دانشمندان موفق به ارایه دقیق ترین نقشه از مغز انسان شدند

تصور کنید اولین نقشه‌ای که از ایالات متحده می‌بینید یک طرح کلی از مرز بین کشورها و ایالت‌های داخلی باشد. این حالت، شبیه نقشه‌ای بود که دانشمندان بیش از ۱۰۰ سال در مورد مغز استفاده می‌کردند. خوشبختانه اکنون اوضاع تغییر کرده است.

یک گروه متشکل از محققان کشورهای مختلف، با ترکیب داده‌های استخراج شده از تعداد معدودی تکنیک تصویربرداری، موفق شده‌اند تا یکی از دقیق‌ترین نقشه‌های مربوط به ساختمان مغز را فراهم کنند. این نقشه‌ی جدید، اخیرا در ژورنال Nature به چاپ رسیده است و در آن مغز به ۱۸۰ منطقه‌ی منحصر به فرد تقسیم‌بندی شده است که ۹۷ بخش آن پیش از این هرگز شناسایی نشده بودند.

نگاهی به تصویر زیر بیاندازید:

دیوید ون اسن یکی از نویسندگان مقاله و فارغ‌التحصیل علوم اعصاب دانشکده‌ی پزشکی واشنگتن می‌گوید:

تلاش فعلی نقطه‌ی عطفی در نقشه‌برداری از مغز به حساب می‌آید. از این رو خوشحال هستیم که توانسته‌ایم آن را با جهانیان به اشتراک بگذاریم.

برای ایجاد این نقشه، صدها نفر از دانشمندان، نتایج بیش از یک قرن تحقیقات درباره‌ی مغز را با مدل‌های تشریحی بر پایه‌ی رنگ، برش کاغذ نازک از مغز جسد و اسکن‌های مدرن MRI از مغز افراد زنده ترکیب کردند. سپس اسکن‌های تهیه شده را به کامپیوتر انتقال دادند و توسط برنامه‌های هوش مصنوعی به تحلیل آن پرداختند. با گذشت زمان که هوش مصنوعی پیشرفت کرد، محققان توانستند بسیاری از مناطق مغز را که قبلا نادیده گرفته شده بودند، تشخیص دهند. از این رو احتمال آن وجود دارد که نتایج امروز بتواند در آینده به محققان کمک کند تا به شناسایی بهتر بیماری‌های مختلف مغزی از جمله آلزایمر و افسردگی بپردازند. بنابراین یافته‌ی اخیر می‌تواند یک دستاورد مربوط به آینده تلقی شود. با این حال پایه و اساس همین پژوهش امروزی هم، روش اکتشافی صدها سال قبل، یعنی نقشه‌برداری بوده است.

وقتی از منزل خارج می‌شوید تا قدم بزنید، متوجه تغییرات جنس زمین خواهید شد. در بیرون از در خروجی ،ممکن است پای شما چوب، سیمان یا ایوان را لمس کند. چند قدم بعد خود را بر روی چمن احساس می‌کنید. در چند قدم بعدی به آسفالت پارکینگ یا سیمان پیاده‌رو خواهید رسید. ممکن است در ادامه‌ی راه به یک دیوار، حصار یا هر مرز فیزیکی دیگری برخورد کنید.

محققان هم برای پیمایش مغز از رویکردی مشابه با خیابان‌گردی استفاده می‌کنند. آن‌ها مانند طبیعت‌گردان کنجکاو، وارد اعماق تو در توی قشر مغز می‌شوند و کوچک‌ترین جزئیات را ثبت می‌کنند. هر بار که به نقطه‌ای می‌رسند که نوع زمین آن تغییر کرده است، آن را به عنوان بخش مختلفی از مغز علامت‌گذاری می‌کنند.

متیو گلاسر از نویسندگان همکار این مقاله در مصاحبه با بیزینس اینسایدر می‌گوید:

ما به دنبال بخش‌هایی از نقشه بودیم که تغییراتی داشتند. از این روز در مرزبندی نواحی، تغییرات را لحاظ کردیم.

