هوش حداقل دو بار در مهره‌داران تکامل یافته است

ما انسان‌ها اغلب هوش خود را برتر از سایر موجودات می‌دانیم. مغز انسان توانایی انجام محاسبات ریاضی، بهره‌گیری از منطق، درک مفاهیم انتزاعی و تفکر انتقادی را دارد. با‌این‌حال، نمی‌توان ادعا کرد توانایی تفکر به انسان محدود می‌شود.

در میان گونه‌های غیرانسانی متعددی که به رفتارهای هوشمندانه شهرت دارند، پرندگان بارها به‌عنوان جاندارانی با توانایی‌های شناختی پیشرفته شناخته شده‌اند.

غراب‌ها (از خانواده کلاغان) برای آینده برنامه‌ریزی می‌کنند، کلاغ‌ها شمارش کرده و از ابزار استفاده می‌کنند، طوطی‌های کاکلی سطل‌های زباله با تله‌های پیچیده را باز کرده و غارت می‌کنند و چرخ‌ریسوها ده‌ها هزار دانه را که در سراسر محیط ذخیره کرده‌اند، دنبال می‌کنند.

جالب اینجاست که پرندگان این قابلیت‌ها را با مغزهایی به‌دست می‌آورند که با مغز انسان کاملا متفاوت است: مغزهای آن‌ها کوچک‌ و فاقد ساختارهای سازمان‌یافته‌ای است که دانشمندان آن‌ها را با هوش پستانداران مرتبط می‌دانند. اونور گونتورکن، پژوهشگر ساختارهای مغز در دانشگاه رور-بوخوم آلمان می‌گوید: «پرنده‌ای با مغزی به وزن ۱۰ گرم تقریباً همان کارهایی را انجام می‌دهد که شامپانزه با مغز ۴۰۰ گرمی انجام می‌دهد. چطور چنین چیزی ممکن است؟»

پژوهشگران مدت‌هاست درمورد رابطه بین هوش پرندگان و هوش پستانداران بحث می‌کنند. یکی از احتمالات این است که هوش در مهره‌داران (جانوران دارای ستون فقرات، شامل پستانداران و پرندگان) فقط یک بار تکامل یافته است. در این صورت، هر دو گروه ممکن است مدارهای عصبی پیچیده‌ای که از آن‌ها برای پشتیبانی از شناخت استفاده می‌شود، از یک جد مشترک به ارث برده باشند: موجودی شبیه مارمولک که ۳۲۰ میلیون سال پیش، زمانی که قاره‌های زمین در قالب یک توده‌ خشکی جمع شده بودند، می‌زیست. احتمال دیگر آن است که انواع مدارهای عصبی که از هوش مهره‌داران پشتیبانی می‌کنند، به‌طور مستقل در پرندگان و پستانداران تکامل یافته باشند.

پیگیری مسیر تکاملی طی‌شده دشوار است، زیرا هر اثری از مغز واقعی جد باستانی در گذر زمان به‌طور کامل از بین رفته است. بنابراین، زیست‌شناسان رویکردهای دیگری مانند مقایسه ساختارهای مغزی در حیوانات بالغ و درحال رشد امروزی اتخاذ کرده‌اند تا دریابند چگونه این نوع پیچیدگی عصبی‌زیستی ممکن است پدید آمده باشد.

مطالعات منتشرشده در مجله‌ی Science در فوریه ۲۰۲۵، بهترین شواهد موجود را ارائه می‌دهد که پرندگان و پستانداران مدارهای عصبی ایجادکننده هوش را از جد مشترک به ارث نبرده‌اند، بلکه آن‌ها را به‌طور مستقل تکامل داده‌اند. این مقالات نشان می‌دهد هوش در مهره‌داران فقط یک‌بار تکامل نیافته، بلکه چندین‌بار به‌طور مستقل پدید آمده است. با‌این‌حال، پیچیدگی عصبی آن‌ها به‌طرز قابل‌توجهی به سمت مسیرهای کاملاً متفاوت تکامل نیافته است: تحقیقات نشان می‌دهند مدارهای عصبی مغز پرندگان و پستانداران شباهت چشمگیری دارد.

