انعطاف پذیر بودن و یادگیری سازگاری با تغییر جهان چیزی است که هر روز تمرین می کنید. چه به یک محل ساختوساز جدید برخورد کنید و مجبور باشید مسیر رفت و آمد خود را تغییر دهید یا یک برنامه جدید دانلود کنید و مجبور باشید نحوه پیدا کردن نمایش مورد علاقه خود را دوباره یاد بگیرید، تغییر رفتارهای آشنا در پاسخ به موقعیتهای جدید یک مهارت ضروری است.
برای انجام این سازگاری ها، مغز شما الگوهای فعالیت خود را در ساختاری به نام قشر پیش پیشانی – ناحیه ای از مغز که برای عملکردهای شناختی مانند توجه، برنامه ریزی و تصمیم گیری حیاتی است، تغییر می دهد. اما اینکه کدام مدارهای خاص به قشر پیش پیشانی می گویند که الگوهای فعالیت خود را به منظور تغییر رفتار به روز کند، ناشناخته است.
ما تیمی از دانشمندان علوم اعصاب هستیم که بررسی میکنیم مغز چگونه اطلاعات را پردازش میکند و وقتی این عملکرد مختل میشود چه اتفاقی میافتد. در تحقیقات جدید منتشر شده خود، دسته خاصی از نورونها را در قشر پیش پیشانی کشف کردیم که ممکن است رفتار انعطافپذیر را امکانپذیر کند و در صورت عملکرد نادرست، ممکن است به شرایطی مانند اسکیزوفرنی و اختلال دوقطبی منجر شود.
نورون های بازدارنده و یادگیری قوانین جدید
نورون های بازدارنده فعالیت سایر نورون های مغز را کاهش می دهند. محققان به طور سنتی فرض میکردند که خروجیهای الکتریکی و شیمیایی خود را فقط به نورونهای نزدیک میفرستند. با این حال، ما یک دسته خاص از نورونهای بازدارنده را در قشر جلوی مغز پیدا کردیم که در فواصل طولانی با نورونهای نیمکره مخالف مغز ارتباط برقرار میکنند.
ما تعجب کردیم که آیا این اتصالات بازدارنده دوربرد در هماهنگی تغییرات در الگوهای فعالیت در سراسر قشر جلوی مغز چپ و راست نقش دارند. با انجام این کار، آنها ممکن است سیگنال های مهمی را ارائه دهند که به شما کمک می کند رفتار خود را در لحظه مناسب تغییر دهید.
برای آزمایش عملکرد این اتصالات بازدارنده دوربرد، ما موشها را مشاهده کردیم که تکلیفی را انجام میدادند که از آنها خواسته میشد یک قانون را برای دریافت پاداش بیاموزند و بعداً برای ادامه دریافت پاداش با یک قانون جدید سازگار شوند. در این کار، موش ها برای یافتن غذای پنهان در کاسه ها حفر می کردند. در ابتدا، بوی سیر یا وجود شن و ماسه در کاسه ممکن است محل غذای پنهان شده را نشان دهد. نشانه خاص مربوط به پاداش بعداً تغییر می کند و موش ها را مجبور می کند قانون جدیدی را یاد بگیرند.
ما دریافتیم که خاموش کردن اتصالات بازدارنده دوربرد بین قشر پیش پیشانی چپ و راست باعث میشود موشها بر روی یک قانون گیر کرده و یا پافشاری کنند و از یادگیری موارد جدید جلوگیری کنند. آنها نتوانستند رویه را عوض کنند و یاد بگیرند که نشانه قدیمی اکنون بی معنی است و نشانه جدید نشان دهنده غذا است.
امواج مغزی و رفتار انعطاف پذیر
ما همچنین اکتشافات شگفت انگیزی در مورد چگونگی ایجاد انعطاف پذیری رفتاری این اتصالات بازدارنده دوربرد انجام دادیم. به طور خاص، آنها مجموعه ای از “امواج مغزی” به نام نوسانات گاما را در دو نیمکره همگام می کنند. نوسانات گاما، نوسانات ریتمیک در فعالیت مغز است که تقریباً 40 بار در ثانیه رخ می دهد.
این نوسانات را می توان در طول بسیاری از عملکردهای شناختی، مانند هنگام انجام کاری که نیاز به نگه داشتن اطلاعات در حافظه خود دارد یا انجام حرکات مختلف بر اساس آنچه روی صفحه کامپیوتر می بینید، شناسایی کرد.
