نقشه فضایی در مغز: هیپوکامپ و سلولهای شبکه ای

نحوه‌ای که حیوانات راهشان را پیدا می‌کنند سرنخ‌هایی درباره‌ی نحوه‌ی شکل‌گیری، ذخیره‌سازی و بازیابی خاطرات در مغز فراهم می‌کند. یکی از دانشمندان نوروساینس به نام John O’Keefe نقشه‌های شناختی را در دهه‌ی ۱۹۷۰ کشف کرد. او با پژوهش‌های خود توانست بالاخره در ۲۰۱۴ جایزه‌ی نوبل را به خود اختصاص دهد. John O’Keefe در ابتدا به دنبال نقشه‌های مغزی نبود. زمانی که او تازه از دانشگاه مک‌گیل کانادا به دانشگاه کالج لندن رسیده بود به مباحث مرتبط با حافظه علاقه‌مند بود. به طور خاص او به دنبال درک کارهای ویلیام بیچر اسکویل، جراح اعصاب، و برندا میلنر عصب‌روانشناس بود.

آنها توانسته بودند سرنخ‌هایی درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری و ذخیره‌سازی خاطرات در مغز پیدا کنند. اسکویل و میلنر روی یکی از بیمارانی که به خاطر بیماری صرع تحت درمان جراحی عصبی قرار گرفته بود بررسی‌هایی انجام دادند؛ این بیمار که به عنوان HM شناخته می‌شود در نتیجه‌ی این جراحی دچار آمنزیا شد. اسکویل و میلنر به این نتیجه رسیدند که آمنزیای او به خاطر صدمه‌ی وارد شده به هیپوکامپ است. این ایده که هیپوکامپ ممکن است با حافظه در ارتباط باشد دانشمندان مغز را شگفت‌زده کرده بود، زیرا آنها را به این نتیجه رسانده بود که حافظه فقط یک مکان مشخص در مغز ندارد.

به نقل از روان حامی تلاش‌های قبلی برای مشخص‌سازی مکان ذخیره‌ شدن خاطرات در مغز با شکست مواجهه شده بود. در اوایل قرن بستم، یک فیزیولوژیست روسی به نام ایون پاولف که یادگیری در سگ‌ها را مطالعه می‌کرد مطرح کرد که حافظه دربرگیرنده‌ی شبکه‌ی پیچیده‌ای از تداعی‌ها بین بازنمایی‌های ذهنی در مغز حیوانات است. ایده‌ی خلاقانه‌ی پاولف برای دهه‌های متمادی، باعث شد که یادگیری رفتارهای پیچیده توسط تداعی ساده‌ی بین محرک و پاسخ تبیین شود. او خودش توانست در سگ‌ها بین صدای زنگ و غذا تداعی ایجاد کند.

اگر بخواهیم کار پاولف را به زبان نوروساینس ترجمه کنیم به این صورت می‌شود: شکل‌گیری ارتباط بین نورونهایی که توسط صدای زنگ فعال می‌شود، که ما آن را بازنمایی زنگ می‌نامیم، و نورونهایی که توسط غذا برانگیخته می‌شوند. ایده‌ی پاولف زمانی که یک روانشناس کانادایی به نام دونالد هب مطرح کرد که خاطرات توسط تغییر ارتباط‌های بین نورونها در مغز ایجاد می‌شود تقویت شد. به نظر دونالد هب تغییر در ارتباطهای بین نورونها، ارتباط‌های آینده‌ی آنها با یکدیگر را آسان‌تر می‌سازد. این ایده‌ی ساده همچنان عمیق و تأثیرگذار است. با پیروی از قانون هب، با فعالیت همزمان نورون‌های متربط با زنگ و نورونهای متربط با غذا باعث می‌شود ارتباط بین آنها نیرومندتر می‌شود به طوریکه دفعه‌ی بعدی که حیوان صدای زنگ را می‌شنود، نورونهای غذا آسان‌تر و سریع‌تر فعال می‌شوند: بازیابی خاطرات در عمل.

