کشف سیگنال‌های مارپیچی مرموز در مغز

به گزارش معاصر به نقل از ایندیپندنت؛ این سیگنال‌های مارپیچی ممکن است برای پیوند دادن میان بخش‌های مختلف مغز و همچنین کمک به پردازش سریع‌تر اطلاعات استفاده شوند

این سیگنال‌ها به صورت مارپیچ‌های گردابی چرخان امواج مغزی در سراسر قشر بیرونی مغز ظاهر می‌شوند

دانشمندان می‌گویند حرکات عجیب گردابی در قشر بیرونی مغز ممکن است در مرتبط کردن بخش‌های مختلف مغز به یکدیگر و همچنین کمک به پردازش سریع‌تر اطلاعات نقش داشته باشد.

به گزارش لایوساینس، دانشمندان بر این باورند که این سیگنال‌های مرموز و مارپیچی که در مغز انسان کشف شده‌اند، ممکن است در شکل‌ دادن به فعالیت‌های پیچیده مغز سهیم باشند.

این سیگنال‌ها که به صورت مارپیچ‌های گردابی چرخان امواج مغزی در سراسر قشر بیرونی مغز ظاهر می‌شوند، در اسکن‌های تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی، اف‌ام‌آرآی (fMRI) مغز ۱۰۰ بزرگسال جوان کشف شدند. به گفته دانشمندان، این سیگنال‌‌ها هم در زمانی که افراد در حال استراحت بودند ظاهر می‌شدند و هم زمانی که در حال انجام دادن وظایفی مشخص بودند.

هدف دقیق این جریان‌های گردابی ناشناخته است اما کاشفان آن تصور می‌کنند که این سیگنال‌های مارپیچی ممکن است برای پیوند دادن میان بخش‌های مختلف مغز و همچنین کمک به پردازش سریع‌تر اطلاعات استفاده شوند. این گرداب‌ها حتی ممکن است در اثر ابتلا به بیماری‌های مغزی از جمله زوال عقل آسیب ببینند و در عین حال می‌توان از آن برای ساخت رایانه‌های پیشرفته‌ای که فرایندهای پیچیده ذهن انسان را شبیه‌سازی می‌کنند، الهام گرفت.

پولین گونگ، دانشیار فیزیک در دانشگاه سیدنی در اظهاراتی می‌گوید: «این مارپیچ‌ها درست مانند گرداب‌ها در شرایط تلاطم و آشفتگی، در فعل‌وانفعالات پیچیده‌ مداخله می‌کنند و در سازماندهی فعالیت‌های پیچیده مغزی نقش مهمی دارند. برهم‌کنش‌های پیچیده میان این مارپیچ‌های چندگانه می‌تواند به طور غیرمتمرکز و موازی، محاسبات عصبی انجام دهد که این کار باعث کارایی محاسباتی فوق‌العاده می‌شود.»

جریان گردابی در قشر مغز

لایه چروکیده خارجی مغزــ معروف به قشر مخ‌ــ بسیاری از پیچیده‌ترین وظایف ذهن انسان از جمله حافظه، هوشیاری و توجه، زبان، ادراک و حتی خودآگاهی را تنظیم می‌کند. بسیاری از اختلالات عصبی از جمله بیماری آلزایمر و فلج مغزی روی قشر مغز اثر می‌گذارند.

علوم اعصاب برای تعیین نحوه عملکرد مغز، عمدتا نه بر خود قشر مغز بلکه روی ارتباطات و برهم‌کنش‌ها میان نورون‌ها (سلول‌های عصبی مغز) تمرکز می‌کند. دانشمندان به منظور بررسی فعالیت قشر مخ، اسکن‌های تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی، اف‌ام‌آرآی (fMRI) مغز ۱۰۰ بزرگسال جوان سالم در سنین حدود ۲۲ تا ۳۵ سال را ثبت کردند. این مارپیچ‌های مرموز، الگوهای امواج مغزی پیچیده با اندازه‌های گوناگون که پیرامون نقاطی مرکزی در گردش بودند، در همه این افراد وجود داشت.

عملکرد دقیق این مارپیچ‌ها نامشخص است، اما دانشمندان پس از تجزیه و تحلیل الگوهای متلاطم آن، بر این باورند که این جریان‌‌های گردابی ممکن است به عنوان پل‌های ارتباطی در سراسر مغز عمل کنند، میان نواحی متمایز و شبکه‌ها پیوند برقرار کنند و حتی گاهی در سراسر قشر مخ جابه‌جا شوند.

محققان سپس شرکت‌کنندگان در آزمایش را وادار کردند حین اسکن مغزی، کارهایی همچون حل کردن مسائل ریاضی انجام دهند یا به یک داستان گوش کنند. پژوهشگران مشاهده کردند که مارپیچ‌ها در مناطق مختلف مغز در چنین شرایطی، جهت خود را از ساعت‌گرد به پادساعت‌گرد تغییر می‌دهند؛ سرنخی مبنی بر اینکه این جریان‌های گردابی فعالیت مغزی را احتمالا از طریق تغییرات چرخشی دینامیک هماهنگ می‌کنند.

ییبن زو، نویسنده اصلی این مقاله و دانشجوی دوره دکتری فیزیک در دانشگاه سیدنی، می‌گوید: «یکی از ویژگی‌های مهم این مارپیچ‌های مغزی این است که غالبا در مرزهایی ظاهر می‌شوند که شبکه‌های عملکردی مختلف در مغز را از هم جدا می‌کنند. ما در پژوهش‌های خود مشاهده کردیم که این مارپیچ‌های مغزی حین کارهای مختلف از جمله پردازش زبان طبیعی و حافظه فعال، امکان پیکربندی انعطاف‌پذیر فعالیت مغز را فراهم می‌کنند. او می‌گوید این کار با تغییر جهت‌های چرخشی در سیگنال‌های مارپیچی مغز صورت می‌گیرد.

محققان امیدوارند که تحقیق آن‌ها سبب تغییر در پژوهش‌های علوم اعصاب به سوی پدیده‌های بزرگ‌تر در مغز شود تا در نهایت، شناخت فرایندهای مغز در بخش‌های مختلف به این منجر شود که تصویر کامل‌تری از عملکرد ذهن به دست آوریم.

گونگ می‌گوید شناخت بیشتر کارکردهای پیچیده مغز این ظرفیت را دارد که الهام‌بخش توسعه و پیشرفت ماشین‌های محاسباتی قدرتمند شود. به گفته او، ما با رمزگشایی از فعالیت مغز و کشف سازوکارهای حاکم بر هماهنگی آن، به درک ماهیت آگاهی و شناخت و ذهن و همچنین نحوه کارکرد مغز نزدیک‌تر می‌شویم.