نیکلاس کمپینک از دانشگاه کاتولیک لووِن که هدایت یکی از مطالعات منتشرشده در مجله‌ی ساینس را برعهده داشته است، می‌گوید نتایج این تحقیقات به ما کمک می‌کنند از این دیدگاه فاصله بگیریم که انسان‌ها ازنظر هوش بهترین و کامل‌ترین موجودات هستند. او می‌گوید انسان‌ها نه تنها بهترین نمونه از هوش نیستند، بلکه هوش به اشکال مختلفی در طبیعت وجود دارد و ما تنها یکی از نمونه‌های آن‌ هستیم.

برای نیمه اول قرن بیستم، دانشمندان فرض می‌کردند پرندگان هوش چندانی ندارند. این موجودات ساختاری مشابه نئوکورتکس ندارند. نئوکورتکس ساختار بیرونی و بسیار سازمان‌یافته‌ای است که در مغز انسان‌ها و سایر پستانداران وجود دارد و محل توانایی‌هایی مانند زبان، ارتباطات و استدلال است.

 نئوکورتکس از شش لایه نورون تشکیل شده است که اطلاعات حسی را از سایر بخش‌های مغز دریافت کرده، پردازش می‌کنند و سپس آن را به بخش‌هایی می‌فرستند که رفتار و واکنش‌های ما را کنترل می‌کنند.

بستین زارمبا، پژوهشگری که در دانشگاه هایدلبرگ روی تکامل مغز مطالعه می‌کند، می‌گوید: «مدت‌ها تصور می‌شد نئوکورتکس مرکز شناخت است و برای توسعه توانایی‌های شناختی پیشرفته به چنین آناتومی نیاز دارید.»

فرناندو گارسیا-مورنو، نوروبیولوژیست مرکز علوم اعصاب آچوکارو در اسپانیا می‌گوید: «به‌جای لایه‌های منظم، پرندگان دارای توپ‌هایی از نورون‌ها هستند که مرز یا تمایزی ندارند.»

سارا ارجمند

کلاغ‌ها و غراب‌ها به‌دلیل هوش بسیار زیادشان دنیا را تسخیر کردند

مطالعه '3

ساختار مغزی پرندگان باعث شده بود دانشمندان فکر کنند بیشتر رفتارهای پرندگان تنها واکنش‌های خودکار هستند و از یادگیری و تصمیم‌گیری ناشی نمی‌شوند. درنتیجه، آن‌ها باور داشتند که پرندگان توانایی یادگیری و تطبیق با شرایط جدید را ندارند. گونتورکن می‌گوید طبق این تفکر پرندگان نمی‌توانند آنچه را که پستانداران به‌راحتی می‌آموزند، یاد بگیرند.

این تفکر مرسوم در دهه ۱۹۶۰ شروع به تغییر کرد. در آن زمان هاروی کارتن در مؤسسه فناوری ماساچوست، مدارهای مغزی پستانداران و کبوترها را نقشه‌برداری و مقایسه کرد و بعدها همین کار را روی جغدها، مرغ‌ها و سایر پرندگان نیز انجام داد.

کارتن متوجه شد بخش‌هایی از مغز که قبلاً فقط برای حرکات انعکاسی درنظر گرفته می‌شدند، درواقع از مدارهای عصبی تشکیل شده‌اند که ساختاری مشابه مدارهای موجود در نئوکورتکس پستانداران دارند.  این منطقه در مغز پرنده، یعنی برجستگی شکمی پشتی (DVR)، به‌نظر می‌رسید ازنظر عملکرد با نئوکورتکس قابل مقایسه باشد ولی ظاهر آن مانند نئوکورتکس نبود.

