شناسایی نورون‌های مسئول «جمع و تفریق» در مغز انسان

فرارو- نورون‌ها همان سلول‌های عصبی بدمان هستند که اطلاعات را از داخل یا خارج بدن به مغز و نخاع می‌برند، اما دانشمندان اخیراً موفق به گونه‌ای از این سلول‌ها در مغز انسان شدند که به طور خاص برای انجام عملیات جمع و تفریق ریاضی عمل می‌کنند.

به گزارش فرارو، یک مطالعه جدید که توسط دانشگاه‌های توبینگن و بن انجام شده، نشان می‌دهد که مغز دارای نورون‌هایی است که به طور خاص در طی برخی عملیات‌های ریاضی عمل می‌کنند. یافته‌های این پژوهش به شکل جالب توجهی تأکید دارد که برخی از نورون‌های شناسایی شده منحصراً در حین انجام عملیات ریاضی جمع فعال می‌شوند، در حالی که برخی دیگر در حین تفریق فعال هستند و جالب توجه‌تر اینکه برای این نرون‌ها مهم نیست که دستورالعمل محاسبه به عنوان یک کلمه ارائه می‌شود یا نماد.

بیشتر بچه‌های دبستانی احتمالاً از قبل می‌دانند که سه سیب به اضافه دو سیب به پنج سیب می‌رسد. با این حال، آنچه در مغز در طول چنین محاسباتی اتفاق می‌افتد، تا پیش از این تا حد زیادی ناشناخته باقی مانده بود. حالا دانشگاه‌های بن و توبینگن پاسخی برای این مسئله یافته اند که موضوع را برای ما روشن می‌کند. محققان برای بررسی خود از از ویژگی خاص بخش صرع در بیمارستان دانشگاه بن بهره بردند. این بخش، یک مرکز مجهز و پیشرو در در انجام روش‌های جراحی گوناگون بر روی مغز افراد مبتلا به صرع است.

لازم به ذکر است که در در برخی از بیماران مبتلا به صرع، تشنج همیشه از همان ناحیه مغز منشا می‌گیرد. پزشکان برای شناسایی دقیق این ناحیه معیوب، چندین الکترود را به وسیله عمل جراحی در مغز بیماران می‌کارند که از این طریق می‌توان برای تعیین دقیق منشا اسپاسم استفاده کرد. علاوه بر این، با این روش فعالیت تک تک نورون‌ها را می‌توان از طریق سیم کشی اندازه گیری کرد. دانشمندان دانشگاه‌های بن و توبینگن از همین روش برای بررسی عملکرد نورون‌های استفاده کردند.

برخی از نورون‌ها فقط هنگام انجام عمل «جمع» فعال می‌شوند

پنج زن و چهار مرد در مطالعه حاضر شرکت کردند. الکترود‌هایی در به اصطلاح لوب تمپورال مغز آن‌ها برای ثبت فعالیت سلول‌های عصبی کاشته شده بود. در همین حال، شرکت کنندگان باید عمل‌های ساده ریاضی را انجام می‌دادند. پروفسور فلوریان مورمان از بخش صرع شناسی در بیمارستان دانشگاه بن توضیح می‌دهد: «ما دریافتیم که نورون‌های متفاوتی در حین انجام عمل جمع نسبت به عمل تفریق فعال می‌شوند.»

جالب‌تر اینکه، اینطور نبود که برخی از نورون‌ها فقط به علامت «+» و برخی دیگر فقط به علامت «-» پاسخ دهند. استر کاتر که دکترای خود را در گروه تحقیقاتی پروفسور مورمن گذرانده توضیح می‌دهد: «حتی زمانی که نماد‌های ریاضی را با کلمات جایگزین کردیم، تأثیر یکسان باقی ماند. به عنوان مثال، زمانی که از افراد خواسته شد «۵ و ۳» را محاسبه کنند، نورون‌های جمع آن‌ها دوباره وارد عمل شدند. در حالی که برای «۷ کمتر از ۴»، نورون‌های تفریق آن‌ها وارد عمل شد.

این نشان می‌دهد که سلول‌های کشف شده در واقع یک دستورالعمل ریاضی خاص را برای انجام عملیات محاسبه، رمزگذاری می‌کنند؛ بنابراین فعالیت مغز با دقت زیادی نشان می‌دهد که افراد مورد آزمایش در حال حاضر چه نوع عملیاتی را محاسبه می‌کنند. محققان الگو‌های فعالیت سلول‌ها را در یک برنامه کامپیوتری قرار دادند. در همان زمان به نرم افزار گفتند که آیا آزمودنی‌ها در حال حاضر جمع را محاسبه می‌کنند یا تفریق. زمانی که الگوریتم پس از این مرحله آموزشی با داده‌های فعالیت جدید مواجه شد، توانست به طور دقیق تشخیص دهد که کدام عملیات محاسباتی انجام شده است.

پروفسور آندریاس نیدر از دانشگاه توبینگن که به همراه پروفسور مورمان بر این مطالعه نظارت کردند، می‌گوید: «ما از آزمایش‌های روی میمون‌ها می‌دانیم که نورون‌های مخصوص قوانین محاسباتی خاص نیز در مغز آن‌ها وجود دارد. با این حال، در خصوص انسان‌ها ما به ندرت داده‌ای در این زمینه در اختیار داشتیم.» این دو گروه کاری در خلال تجزیه و تحلیل خود به پدیده جالبی برخوردند؛ یکی از مناطق مغزی که مورد مطالعه قرار گرفت، به اصطلاح قشر پاراهیپوکامپ بود. در آنجا نیز محققان سلول‌های عصبی را یافتند که به طور خاص در حین جمع یا تفریق عمل می‌کردند. با این حال، هنگام جمع‌بندی، نورون‌های اضافی مختلف به طور متناوب در طول یک کار حسابی واحد فعال شدند. به بیان تصویری، گویی کلید «جمع» روی ماشین حساب مدام مکان خود را تغییر می‌دهد. در مورد تفریق هم همینطور بود که محققان از آن به عنوان «کدگذاری پویا» یاد می‌کنند.

مورمن تاکید می‌کند: «این مطالعه گام مهمی به سوی درک بهتر یکی از مهم‌ترین توانایی‌های نمادین ما، یعنی محاسبه با اعداد است.» دو تیم تحقیقاتی دانشگاه‌های بن و توبینگن اکنون می‌خواهند بررسی کنند که سلول‌های عصبی پیدا شده دقیقا چه نقشی در این امر ایفا می‌کنند. نتایج این تحقیق در مجله معتبر Current Biology منتشر شده است.

منبع: scitechdaily

ترجمه: مصطفی جرفی-فرارو