دانشمندان نوروساینس می‌خواهند بدانند که در فیزویولوژی مغز چه اتفاقی رخ می‌دهد. زمانی که یک بازنمایی برانگیخته می‌شود، به عنوان مثال برای یادآوری یک خاطره، نورونها واقعا چه کاری انجام می‌دهند؟ مغز فقط یک تکه‌ گوشت و خون است اما خاطرات شبیه پخش یک فیلم است خیلی تصویری و پویا. وقتی ما فکر می‌کنیم یا در حال یادآوری چیزی هستیم قطعاً فیلم‌های کوچکی در مغز ما به نمایش در نمی‌آید؛ بنابراین مغز چگونه کار می‌کند و در کجای مغز این اتفاق رخ می‌دهد؟

پاسخ به این سؤالاتی از این قبیل حکم یک جام مقدس را برای روانشناسان و دانمشندان نوروساینس دارد. کارل لشلی روانشناس آمریکایی یکی از پیشگامان اولیه‌ی تحقیق در این حوزه است. او از رویکرد پاولف برای مطالعه یادگیری‌های خیلی ساده تحت شرایط فوق‌العاده کنترل شده پیروی کرد. او این فرضیه را مطرح کرد که اگر یک حیوان یک تداعی جدید را بیاموزد، این امکان وجود دارد که منطقه‌ی آن تداعی را در مغز توسط صدمه وارد کردن نقاط مشخصی پیدا کرد؛ زیرا بعد از صدمه دیدن آن قسمت حیوان به صورت ناگهانی آنچه را آموخته است فراموش می‌کند. تلاش‌های او در زمینه کاملاً شکست خورد و در ۱۹۵۰ نتیجه‌گیری‌های خود را با دلسردی به صورت جوک مطرح کرد: گاهی اوقات احساس می‌کنم که هیچ بازنگری از شواهد مرتبط با مکان‌یابی حافظه به دست نیاورده‌ام و نتیجه‌ای که ضرورتاً به دست می‌آید این است که یادگیری امکان‌پذیر نیست. دانشمندان به این موضوع که حافظه در یک مطقه قرار دارد شک کردند. شاید در عوض، حافظه در مناطق مختلف مغزی توزیع شده باشد. این دیدگاه در مورد حافظه تا سال ۱۹۵۷، یعنی زمانی که اسکویل و میلنر مطالعات خود درباره‌ی HM را منتشر کردند مورد بررسی مجدد قرار نگرفت. آنها نشان دادند که حداقل در یک نفر حافظه در یک مکان مشخص از مغز وجود دارد: هیپوکامپ. آسیب به هیپوکامپ باعث مشکلات جدی در حافظه می‌شود.

نورونهای موجود در هیپوکامپ محیط حیوان را در خود ذخیره می‌کنند؛ زمانی که حیوان به مکان خاصی می‌رود نورونهای هیپوکامپ آن مکان را به خاطر می‌سپارند.

هیپوکامپ یکی از مناطقی است که نقشه شناختی در آن ذخیره می شود.

آیا ممکن است هیپوکامپ یک اندام حافظه باشد که در عمق مغز قرار دارد؟ این سوالی بود که باعث شد O’Keefe تلاش کند شلیک نورونهای هیوکامپ را به منظور مشاهده شکل‌گیری خاطرات بررسی کند. این کار ساده‌ای نبود. نورونها با گفتگو بین خودشان یعنی از طریق تکانه‌های عصبی و پتانسیل‌های عمل کارهایشان را انجام می‌دهند. هر نورونی تکانه‌هایی را که توسط نورونهای دیگر به او فرستاده می‌شود دریافت می‌کند و اگر این پیامها به اندازه‌ی کافی دریافت شود آن نورون نیز تکانه‌ی خاص خود را تولید می‌کند. O’Keefe و یکی از دانشجویانش به نام Jonathan Dostrovsky آزمایش‌هایی را با موش‌ها انجام دادند. آنها در نتیجه‌ی این آزمایش‌ها توانستند به کشف قابل ملاحظه‌ای دست پیدا کنند. بعضی از نورونها در هیپوکامپ، زمانی که موش در مکان مشخصی از محیط اطرافش قدم می‌زند فعال می‌شوند. O’Keefe نام این نورونها را «سول‌های مکان» گذاشت.