چند دهه بعد از تحقیقات کارتن، لوئیس پلس، آناتومیستی از دانشگاه مورسیا در اسپانیا به نتیجه‌ای مخالف نظر کارتن رسید. او با مقایسه رویان‌ها در مراحل مختلف رشد، متوجه شد نئوکورتکس پستانداران و DVR پرندگان از نواحی متفاوتی از پالیوم رویان (منطقه‌ای از مغز که در تمام مهره‌داران مشترک است) توسعه پیدا می‌کند. او نتیجه گرفت این ساختارها باید به‌طور مستقل تکامل یافته باشند. توشس گفت: «کارتن و پلس پاسخ‌های متفاوتی برای این سوال بزرگ داشتند.»

بحث بین کارتن و پلس مدت‌ها ادامه داشت. در همین دوران، زیست‌شناسان شروع به درک بهتر هوش پرندگان کردند، به‌ویژه ازطریق مطالعه‌ی آلکس، طوطی خاکستری آفریقایی که می‌توانست اشیاء را شناسایی کرده و شمارش کند. این تحقیقات نشان داد پرندگان توانایی‌های شناختی بسیار بالایی دارند و می‌توانند بسیار باهوش باشند. با‌این‌حال، به‌گفته‌ی گارسیا-مورنو، هیچ‌یک از دو گروه تمایلی به حل تضاد بین دو نظریه‌شان درمورد نحوه تکامل پالیوم مهره‌داران نداشتند و هرکدام از آن‌ها به روش خود ادامه دادند. یک گروه به مقایسه مدارهای مغزی در مغزهای بالغ مهره‌داران ادامه داد، درحالی‌که گروه دیگر بر توسعه رویانی تمرکز کرد.

در دو مطالعه جدید که توسط تیم‌های پژوهشی مستقل انجام شده بودند، از توالی‌یابی RNA سلول تک برای شناسایی سلول‌ها استفاده شده بود. این تکنیک به پژوهشگران این امکان را می‌دهد که مدارهای عصبی را نه تنها در مغزهای بالغ (مانند کاری که کارتن انجام داد)، بلکه در مراحل مختلف تکامل رویانی بررسی کنند (همان‌طور که پلس این کار را انجام داده بود).

با استفاده از این توالی‌یابی RNA سلول تک، پژوهشگران می‌توانستند مکان‌هایی را که سلول‌ها در رویان شروع به رشد می‌کنند و محلی را که نهایتا در حیوان بالغ قرار می‌گیرند، شناسایی کنند. این روند توسعه‌ای می‌توانست به آن‌ها کمک کند مسیرهای تکاملی مختلف را آشکار کنند.

گارسیا-مورنو و تیمش می‌خواستند فرآیند شکل‌گیری مدارهای عصبی را بررسی کنند. آن‌ها برای این کار، از توالی‌یابی RNA و روش‌های دیگر استفاده کردند تا سلول‌ها را در نواحی خاصی از مغز حیوانات مختلف (مرغ، موش و مارمولک کگو) در مراحل مختلف رویانی پیگیری کنند و زمان تولید و مکان بلوغ انواع مختلف نورون را شناسایی کنند.

پژوهشگران متوجه شدند همان‌طور که کارتن و دیگران قبلاً اشاره کرده بودند، مدارهای عصبی بالغ در حیوانات مختلف، مانند مرغ‌ها، موش‌ها و مارمولک‌ها، شباهت زیادی به هم دارند، اما همانطور که پلس در تحقیقات خود نشان داده بود، ساختار این مدارها با یکدیگر فرق داشت. مدارهایی که نئوکورتکس پستانداران و DVR پرندگان را تشکیل می‌دهند، در زمان‌های مختلف، به ترتیب‌های مختلف و در نواحی متفاوت مغز تکامل پیدا می‌کنند.

در همان زمان، گارسیا-مورنو با زارمبا و همکارانش در دانشگاه هایدلبرگ همکاری می‌کرد. گارسیا-مورنو و تیمش با استفاده از توالی‌یابی RNA، اطلسی از ساختار پالیوم پرندگان ایجاد کردند که توسش در مقاله‌ی مرتبطی که در مجله‌ی ساینس منتشر شد آن را جامع‌ترین اطلس موجود از پالیوم پرندگان خواند.

