رمزگشایی فضا و زمان در مغز انسان



« انیشتین نابغه ای می باشد که فضا و زمان را که اجزا به خود متکی و مستقل بودند را به صورت وابسته در یک معادله ریاضی مطرح کرد که همان نسبیت می باشد.» این نقل قولی از هرمان مینکوفسکی (ریاضی فیزیکدان آلمانی که نظریه نسبیت انیشتین را به صورت هندسی حل کرد) در سال ۱۹۰۶ است که مجذوب نظریه نسبیت خاص که به تازگی توسط آلبرت انیشتین در آن زمان منتشر شده، بود. مینکوفسکی در عوض فضایی چهار بعدی ابداع کرد و آن را فضا-زمان نامید.

بزرگترین قدم در راستای شناخت این نوع ادراک انسانی از فضا می باشد

زمانی که این ایده ی انیشتین مقبول عامه مردم و قشر دانشگاهی شده بود، تعداد کمی از مردم آگاه به این موضوع بودند که انقلاب هایی علیه فضا و زمان در رشته های دیگر مانند روانشناسی تجربی و عصب شناسی در حال شکل گیری است. شناخت ِ درک فضایی ذهن مطالعه در مورد این می باشد که ذهن چگونه ساختارها، فعل و انفعالات و فضای فیزیکی را درک می کند، این یکی از علاقه مندی های فیلسوفان و دانشمندان از گذشته تاکنون و همینطور بزرگترین قدم در راستای شناخت این نوع ادراک انسانی از فضا می باشد که در مقاله انتقادی امانوئل کانت با عنوان عقل محض بیان می شود که نگرش جدید ما را شکل می بخشد، کانت استدلال می کند چیزی که ما آنرا به عنوان فضا می شناسیم بخشی از ویژگی ذهنمان است که مربوط به آینده می باشد و چارچوبی برای فهم طبیعت اشیاء، ما در اصل بخشی از چیزی که در اشیاء وجود دارد را مشاهده می کنیم.

زمانی که فیلسوفان مشغول به بحث و اظهار نظر پیرامون نظر کانت در مورد ادراک ما از فضا بودند، در واقع کمک کردند به تحقیقات غیر علمی در مورد اینکه ذهن ما چگونه فضایی را که درک می کنیم می سازد؛ بخشی از اینکه چگونه این اتفاق افتاده است توسط ادوارد تولمن روانشناس آمریکایی در سال ۱۹۴۸ ارائه شد. تولمن بیشتر علاقمند به تحقیق پیرامون رفتار موش ها در قرار گرفتن در فضاهای مارپیچ بود، او می خواست بداند که موش ها صرفا به وسیله مکانیسم های رفتاری مسیرها را شناسایی می کنند یا اینکه توانایی مسیریابی آنها بر اساس مراحل شناختی می باشد، تولمن متوجه شد که موش ها به صورت ذاتی می توانند مسیرشان را در مارپیچی که قبلا در آن نبوده اند بیابند، او پیشنهاد کرد که موش ها به صورت خود آگاه و ذاتی تصویری در ذهن خود از مارپیچی که هرگز در آن نبوده اند می سازند و این به آنها اجازه می دهد تا با برنامه ریزی به مقصد مد نظرشان برسند.

تولمن این تصویرسازی ذهنی موش ها از مسیر را “نقشه شناختی” نامید و فرضیه ای بر این اساس ارائه نمود که انسان ها و موش ها که از گونه پستانداران هستند این ویژگی ذاتی را دارند تا از محیط اطراف خود تصویری ذهنی بسازند و براساس آن مسیریابی کنند. ایده “نقشه شناختی” در سال ۱۹۶۰ توسط روانشناسان شناختی رشد یافت و به صورت گسترده منتشر شد. تولمن به شخصه زحمت فراوانی متحمل گشت تا “نقشه شناختی” را شکل دهی و گسترش دهد. این موضوع که تفاوت “نقشه شناختی” با دیگر ظرفیت های مسیریابی و شناخت فضایی در انسان در چیست هنوز مشخص نیست و آیا دانشمندان خواهند دریافت که “نقشه شناختی” بر اساس سیستم عصبی می باشد یا خیر؟!

