چگونه مغزهای مختلف در مورد بوها به توافق می‌رسند؟
در یک مطالعه‌ی جدید، دانشمندان کلمبیا کشف کردند که چرا سیستم بویایی مغزها در بین افراد به طور قابل توجهی سازگار است، حتی اگر سیم‌پیچی سلول‌های مغز در این منطقه از فردی به فردی دیگر بسیار متفاوت باشد. برای درک این تناقض آشکار، محققان یک مدل محاسباتی ارائه دادند که نشان می‌دهد لازم نیست دو مغز قبلاً مجموعه‌ی دقیقی از بوها را به منظور توافق بر روی مجموعه‌ی جدیدی از بوها استشمام کرده باشند. در عوض، هر دو مغز می‌دانند که چطور بوهای جدید (مانند بوی دو گل متفاوت) را با همدیگر مرتبط سازند، حتی اگر این دو مغز کمترین همپوشانی بوها را در طول عمر خود تجربه کرده باشند.
یک مدل محاسباتی جدید، پیچیدگی شناسایی بو را روشن می‌کند. به گزارش محققان مغزهای مختلف می‌توانند بوهای جدیدی را که در طول زمان همپوشانی شده‌اند، از هم تشخیص بدهند. منبع: موسسه‌ی Zuckerman.
لری ابوت، دکترا، نویسنده‌ی ارشد مقاله، دانشمند علوم اعصاب محاسباتی و محقق اصلی در Mortimer B. Zuckerman Institute of Behavioral Mind مغز در کلمبیا می‌گوید: “بسیاری از سلول‌های مغز، یا نورون‌ها، در سیستم بویایی ما ظاهراً به طور تصادفی سیم‌پیچی شده‌اند، به این معنی که وقتی من بوی یک گل رز را استشمام می‌کنم، نورون هایی که فعال می‌شوند، با نورون‌های شما متفاوت هستند. پس چرا ما هر دو با اطمینان در مورد آنچه که استشمام می‌کنیم، موافقیم؟ با ایجاد این مدل، ما برای اولین بار می‌توانیم الگوهایی را که این فعالیت‌های ظاهراً تصادفی را پایه‌ریزی می‌کنند، شناسایی کنیم، که نشان دهنده‌ی تبعیت مغز ما از یک قاعده‌ی ریاضی برای شناسایی بوها است.” یک بوی خاص، از بینی به مغز مسیر تودرتو و پر پیچ و خمی را طی می‌کند. هنگامی که یک بو وارد حفره‌ی بینی می‌شود، پروتئین‌های تخصصی شده‌ای به نام گیرنده‌های بویایی اطلاعات مربوط به آن بو را به محل مشخصی در مغز به نام پیاز بویایی (olfactory bulb) ارسال می‌کنند. ریچارد اکسل، MD، مدافع موسسه‌ی Zuckerman در کلمبیا و همکار مقاله‌ی جدید مجله‌ی نورون، در یک سری مطالعات پیشگام در دهه‌ی 1990، بیش از 1000 ژن را که این گیرنده‌های بویایی را رمزگذاری می‌کنند، شناسایی کرد. این کار که در کنار همکارش لیندا بوک، PhD به انجام رسید، و هر دو جایزه‌ی نوبل سال 2004 در فیزیولوژی و پزشکی را به دست آوردند.
مقاله‌ی حاضر بر نحوه‌ی انتقال اطلاعات از پیاز بویایی (olfactory bulb) و چگونگی تفسیر آن توسط منطقه‌ای از مغز به نام قشر پیریفورم (piriform cortex) تمرکز دارد. اعتقاد بر این است که قشر پیریفورم یک ساختار بسیار مهم برای پردازش بو است. از آنجا که هیچگاه دو تم بو یکسان نیستند، مغز باید بین بوهای مشابه ارتباطی ایجاد کند. این فرآیند، که تعمیم نامیده می‌شود، چیزی است که به مغز کمک می‌کند تا بوهای مشابه را تفسیر کند.
اوان شافر، PhD، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه اکسل و نویسنده‌ی این مقاله می‌گوید: “تعمیم فوق‌العاده مهم است زیرا به شما اجازه می‌دهد تا حافظه‌ای از بوی قبلی – مانند قهوه – را به خاطر بسپارید و آن را به بوی قهوه‌ای که در حال حاضر بوی آن را استشمام می‌کنید، ارتباط دهید.”
با این حال، همانطور که دانشمندان مفهوم تعمیم را مورد بررسی قرار داده‌اند، از وجود دو پارادوکس در مورد قشر پیریفورم متعجب و متحیر هستند.