پژوهشگران با مقایسه پالیوم پرنده، مارمولک و موش‌ متوجه شدند نئوکورتکس پستانداران و DVR پرندگان از مدارهای مشابهی تشکیل شده‌اند، اما نورون‌هایی که این مدارها را می‌سازند، در هر یک از این گروه‌ها تفاوت دارند. زارمبا می‌گوید مغز می‌تواند مدارهای مشابهی را با استفاده از انواع مختلف سلول‌ها بسازد، یعنی برای رسیدن به همان عملکرد، راه‌های متعددی وجود دارد.

زارمبا و تیمش همچنین دریافتند که در پالیوم مغز پرندگان، نورون‌هایی که رشد خود را از نواحی مختلف آغاز می‌کنند، می‌توانند درنهایت به یک نوع نورون مشابه در مغز بالغ تبدیل شوند. این یافته خلاف دیدگاه‌های پیشین بود که بیان می‌داشتند نواحی متفاوت رویان باید انواع مختلفی از نورون‌ها را تولید کنند.

در پستانداران، رشد مغز مسیر قابل پیش‌بینی‌ای را دنبال می‌کند: سلول‌هایی که در آغاز رشد در ناحیه آمیگدال رویان قرار دارند، درنهایت در آمیگدال مغز بالغ باقی می‌مانند.

تحقیقات نشان می‌دهند در پرندگان و پستانداران به‌طور جداگانه و مستقل قسمت‌هایی از مغز برای پردازش و تفکر پیچیده تکامل پیدا کرده است. این تحقیقات همچنین نتایج پژوهش‌های قبلی از آزمایشگاه توشس را تأیید می‌کنند که نشان داد نئوکورتکس پستانداران به‌طور مستقل از DVR خزندگان تکامل یافته است.

با وجود تکامل مستقل نواحی مغزی در پرندگان و پستانداران، ممکن است هنوز برخی ویژگی‌ها یا خصوصیات از یک اجداد مشترک به ارث رسیده باشد.

در مطالعه سوم، کمپینک و همکارش نیکولا هکر با استفاده از یادگیری عمیق دریافتند که در موش‌ها، مرغ‌ها و انسان‌ها بخش‌های مشابهی از دی‌ان‌ای بر رشد نئوکورتکس یا DVR تاثیر می‌گذارد. این یافته نشان می‌دهد در هر دو گروه حیوانات، فرایندهای ژنتیکی مشابهی برای توسعه این نواحی مغزی به کار می‌روند. مانند مطالعات گذشته، این گروه پژوهشی نیز دریافتند که نورون‌های بازدارنده در هر دو گروه پرندگان و پستانداران مشابه بوده و در طول تکامل حفظ شده‌اند.

تحقیقاتی که به آن‌ها اشاره شد، نتوانسته‌اند به‌طور کامل اختلاف نظر بین کارتن و پلس را حل کنند. سوال این است که کدام‌یک از ایده‌های آن‌ها به حقیقت نزدیک‌تر بود؟

توشس معتقد بود پلس درست می‌گفت، درحالی‌که گونتورکن فکر می‌کرد یافته‌ها بیشتر با ایده‌های کارتن مطابقت دارند، هرچند که تا حدودی به نظریات پلس هم اشاره دارند. به‌گفته‌ی گارسیا-مورنو هر دو درست می‌گفتند و هیچ‌کدام اشتباه نکرده‌اند.

توشس می‌گوید هوش چیزی نیست که بتوان آن را به‌راحتی تعریف کرد یا به روش مشخص برای رسیدن به آن دست یافت. الگوریتم یا طراحی ایده‌آلی برای ساختن هوش وجود ندارد و این موضوع پیچیده‌تر از آن است که در دستورالعملی ساده گنجانده شود.

نوآوری‌های بیولوژیکی می‌توانند در بخش‌های مختلف بیولوژی حیوان اتفاق بیفتند، مثل تغییرات در ژن‌ها و نحوه تنظیم آن‌ها یا به وجود آمدن انواع جدیدی از نورون‌ها، مدارهای عصبی و نواحی مغزی. اما نوآوری‌های مشابه می‌توانند چندین بار به‌طور مستقل تکامل یابند (پدیده‌ای که به آن «تکامل همگرا» گفته می‌شود) و این موضوع در سراسر حیات مشاهده می‌شود.