هر کدام از این بخش‌های متفاوت حاوی اطلاعات زیادی هستند. برای مثال، خارج از خانه، مشاهده‌ی یک زمین چمن، ممکن است نشانه‌ای از یک زمین فوتبال تلقی شود ضمن این که می‌تواند فضای سبزی برای گردش سگ‌ها هم باشد یا یک دیوار آجری ممکن است ساختمان یک کتابخانه باشد اما احتمال مدرسه بودن آن هم وجود دارد. بنابراین، به جای آنکه تنها بر یک ویژگی یا کیفیت تکیه شود، دانشمندان با ترکیب مطالعات متعدد ویزگی‌های مختلفی را در نظر می‌گیرند. برای مثال، اسکن‌های MRI برای اندازه‌گیری فعالیت مغز در حین انجام یک کار خاص مانند مطالعه یا تماشای فیلم صورت می‌گیرد.

ترکیب داده‌های این مطالعات نشان داد که ۹۷ منطقه از مغز، پیش از این ناشناس باقی مانده بودند. ضمن آنکه این احتمال وجود دارد که دانشمندان مطالعه‌ی خود را در این مناطق جدید عمق دهند و علل بیماری‌های مغزی و روش‌های درمان آن‌ها را پیدا کنند.

جدا از این ۹۷ منطقه‌ی جدید مغزی یا حتی "اثر انگشت مغز" که دانشمندان برای اولین بار کشف کردند، ناحیه‌ی جدیدی به نام 55B شناسایی شده است که نقشی کلیدی را در پردازش زبان بازی می‌کند. این منطقه که در قسمت میانی و بالایی مغز قرار دارد، در طول یک قرن نادیده گرفته شده است. تنها سندی که محققان در خصوص این بخش از مغز در مطالعات قبلی پیدا کردند، مقاله‌ی یک آناتومیست آلمانی به نام آدولف‌ هاف در سال ۱۹۵۶ بوده است.

در مقاله‌ی هاف پیشنهاد شده بود که بخش 55B یک قشر منحصر به فرد است. چرا که رشته‌های عصبی آن به مراتب کم‌تر از بخش روپوش‌دار میلین (myelin) و مناطق اطراف آن متراکم شده‌اند. همین تفاوت، یک نشانه‌ی کلیدی برای پژوهشگران بود که این منطقه را به عنوان بخش منحصر به فردی از مغز شناسایی کنند. ون اسن و گلاسر هم در مقاله‌ی هاف متوجه همین نکته شدند. آما آن‌ها موارد دیگری را هم بررسی کردند.

این دو پژوهشگر از گروهی شرکت‌کننده خواستند تا به یک داستان صوتی در حال پخش گوش دهند و در حین گوش دادن اسکن MRI از مغز آن‌ها گرفته شد تا "فعالیت زبانی" تحت مطالعه قرار گیرد. در حین اسکن MRI منطقه‌ی 55B مغز در حال درخشش بود. در حالی که مناطق همسایه در موقعیت تاریک قرار داشتند.

ون اسن در توصیف این منطقه‌ی جدید کشف شده می‌گوید:

این بخش یک جزیره‌ی یکه و تنها است.

البته در مورد زبان، این بدان معنا نیست که فقط 55B بخش فعال مغز است. برای مثال، بررسی‌ها به وضوح نشان داده است که بخش بروکال مغز در طول فعالیت‌های زبانی درگیر است با این که این ناحیه فاصله‌ی نسبتا زیادی با بخش 55B مغز دارد. در واقع 55B بخشی از شبکه‌ای است که اجزای غالب آن در قسمت‌های مختلف لوب فرونتال واقع شده‌اند. پژوهش حاضر، اطلاعاتی درباره‌ی مکانیک قضیه یا نقش خاص 55B در پردازش زبانی ارائه نداده است و تنها به این نکته بسنده کرده است که:

55B کودک جدید بلوک زبانی است.

پژوهشگران بعدی که در عرصه‌ی زبان متخصص هستند، ممکن است با بررسی بیشتر منطقه‌ی 55B به دنبال علل آسیب‌ها و بیماری‌های خاص مرتبط در این زمینه باشند یا حتی با تمرکز بر آن، چگونگی تکامل توانایی‌های ارتباطی انسان در طول زمان را بررسی کنند.