نخست، فعالیت عصبی در قشر پیریفورم به طور تصادفی ظاهر شد، بدون هیچ منطق یا سازماندهی آشکاری، بنابراین محققان نتوانستند الگوی خاصی از فعالیت عصبی را به یک دسته از بوها مرتبط سازند.
و دوم اینکه، خود قشر پیریفورم بیش از حد بزرگ به نظر می‌رسد. دکتر شافر می‌گوید: “دانشمندان می‌توانند نیاز خود را از تقریباً یک میلیون نورون قشر پیریفورم در مغز انسان به تنها 50000 نورون تقلیل دهند. با توجه به اینکه نورون‌ها از لحاظ مصرف انرژی بسیار پرهزینه هستند، این سوال را مطرح کردند که چرا نورون‌های زیادی در این بخش مغز وجود دارد؟”
محققان یک مدل ریاضی را توسعه داده‌اند که برای هر دو پارادوکس راه حلی منطقی ارائه می‌دهد: در واقع دو مغز می‌توانند بر سر دسته‌ای از بوها (به عنوان مثال گل های معطر در برابر زباله های بد بو) به توافق برسند، اگر فعالیت عصبی از مجموعه‌ی عظیمی از نورون‌ها به وجود آمده باشد.
این ایده شبیه به crowdsourcing است، طوری که افراد مختلف هر کدام بخشی از یک سوال پیچیده را تجزیه و تحلیل می‌کنند. این تجزیه و تحلیل‌ها سپس در یک قطب مرکزی با همدیگر ادغام می‌شوند.
(crowdsourcing) : به دست آوردن (اطلاعات یا ورودی یک کار یا پروژه‌ی خاص) با به کار گماردن تعداد زیادی از مردم، با پرداخت یا بدون پرداخت، معمولاً از طریق اینترنت.
دکتر شافر می‌گوید: “این همان چیزی است که در قشر پیریفورم رخ می‌دهد. الگوهای مختلف فعالیت عصبی ایجاد شده توسط این یک میلیون نورون، در حالی که به خودی خود ناکامل هستند، هنگامی که با هم ترکیب می‌شوند، تصویر کاملی از آنچه که مغز در حال بو کردن است، ارائه می‌دهند.”
پس از آزمایش این مدل بر روی داده‌های جمع آوری شده از مغز مگس سرکه، این تیم بعداً نشان داد که این فعالیت عصبی به دو مغز کمک می‌کند تا حتی با وجود تجارب مشترک بسیار محدود، بر سر بوهای رایج به توافق برسند.
مدت هاست که دانشمندان استدلال کرده‌اند که دو مغز باید، به منظور شناسایی همان بویی که قبلاً تجربه کرده‌اند (مثلاً بوی گل رز)، یک نقطه‌ی مرجع مشترک داشته باشند. اما این مدل نشان می‌دهد که نقطه‌ی مرجع می‌تواند هر چیزی باشد و حافظه‌ی بوی گل رز می‌تواند به دو نفر در شناسایی بوی قهوه کمک کند.
نخست، فعالیت عصبی در قشر پیریفورم به طور تصادفی ظاهر شد، بدون هیچ منطق یا سازماندهی آشکاری، بنابراین محققان نتوانستند الگوی خاصی از فعالیت عصبی را به یک دسته از بوها مرتبط سازند.
دکتر شافر می‌گوید: “حتی به نظر می‌رسد که کوچکترین تجربه‌ی مشترک مغزها را مجدداً هم‌تراز می‌کند، طوری که هر چند فعالیت عصبی من با شما متفاوت است، ارتباطی که هر یک از ما بین دو عطر مرتبط (مانند دو نوع گل) ایجاد می‌کنیم، برای هر دوی ما مشابه است.”
این مدل، در حالی که بینش را وام‌دار یک پارادوکس طولانی ادراک می‌کند، ظرافت اساسی سیستم بویایی را برجسته می‌سازد: علیرغم داشتن نورون‌های مختلف، خاطرات و تجربیات متفاوت، هنوز هم دو مغز می‌توانند به یک توافق مشترک برسند.
دکتر شافر می‌گوید: “شاید شما و من نیازی به استشمام هر نوع بوی موجود در جهان نداشته باشیم تا بر سر آنچه که استشمام می‌کنیم به توافق برسیم. همینکه تجربه‌ی کوچک و مشترکی از آن داشته باشیم، کافی است.”
برای کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.