اگرچه دانشمندان وجود نوسانات گاما را برای چندین دهه مشاهده کرده اند، عملکرد آنها بحث برانگیز بوده است. بسیاری از محققان فکر می کنند که هماهنگ سازی این نوسانات ریتمیک در مناطق مختلف مغز هیچ هدف مفیدی را دنبال نمی کند. برخی دیگر حدس می زنند که همگام سازی در مناطق مختلف مغز باعث افزایش ارتباط بین آن مناطق می شود.
ما یک نقش بالقوه کاملاً متفاوت برای همزمانی گاما پیدا کردیم. هنگامی که اتصالات بازدارنده دوربرد، نوسانات گاما را در سراسر قشر پیش پیشانی چپ و راست هماهنگ می کنند، به نظر می رسد که ارتباط بین آنها را نیز ایجاد می کنند.
وقتی موشها یاد میگیرند که قوانینی را که قبلاً تعیین شده بود و دیگر به پاداشی منجر نمیشود نادیده بگیرند، این اتصالات، نوسانات گاما را همگام میکنند و به نظر میرسد یک نیمکره را از حفظ الگوهای فعالیت غیر ضروری در نیمکره دیگر باز میدارد.
بنابراین، به نظر می رسد که اتصالات بازدارنده دوربرد، ورودی یک نیمکره را از حفظ الگوهای فعالیت غیر ضروری در نیمکره دیگر جلوگیری می کند. به عنوان مثال، قشر پیش پیشانی چپ می تواند مسیر معمول شما را برای رسیدن به محل کار به قشر پیش پیشانی راست “یادآوری” کند. اما هنگامی که ارتباطات بازدارنده دوربرد این دو ناحیه را همگام میکنند، به نظر میرسد که این یادآوریها را خاموش میکنند و الگوهای جدیدی از فعالیت مغزی را که مربوط به رفتوآمد جدید شما است، فعال میکنند.
در نهایت، این اتصالات بازدارنده طولانی مدت نیز باعث ایجاد اثرات طولانی مدت می شود. قطع کردن این اتصالات فقط یک بار باعث شد که موش ها چندین روز بعد در یادگیری قوانین جدید با مشکل مواجه شوند. برعکس، تحریک ریتمیک این اتصالات برای همگام سازی مصنوعی نوسانات گاما می تواند این نقص ها را معکوس کرده و یادگیری عادی را بازگرداند.
انعطاف پذیری شناختی و اسکیزوفرنی
ارتباطات بازدارنده دوربرد نقش مهمی در انعطاف پذیری شناختی ایفا می کند. ناتوانی در به روز رسانی مناسب قوانین آموخته شده قبلی یکی از اشکال بارز اختلال شناختی در شرایط روانپزشکی مانند اسکیزوفرنی و اختلال دوقطبی است.
تحقیقات همچنین کمبودهایی را در هماهنگ سازی گاما و ناهنجاری ها در دسته ای از نورون های بازدارنده پیش پیشانی، که شامل مواردی است که ما مطالعه کردیم، در افراد مبتلا به اسکیزوفرنی مشاهده کرده است. در این زمینه، مطالعه ما نشان میدهد که درمانهایی که این ارتباطات بازدارنده دوربرد را هدف قرار میدهند، ممکن است با هماهنگ کردن نوسانات گاما، به بهبود شناخت در افراد مبتلا به اسکیزوفرنی کمک کنند.
بسیاری از جزئیات نحوه تأثیر این اتصالات بر مدارهای مغز ناشناخته باقی مانده است. به عنوان مثال، ما دقیقاً نمی دانیم که کدام سلول ها در قشر جلوی مغز ورودی از این اتصالات بازدارنده دوربرد دریافت می کنند و الگوهای فعالیت خود را برای یادگیری قوانین جدید تغییر می دهند. ما همچنین نمی دانیم که آیا مسیرهای مولکولی خاصی وجود دارد که تغییرات طولانی مدت در فعالیت عصبی ایجاد می کند.
پاسخ به این سؤالات می تواند نشان دهد که چگونه مغز به طور انعطاف پذیری بین حفظ و به روز رسانی اطلاعات قدیمی جابجا می شود و به طور بالقوه منجر به درمان های جدید برای اسکیزوفرنی و سایر بیماری های روانپزشکی می شود.