با وجود قرن‌ها تحقیقات، بخش‌های زیادی از مغز ما مرموز باقی مانده است. در حقیقت، بیشترین اطلاعات ما راجع به معماری مغز، مربوط به نقشه‌ی یک آناتومیست آلمانی به نام کوربینیان برادمن در سال ۱۹۰۹ است. بخش‌های معرفی شده در نقشه‌ی برادمن اساس ارتباط نورون‌های مغزی را بیان می‌کند و نشان می‌دهد که چطور میلیاردها سلول انباشته و مرتب شده‌اند. تصویر زیر، مناطق مغزی مشخص شده در نقشه‌ی برادمن را نشان می‌دهد که شامل بخش‌های کنترل بینایی، شنوایی و لامسه است:

پس از آن، دانشمندان از روش‌های کمی ‌مدرن‌تر مانند اسکن MRI و fMRI (در حال استراحت مغز) و نقشه‌برداری میلین (که در زیر نشان داده شده است) استفاده کردند اما جزئیات نتایج حاصل، اطلاعات محدودی در اختیار گذاشت. ون اسن در این خصوص می‌گوید:

با وجود این یافته‌ها باز هم بیش از نیمی از چشم‌انداز مناطق مغزی ناشناخته و مبهم باقی مانده بود. با ترکیب این اطلاعات، محققان بر این گمان هستند که یکی از دقیق‌ترین نقشه‌های ساختار مغز را تهیه کرده‌اند.

اوایل سال جاری، گروهی از محققان دانشگاه واشنگتن در سنت لوییس به پیشرفت‌هایی در این خصوص دست پیدا کردند. در مقاله‌ی آن‌ها که در ژورنال Cerebral Cortex منتشر شده است، با استفاده از MRI و fMRI مرزهایی برای مغز در نظر گرفتند که بعضی از آن‌ها بعدها توسط تیم ون اسن به صورت جزئی‌تر شناسایی شد.

تصویر زیر، پیشرفت محققان در ارائه‌ی نقشه‌های دقیق‌تر از مغز را نشان می‌دهد:

نقشه‌ی جدید بخشی از یک نوآوری بزرگ‌تر به نام "پروژه‌ی کانکتوم بشر" است که در سال ۲۰۱۲ با حمایت مالی موسسه‌ی ملی بهداشت شروع به کار کرد. در سال ۲۰۱۰، عصب‌شناسی به نام سباستین سونگ از MIT در یکی از سخنرانی‌های TED یادآور شد که خصیصه‌های انسانی ما از واقعیتی به نام "کانکتوم" صورت می‌گیرند. در واقع، کانکتوم، تار عنکبوتی از بزرگراه‌های اطلاعاتی است که بخش‌های مختلف مغز را به یکدیگر مرتبط می‌کند. از این رو می‌توان گفت که کانکتوم مسئول تمام افکار، رویاها و اقدامات ما است.

در دهه‌ی ۱۹۷۰، گروهی از محققان با استفاده از تکنیک‌های ابتدایی، اولین مونتاژ کامل از کانکتوم را ارائه دادند. این مدل شامل نورون‌ها و اتصالات مغز کرمی به نام الگانس است. پژوهشگران بیش از یک دهه مشغول تکمیل این پروژه بودند.

امروزه محققان ابزارهای مدرن‌تری را در دستور کار خود قرار داده‌اند که مطرح‌ترین آن‌ها اسکن‌های مغزی است. طی پنج سال گذشته، گروه‌های مختلفی از محققان با بهره‌گیری از این اسکن‌ها، به مونتاژ نقشه‌ای کامل‌تر از مغز نزدیک‌تر شده‌اند.

البته، تلاش در جهت مونتاژ کانکتوم انسان خالی از نقد و ایراد نبوده است. از نظر برخی، این تلاش‌ها هنوز هم به پرسش‌های اساسی در مورد نحوه‌ی کارکرد مغز پاسخی نمی‌دهد. این پروژه‌ی ۴۰ میلیون دلاری که قرار بود پس از پنج سال اجرا شود، اکنون در سال ششم قرار گرفته است. دانشمندان حامی ‌این پروژه می‌گویند که هنوز کارهای زیادی باید انجام شود اما به نظر می‌رسد که آینده‌ی روشنی در انتظار باشد.

ون اسن می‌گوید:

ما به گنجینه‌ای از اطلاعات دسترسی داریم. درست است که در یک نگاه نمی‌توان به برخی از سوالات مهم پاسخ داد اما می‌تواند جزئیات قابل توجهی از این که چه فاکتورهایی ما را به انسان‌های منحصر به فرد تبدیل کرده است، ارائه دهد.