تغییر فضای اطراف بر نقشه فضایی مغز افراد تأثیر می‌گذارد

یک مطالعه‌ی جدید پیامدهای تغییر شکل یک فضای محصور بر نقشه‌های شناختی فضایی مغز را بررسی کرده است. یافته‌های این مطالعه، چگونگی مطابقت یافتن نقشه‌های شناختی نسبت به محیط تغییریافته را شرح می‌دهد و نحوه‌ی اتصال نورون‌های گوناگون برای ایجاد این نقشه‌ها را روشن می‌سازد.

 توانایی ما برای یافتن راهمان در گوشه و کنار دنیا و ایجاد خاطرات فرعی، به ارائه‌ی دقیق جزئیات محیط پیرامونمان بستگی دارد. نقشه‌های شناختی که تصور می‌شد در ناحیه هیپوکامپ مغز قرار داشته باشند برای یافتن راه در اطراف مکان‌های آشنا و ذخیره رویدادهایی که به‌صورت روزمره تجربه می‌کنیم، به ما انعطاف لازم را می‌دهند.

پیش‌تر جولیا کروپیک، نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ی این پژوهش و همکارانش نشان داده بودند که مرزها و لبه‌ها می‌توانند تقارن سلول شبکه‌ای را تحت تأثیر قرار دهند؛ اما چگونگی این اثرگذاری مشخص نبود. در مطالعه‌ی حاضر، درحالی‌که در محیطی دارای اشکال و لبه‌های متفاوت موش‌ها را خوراک می‌دادند، از ناحیه‌ای از ساختار هیپوکامپ به نام کورتکس غربال‌گری طبی (Medical entorhinal cortex) اطلاعات را ثبت کردند. آن‌ها متوجه شدند که سلول‌های شبکه‌ای مجاور دیوارهای متغیر، نسبت به سلو‌های دورتر، بیشتر دچار تغییر مکان شده‌اند و به‌عبارتی، فرآیند تغییر مقیاس شبکه یکدست نبود. جولیا کروپیک که در دانشگاه کمبریدج تدریس می‌کند، می‌گوید:

فقدان الگوی متقارن در محیط‌های قطبی‌شده احتمالا به این معنی است که سلول‌های شبکه‌ای معیار اندازه‌ی فضایی برای نقشه‌های شناختی را تأمین نمی‌کنند و یافته‌های این پژوهش به‌دلیل مطرح کردن این احتمال، جالب توجه هستند. ما متوجه شدیم این سلول‌ها هم‌چنان توانایی تهیه‌ی معیار مزبور را دارند؛ گرچه باید همگی به‌صورت یکدست نسبت به دیوار در حال تغییر واکنش نشان دهند. ما این احتمال را آزمایش کردیم و مشخص شد که درست است.

ماریوس بائوزا، یکی دیگر از نویسندگان این پژوهش از SWC، با استفاده از مجموعه داده‌های بزرگی که به‌صورت هم‌زمان از سلول‌های شبکه‌ای و به‌وسیله‌ی جستجوگر پیشرفته‌ی نوروپیکسل‌ها (الکترودهایی با توایی ثبت اطلاعات نورون‌ها) ثبت شده‌اند، اقدام به رمزگشایی محاسبات کرد تا ببیند آیا برنامه‌ی رایانه‌ای می‌تواند به‌صورت دقیق و بر اساس الگوهای شبکه‌ای به‌هم‌ریخته، مکان حیوان را شناسایی کند یا خیر. او گفت:

ما می‌خواستیم ببینیم آیا بقیه اجزای مغز می‌توانند هم‌چنان از این الگوهای به‌هم‌ریخته استفاده کنند و طبعا متوجه شدیم که مغز این توانایی را دارد. ما نمی‌دانیم که آیا مغز واقعا دست به چنین کاری می‌زند یا خیر؛ اما قطعا توانایی انجام این کار را دارد

پژوهشگران برای روشن کردن سازوکارهای مسبب تعامل بین سلول‌های شبکه‌ای، مکانی و مرزی، داده‌های سلول‌های مکانی ناحیه دیگری از هیپوکامپ به نام CA1 را نیز ثبت کردند. در برخی از موارد؛ ثبت این داده‌ها با ثبت داده‌های سلول‌های شبکه‌ای هم‌زمان بود.

یک ایده‌ی پرطرفدار این است که میدان‌های برانگیختگی سلول‌های مکانی به‌وسیله تعامل چندین سلول شبکه‌ای شکل گرفته‌اند. اما در مطالعه اخیر، پژوهشگران متوجه شدند درحالی‌که سلول‌های مکانی نیز دچار الگوی تغییرات مشابهی مرتبط با دیوارهای در حال حرکت می‌شوند، اندازه‌ی تغییر به‌صورت چشمگیری با سلول‌های شبکه‌ای همبستگی ندارد. این حقیقت نشان می‌دهد درحالی‌که برخی سلول‌های مکانی ممکن است با سلول‌های شبکه‌ای تعامل کنند، مابقی آن‌ها چنین تعاملی ندارند و به‌ نظر می‌رسد ارتباط میان این سلول‌ها و سلول‌های مرزی باز هم پیچیده‌تر باشد. در پایان جان اوکیفی، نویسنده ارشد این پژوهش، اظهار داشت:

هنوز در ارتباط با نحوه ارائه جزئیات محیط توسط سلول‌های فضایی ساختار هیپوکامپ و تعاملاتی که نقشه‌های شناختی مغز ما را شکل می‌دهند، موارد زیادی را باید یاد بگیریم.

جزییات این پژوهش در Science منتشر شده است.