به جای حافظه، به نظر می‌رسد که O’Keefe اتفاقاً به یک نقشه در مغز برخورده بود و در ۱۹۸۷ در مقاله «هیپوکامپ به عنوان نقشه‌ی شناختی» به همراه یک عصب‌روانشناس دیگر به نام لین نادل Lynn Nadel آن را منتشر کرد. ایده‌ی اساسی آن این بود که نورونهای هیپوکامپ یک حافظه از محیط حیوان می‌سازد به گونه‌ای که اگر حیوان وارد محیط خاصی شود، نورونهایی که آن محیط را بازنمایی می‌کنند فعال می‌شوند. با وجود این، ایده‌ی وجود یک نقشه در هیپوکامپ مورد پذیریش همگانی قرار نگرفت و مباحثات زیادی را به راه انداخت. در واقع این یاده که مغز می‌تواند یک نقشه در خود ذخیره کند خیلی قبل‌تر از O’Keefe مطرح شده بود. ادوارد تولمن نیز در ۱۹۴۸ بر اساس مطالعاتی که درباره‌ی پیدا کردن مسیر ماز در موش‌ها انجام داده بود چنین ایده‌ای را مطرح کرده بود.

کارهای تولمن در حیطه‌ی رفتارگرایی قرار می‌گیرد یعنی همان مسیری که ایوان پاولف آن را آغاز کرده بود. ایده‌ی پاولف مبنی بر اینکه تمام انواع یادگیری توسط شکل‌گیری تداعی بین بازنمایی‌ها صورت می‌گیرد در عین سادگی بسیار قدرتمند است و امروزه هنوز مورد پذیرش است. با وجود این برای قرن‌ها این اندیشه‌ی متضاد وجود «بازنمایی شناختی» مورد پذیرش قرار نگرفته بود. در واقع روانشناسان در برابر نسبت دادن رفتار به این فرآیندهای درونی ناآشکار که به عنوان فکر یا تصور در نظر گرفته می‌شوند مقاومت می‌کردند. در عوض رفتارگراها یادگیری را به عنوان ارتباط برقرار کردن بین مجموعه‌ای از تداعی‌های ساده در نظر می‌گرفتند به عنوان مثال «اگر من به سمت چپ بچرخم اتفاق خوبی خواهد افتاد.

اما تولمن کشف کرد که موش‌ها قادرند کارهایی را در ماز انجام انجام دهند که بر اساس نظریه رفتارگرایی نباید بتوانند آن کارها را انجام دهند. آنها می‌توانستند مسیرهای میان‌بر و انحرافی را کشف کنند حتی اگر در مورد آنها قبلاً چیزی یاد نگرفته باشند. آنها چطور می‌توانند این کار را انجام دهند؟ تولمن مطرح کرد که باید حیوانات چیزی در مغز خود مانند یک نقشه داشته باشند که آن را نقشه‌ی شناختی نامید. این نقشه‌ی شناختی به آنها کمک می‌کند. اما رفتارگراها به این ایده شکاک بودند. چند سال بعد درحالیکه O’Keefeو Nadel در حال بررسی جزیئات ایده خود مبنی بر اینکه هیپوکامپ احتمالاً همان نقشه شناختی تولمن است هنوز دانشمندان نسبت به آن شکاک بودند.

اما آزمایش‌ها و بررسی‌ها توسط دانشمندان نوروساینس و روانشناس ادامه پیدا کرد و در نتیجه‌ی این تلاش‌ها ما می‌دانیم که هیپوکامپ هم یک سیستم حافظه و یک نقشه شناختی است. یکی از اکتشاف‌های که توسط دانشمندان صورت گرفت کشف سلول‌های شبکه‌ای در ۲۰۰۵ بود. هنوز بعد از یک دهه از کشف این سلولها به طور دقیق نمی‌دانیم که نقش آنها چست اما می‌دانیم که آنها در مکان‌یابی نقش عمده‌ای دارند. وجود آنها در کنار ساختارهای دیگر مغز مانند هیپوکامپ اطلاعات مرتبط با فضا (مکان) را جمع‌آوری می‌کند و از این طریق یک نقشه‌ی واقعی در مغز شکل می‌گیرد. به گزارش لایو ساینس این سلول‌ها مانند یک جی پی اس درونی عمل می‌کنند، و ممکن است نقشی در حافظه هم داشته باشند.

اکتشاف سلول‌های شبکه‌ای نظر O’Keefe درباره‌ی نقشه‌ی شناختی را تأیید می‌کند. تمام این جریانات باعث شد که در ۲۰۱۴ O’Keefe و Mosers جایزه نوبل فیزیولوژی را به خاطر اکتشاف سلول‌هایی که در سیستم موقعیت‌یابی مغز نقش دارند دریافت کنند.

مقاله مرتبط: آدلر با «نیروی خلاق خود» از شر جبرگرایی خلاص شد

ترجمه و تلخیص: حمید بهرامی‌زاده