جان اوکیف و همکارانش در کتابی تحت عنوان “هیپوکامپوس” (دم اسب، که در رشته عصب شناسی به بخشی از مغز که قسمت های مختلف حافظه را شامل می شود اطلاق می گردد) این سوالات و مسئله “نقشه شناختی” را به صورت ماهرانه ای توضیح می دهند، جان اوکیف و لین نادل فرضیه ای را مطرح کردند که می گوید: تجمع خاصی از اعصاب در هیپوکامپوس مسئول رمزگشایی از محل قرارگیری پستانداران در فضا می باشد. این گروه از اعصاب با تغییر جایگاه سلول ها و استفاده مستقیم از هیپوکامپوس در موش ها برای مسیریابی وقتی موش ها به نقطه ای خاص از محیط می رسند سوخت و ساز افزایش می یابد. بعد از چند بار تکرار مسیر موش ها خود را با محیط تطبیق می دهند و مسیر درست را تشخیص می دهند. اوکیف و نادل معتقدند که این سلول های مکانی اساس اعصاب “نقشه شناختی” هستند، تحقیقاتی که در سال های اخیر روی بیماران صرعی صورت گرفته است آشکار ساخته که محل سلول های مکانی در انسان ها هم همان هیپوکامپوس میباشد، اطلاعاتی از این قبیل به طور مشابه در مطالعات دیگر بر روی پستانداران نیز ثبت گردیده است.

سلول های مکانی به صورت خود به خود ظاهر می شوند تا موقعیت های داخل محیط را نشان دهند

سلول های مکانی به صورت خود به خود ظاهر می شوند تا موقعیت های داخل محیط را نشان دهند، به هر حال با توجه به قابلیت انعطاف پذیری آنها در تغییر موقعیت ناشی از دستکاری های محیط این موضوع کاملا روشن نیست که آیا آنها این توانایی را هم دارند، که اگر چیزی را که ما به عنوان چارچوب فضا می شناسیم، تغییر دهیم می توانند با آن هم سازگار شوند! گروه دومی از سلول ها که برای اولین بار توسط زن و شوهری که به عنوان یک تیم باهم کار می کردند و دانشجویانشان کشف شد می تواند پاسخ این مسئله باشد، این سلول ها، سلول های شبکه نام دارند و به شکل یک شبکه شش ضلعی دیده می شوند، این سلول های شبکه ای که تحت مشاهدات دقیق و منظم قرار داشتند بر خلاف سلول های مکانی به نظر نمی رسید که از ویژگی های محیطی و یا هر اطلاعات دیگری که از محیط دریافت می کند مشتق شده باشند.

در عوض این نوع اعصاب به نظر می رسد که فضا را در داخل مغز کدبندی می کنند و محیط بیرون را بر این اساس شکل می دهند، و در واقع همان پیش بینی کانت است. موضوع جالب توجه این می باشد که سلول های شبکه برای اولین بار در ناحیه ای از مغز به نام قشر آنترورینال مشاهده شدند که این منطقه ورودی اعصاب به هیپوکامپوس می باشد، که نشان می دهد سلول های شبکه ای یک منبع از چارچوب فضایی را ایجاد می کنند که نقشه شناختی براساس آن شکل می گیرد.

حال می رسیم به مفهوم زمان برای مغز که مفهومی پیچیده تر برای روانشناسان و عصب شناسان می باشد. با وجود دهه ها تحقیق پیرامون مفهوم زمان در مغز تنها دو مورد برای ما روشن است یک: اینکه چگونه حوادثی که با هم تداخل دارند به قسمت های مجزا تقسیم می شوند و دوم: اینکه چگونه این قسمت های مختلف در یک چارچوب زمانی مرتب سازی می شوند. از سال ۱۹۷۰ تاکنون تنها فرضیه این می باشد که هیپوکامپوس نقشه کلیدی ای برای جداسازی الگوهای خاطراتی به قسمت های به خود متکی که حجم “سیستم قسمت بندی حافظه” ما را اشغال می کند، دارد. بخش عظم این فرضیه از مطالعات عصب شناسی برروی ضایعات مغزی در قسمت هیپوکامپوس نشأت می گیرد که این ضایعات مغز باعث از دست دادن توانایی جداسازی و تکمیل الگوها می شود، بخش دیگری از مطالعات هم از محاسبات و مدل های کامپیوتری بدست آمده که چگونه “سیستم قسمت بندی حافظه” عمل می کند.