مریم صفدری

خواندن ذهن اختاپوس؛ دانشمندان درتلاش برای درک مغز هشت‌پایان هستند

مطالعه '6

برادلی  کلکوییت، دانشمند عصب‌شناسی مولکولی در دانشگاه کالیفرنیا سانتاکروز می‌گوید این مقالات به ما کمک می‌کنند بفهمیم موجودات مختلف چه راه‌حل‌های عصبی متفاوتی پیدا کرده‌اند تا مشکلات مشابهی را در دنیایی پیچیده حل کنند و بتوانند با محیط‌هایی که به سرعت درحال تغییر هستند، سازگار شوند.

هشت‌پاها و ماهی‌های مرکب به‌طور مستقل از پستانداران چشم‌هایی شبیه دوربین تکامل داده‌اند. همچنین، پرندگان، خفاش‌ها و حشرات هرکدام به‌طور جداگانه توانسته‌اند قدرت پرواز به دست آورند.

گارسیا-مورنو می‌گوید مردمان باستانی در مصر و آمریکای جنوبی به‌طور مستقل هرم‌ها را ساختند، زیرا هرم‌ها ازنظر ساختاری مؤثرترین شکلی هستند که می‌توانند دربرابر گذر زمان مقاومت کنند. اگر آن‌ها برج بسازند، سقوط خواهد کرد و اگر دیوار بسازند، کارایی نخواهد داشت.

توشس می‌گوید برای ساختن مغز هوشمند، حداقل در میان مهره‌داران، تنها تعداد محدودی گزینه یا مسیر وجود دارد و تکامل نمی‌تواند به هر شکلی مغز هوشمند ایجاد کند. البته اگر از دنیای مهره‌داران فراتر برویم، می‌توان مغزهای هوشمند را به روش‌های بسیار غیرمعمول و عجیب‌تری ساخت  (البته از دیدگاه ما انسان‌ها). او می‌گوید برای مثال تکامل هوش در برخی موجودات مانند هشت‌پاها به شکلی کاملاً مستقل و متفاوت از سایر موجودات صورت گرفته است.

ساختارهای شناختی هشت‌پاها شباهتی به ساختارهای مغزی انسان‌ها ندارند، با‌این‌حال هر دو از نورون‌ها برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کنند. هشت‌پاها درحال انجام کارهای شگفت‌انگیزی مانند فرار از آکواریوم، حل معماها، باز کردن درب شیشه‌ها و حمل صدف‌ها به عنوان سپر دیده شده‌اند.

اگر متوجه شویم هشت‌پاها چگونه هوش را با استفاده از ساختارهای عصبی متفاوت تکامل داده‌اند، شاید بتوانیم محدودیت‌های اساسی در تکامل هوش را در تمام گونه‌های حیوانی و نه فقط مهره‌داران شناسایی کنیم. نتایج این تحقیقات ممکن است درنهایت ویژگی‌های مشترک در انواع مختلف هوش‌ها را آشکار کنند.

سوال این است که اجزای اصلی مغز چیست که به آن این امکان را می‌دهد که تفکر انتقادی داشته باشد، از ابزار استفاده کند یا ایده‌های انتزاعی بسازد؟ درک این موضوع می‌تواند در جستجوی هوش فرازمینی کمک کند و به پیشرفت هوش مصنوعی نیز کمک کند. برای مثال، روش‌هایی که برای استفاده از اطلاعات تکاملی به منظور بهبود هوش مصنوعی داریم، بیشتر از دیدگاه انسان‌ها به مسئله نگاه می‌کنند و کمتر به سایر موجودات یا روش‌های غیرانسانی توجه دارند. کمپینک علاقه‌مند است بررسی کند آیا می‌توان هوش مصنوعی را از دیدگاه پرنده ساخت. او می‌پرسد پرنده چگونه فکر می‌کند و آیا می‌توان روش فکر کردن پرنده را در هوش مصنوعی شبیه‌سازی کرد.