تشخیص زودهنگام بسیار شخصیسازیشده را سرعت بخشند.
بخش زیادی از درک ما از چگونگی تفکر در مورد آینده، از مطالعه بیمارانی حاصل شده است که دیگر نمیتوانند گذشته را به یاد بیاورند. از همان روزهای اولیه علوم اعصاب، زمانی که مطالعات ضایعهشناسی اغلب آموزندهترین ابزار در دسترس ما برای یادگیری در مورد عملکرد بخشهای مختلف مغز بودند، ما دریافتهایم که هیپوکامپ برای یادآوری خاطرات ضروری است.
آسیب هیپوکامپ با فراموشی و همچنین اختلال در استدلال فضایی مرتبط است. اما چندین مطالعه برجسته نشان دادهاند که آسیب هیپوکامپ همچنین در توانایی تصور رویدادهای فرضی اختلال ایجاد میکند. به طور مداوم، بیماران مبتلا به فراموشی نه تنها در یادآوری اطلاعات بیوگرافی اخیر مشکل دارند، بلکه وقتی از آنها خواسته میشود، فقط میتوانند اظهارات کلی در مورد رویدادهای آینده زندگی خود ارائه دهند.
از دست دادن حافظه با افزایش سن رایج است، اما همانطور که بسیاری از مطالعات نشان میدهند، توانایی ما برای جهتیابی در فضا نیز با افزایش سن کاهش مییابداین نقصها در سنین پایینتری نسبت به سایر معیارهای کلی اختلال شناختی ظاهر میشوند، که نشان میدهد برخی از عملکردهای سیستم ناوبری منحصر به فرد هستند و مستقل از سایر انواع حافظه و پردازش اطلاعات در هیپوکامپ عمل میکنند.
آسیبپذیرترین ساختارها در مغز در حال پیر شدن، ساختارهایی هستند که حرکت را رمزگذاری میکنند، مانند قشر انتورینال. شلیک سلولهای مکانی هیپوکامپ نیز در موشهای مسنتر نامنظم میشود. نکته قابل توجه این است که ساختارهایی که مسئول جهتیابی ما در فضا هستند، در برابر آسیبشناسی بیماری آلزایمر نیز آسیبپذیرترین هستند و به اختلال ناوبری به عنوان یک معیار تشخیصی اولیه بالقوه برای این بیماری و سایر بیماریهای عصبی مانند بیماری پارکینسون اشاره دارند.
زندگی روزمره ما پر از تصمیمات آگاهانه و ناخودآگاه است. اما همانطور که شواهد روزافزون نشان میدهد، مغز ما به همان اندازه که میتواند در مسیرهایی که انتخاب میکند، در مسیرهایی که از آنها صرف نظر میکند، حرکت کند.
همچنان که ما در مورد روابط پیچیده بین جهتیابی فضایی، حافظه و تحلیل عصبی بیشتر یاد میگیریم، ممکن است دریابیم که زمانی که صرف تعمق در مورد آنچه میتوانست باشد، میکنیم به اندازه زمانی که به طور فعال صرف برنامهریزی میکنیم، مهم است. و در حالی که کاهش عملکرد شناختی به عنوان بخشی طبیعی از افزایش سن پذیرفته شده است، درگیر نگه داشتن این عملکردها با تمرینات ذهنی ساده مانند پازل، بازیهای کلمات یا مطالعه میتواند به حفظ این مسیرهای عصبی کمک کند. به همین ترتیب، میتوانیم سیستمهای جهتیابی خود را با ترسیم مسیرهایی در امتداد مسیرهایی که هنوز طی نکردهایم، تمرین دهیم. بنابراین دفعه بعد که متوجه شدید برای بازگرداندن ذهن خود به وظیفه مورد نظر در تلاش هستید، اجازه دهید کمی بیشتر پرسه بزند.
این مقاله در ابتدا در ظاهر شناخت نورونها
منابع:
باکنر، آر ال (۲۰۱۰). نقش هیپوکامپ در پیشبینی و تخیل. بررسی سالانه روانشناسی ۶۱، 27-48.
کافلان، جی.، کوتروت، ای.، خوندوکر، ام.، مینیهین، ای.، اسپیرز، اچ.، و هورنبرگر، ام. (۲۰۱۹). به سوی تشخیصهای شناختی شخصیسازیشده بیماری آلزایمر در معرض خطر ژنتیکی. پیانایاس ۱۱۶(19)، 9285-9292.
دیرش، ن.، و وولبرز، ت. (2019). پتانسیل واقعیت مجازی برای تحقیقات ناوبری فضایی در طول عمر بزرگسالان. مجله زیستشناسی تجربی 222، jeb187252 doi: 10.1242/jeb.187252
ایچنباوم، اچ.، دادچنکو، پی.، وود، ای.، شاپیرو، ام.، و تانیلا، اچ. (۱۹۹۹). هیپوکامپ، حافظه و سلولهای مکانی. یاخته عصبیواحد عملکردی سیستم عصبی، یک سلول عصبی که...، 23(2)، 209-226.
جیوکومو، ال. ام. (۲۰۱۵). بازنمایی فضایی: نقشههای فضای تکهتکه شده. زیستشناسی کنونی، ۲۵(9)، R362-R363.
کی، ک.، چانگ، جی.ای.، سوسا، م.، شور، جی.اس.، کارلسون، ام.پی.، لارکین، ام.سی.، لیو، دی.اف.، و فرانک، ال.ام. (۲۰۲۰). چرخهی مداوم زیر-ثانیه بین بازنماییهای آیندههای ممکن در هیپوکامپ. سلول، ۱۶۲(3)، 552-567.
لستر، ای دبلیو، موفات، اس دی، وینر، جی ام، بارنز، سی ای، و ولبرز، تی. (۲۰۱۷). سیستم ناوبری پیری. یاخته عصبی 95(5)، 1019-1035.
کتابها_علم