براساس شواهد به دست آمده از مطالعات انجام شده در سال ۲۰۰۰ نشان داده شد که هم در انسان و هم حیوانات هیپوکامپوس نقش مهمی در جداسازی و ترتیب بندی قسمت های تجربه دارد. با استفاده از آرایه ای از روش های تجربی، محققان دریافتند که هیپوکامپوس برای رمزگذاری محرک های عصبی بسیار مهم می باشد و آن بیان کننده الگوهای منحصر به فرد از فعالیت های همزمان می باشد. مدل دوم از این جهت حائز اهمیت است که آنرا تقابلی با مدل مکان سلولی در رابطه با عملکرد هیپوکامپوس در طول مسیریابی می توان دانست، در چنین مدلی انتظار ما این است که فعالیت هیپوکامپوس سازگار با تداخل  ِ مسیرها باشد، به عنوان مکان فیزیکی یک شخص، این هم بخشی از محیط میباشد. این نشان می دهد هیپوکامپوس وظیفه ای بیشتر از یک طرح بندی ساده برای محیط دارد. موفقیت بزرگی نصیب هاوارد ایکنبام و همکارانش در دانشگاه بوستن برای بدست آوردن اطلاعات بیشتر راجع به هیپوکامپوس شد.

هیپوکامپوس برای رمزگذاری محرک های عصبی بسیار مهم می باشد

همچنین در مقاله ای که سال ۲۰۱۱ منتشر شد، نویسندگان مجموعۀ دیگری از اعصاب را در هیپوکامپوس یافتند و آنها را “سلول های زمانی” نامیدند. براساس مجموعه ای از مطالعات صورت گرفته بر روی موش ها، دانشمندان دریافتند که سلول های زمانی می توانند حوادث پی در پی را کدبندی کنند.

اگر این را به انسان تعمیم دهیم، این یافته مهمترین سند برای فهم عملکرد هیپوکامپوس خواهد بود، کاربردهایی مانند، حافظه قسمت بندی شده، مسیریابی و تخیل. مخصوصا نشان می دهد که هیپوکامپوس قادر است تا عملکرد خود را به صورت کدهای زمانی یا مکانی سازگار کرده و بسته به شرایط یکی از این کدها را استفاده کند.

اتصال فضا و زمان در مغزمان و اینکه تجربیات و خاطرات ما از فضاها و زمان ها به وسیله اعصاب مشترک به هم وابسته است، می تواند بنیادی ترین سوال را طرح کند: آیا زمان و مکان واقعا در ذهن ما به صورت مجزا میباشند و یا محصول ِ مشترک اعصاب ما برای فهم جهان هستند؟

با اینکه کانت نظرها و حرف های بسیاری در مورد فضا و زمان دارد، محققان عصب شناسی امروزه با ادغام نظریه ها می خواهند به این سوالات، پاسخ دهند. پیشنهادی که دو دانشمند به نام های دمیس حسبیس و النور مگوایر می دهند این است که عملکرد ابتدایی هیپوکامپوس مربوط به تصویرسازی از آینده و یا گذشته نمی باشد.

در عوض هیپوکامپوس از طریق همکاری با شبکه ای بزرگتر که در سراسر مغز ما گسترش یافته است به ما این اجازه را می دهد تا با توجه به آنچه در گذشته اتفاق افتاده است، برای اتفاقات وابسته به فضا-زمان در آینده پیش بینی هایی انجام دهیم و یا برای اتفاقات زمان حال از خود واکنش نشان دهیم.

هر چند این نظرات در مورد فضا و زمان از دانشمندان در طول دهه ها باقی مانده است اما اختلافاتی در مورد مفهوم فضا و زمان وجود دارد به عنوان مثال همه ما فضا را استوار و غیر قابل تغییر می دانیم در صورتی که زمان گاهی اوقات برایمان طولانی و گاهی کوتاه می شود. هر چند امروزه نظر درست مشخص می باشد اما ممکن است با گذشت سال ها و تغییر دیدگاه ما نسبت به فضا و زمان و سرانجام این دو تغییر یابد.

منبع : scientificamerican.com - bigbangpage.com