دکتر سید سلمان فاطمی

منبع هوشیاری کجاست؟(قسمت چهارم)

مغز انسان به عنوان ابزار هوشمندی، نتیجه تکامل چندین میلیارد ساله ی حیات است. دستاورد چند میلیارد سال ارتقا، فقط یک توده ی کلی و همسان به نام مغز نیست بلکه این ساختار، در طی ارتقای خود، به بخش های کاملا تخصصی تبدیل میشود که تمایز موجود را در مغز افزایش میدهد.(تمایز از ارکان مهم تکامل و بقا است. وقتی تمایز وجود داشته باشد، انتخاب طبیعی می تواند از میان گزینه های زیاد، سازگارترین مورد را برگزیند و این تمایز به طرز شگفتی در مغز افزایش می یابد.) سلول های عصبی یا نورون ها خودشان، دارای توانمندی های منحصر به فردی هستند که بسیاری از توانایی های مغز را توجیه میکند ولی سیر هوشمند تکامل مادی، به این اکتفا نکرده بلکه از خود مغز، مجموعه ای پیچیده از بخش های کاملا تخصصی را ایجاد کرده است.

این تقسیم بندی تخصصی، فقط در سطح عرضی نیست بلکه در سطح طولی، از بخش های پایین مغز به بخش های بالایی(قشر مغز)هم وجود دارد. در این سطح وظایف به جای تمایز بیشتر، یکپارچه تر و هوشیارتر میشود.

توجه دانشمندان به بخش های مجزای از هم، برخی فرضیه ها را طراحی میکند: شبکه ی حالت پیش فرض، در توجیه کم شدن نیاز به انرژی در زمان هوشیاری مطرح شده است. (در علوم اعصاب، شبکهٔ حالت پیش‌فرض(به انگلیسی: Default mode network)یک شبکهٔ مغزی در مقیاس بزرگ است و مناطقی را شامل می‌شود که فعالیتشان به شدت وا‌بسته‌است و در عین‌حال از دیگر شبکه‌های مغزی جدا است. شبکهٔ حالت پیش فرض بیش‌تر در شرایطی- که شخص متمرکز جهان بیرونی نباشد و در زمانی که در حین بیداری در حالت استراحت باشد- مشاهده شده‌است. مثلاً هنگامی که شخص غرق در افکار خود است.)

این شبکه، ترتیبی از مناطق واسطه ای است که از سطوح بالای انرژی در زمانی که فرد در وضعیت غیرهوشیار است استفاده میکند. استفاده از انرژی در این شبکه در زمانی که کاری با هوشیاری بالاتر مانند توجه به یک محرک انجام میشود به طرز زیادی کاهش می یابد.

وان هاودنهویس و همکاران او درسال 2009 گزارش کردند ارتباط بین اجزای شبکه یحالت پیش فرض در بیماران با آسیب شدید مغزی تخریب می شود و این رابطه ی مستقیمی با میزان تخریب هوشیاری دارد. این بیان میکند شبکه حالت پیش فرض، نقش مهمی در حفظ هوشیاری دارد.

اینکه مصرف انرژی طی خواب با حرکت آرام چشم تا 85% این مصرف انرژی در وضعیت بیداری باقی میماند تا حدی شگفت انگیز است زیرا طی خواب با حرکت سریع چشم مصرف انرژی تا حد بیداری افزایش می یابد. همزمان سطح هوشیاری حداقل، با مصرف 42% سطح انرژی- که در افراد سالم وهوشیار مصرف میشود- میتواند حفظ شود و این بیان میکند بیشتر فعالیت متابولیک مغزی در وضعیت طبیعی بیداری، مستقیما مرتبط باهوشیاری نیست.(هوشیاری محصول مستقیم انرژی کل مغز نیست؛ تا جایی که دانشمندان اصطلاح انرژی تاریک را در توجیه و ایجاد هوشیاری مطرح کرده اند. اینکه این انرژی تاریک چیست و چه میکند، از طریق آزمون ها و تجربه های فراوانی درحال بررسی است.)

برخی عوامل بیهوشی به نظرمیرسد هوشیاری را کاهش دهد چون آنها سرعت کلی متابولیسم کلی مغزی را کاهش میدهد. تزریق کتامین از سوی دیگر متابولیسم مغز را افزایش میدهد و هنوز میتواند منجر به کاهش پاسخدهی شود.(تضاد بین سطح مصرف انرژی و هوشیاری!) به طور کلی به نظر می رسد ما ارتباط مشخصی را بین میزان کلی انرژی ای- که به وسیله ی مغز مصرف میشود- یا محلی که انرژی مصرف میشود و سطح هوشیاری قابل تشخیص در فرد پیدا نکنیم.

هوشیاری و ساماندهی پردازش انرژی در مغز

یک روش مکمل یا جایگزین برای بررسی این موضوع، اینکه فعالیت دارای انرژی در مغز چگونه سازماندهی می شود به جای اینکه سطح کلی یا محل مصرف انرژی مشخص شود. در حقیقت، این، کانون پژوهش اخیر است که تصمیم دارد اندازه گیری های عددی را برای سطوح هوشیاری فراهم کند. در یک مطالعه پژوهشگران ازtranscranial magnetic stimulation (TMS) استفاده کردند تا پالس های مغناطیسی را از طریق مغز افراد سالم و بیماران با درجات مختلف هوشیاری ارسال کنند. با تعیین اینکه چگونه این پالس، قشر مغز را آزرده و به هم ریخته میکند پژوهشگران می توانند پیچیدگی نسبی و مسیرهایی را تعیین کنند که پالس، از طریق آن منتشر میشود و آن را با سطوح هوشیاری مربوط کنند. پژوهشگران، اندکس به هم ریختگی و پیچیدگی perturbation-complexity index (PCI) را محاسبه کردند که سطوح هوشیاری را در هر فرد مورد مطالعه، اندازه گیری میکند. این روش به عنوان روشی قابل اعتماد برای اندازه گیری سطوح هوشیاری به وسیله ی Casarotto et al. تایید شده است.

با استفاده از داده های نوار مغز، به هم ریختگی مغزی پس از TMS محاسبه شد. تصاویر نوار مغز به اطلاعات مضاعف تبدیل میشود که بعدا با استفاده از الگوریتم لمپل ریو- که یک تکنیک رایج برای تکنیک تئوری اطلاعات است- تحلیل میشود. در آن، پیچیدگی به عنوان قابلیت فشرده بودن ریسمان داده ها اندازه گیری میشود یعنی هر چه ریسمان های داده، پیچیده ترباشد کمتر قابل فشرده کردن است.(در این روش ها تلاش میشود محل های مختلف مغز از نظر تجمع انرژی با سطح هوشیاری فرد، تطبیق داده شود. یعنی به جای اینکه انرژی کلی در مغز مورد بررسی قرار بگیرد، تجمع انرژی در هر بخش مغز با سطح هوشیاری فرد تطبیق داده می شود. طبیعتا این روش، منطقی تر از بررسی انرژی کلی مغز است. می دانیم در مغز، بخش های تخصصی برای هر فعالیت وجود دارد.

درک، از سطوح پایین در ساقه ی مغز به سطح بالا در سطح قشر مغز میرسد.

تخصصی بودن بخش های مختلف مغز برای انجام یک وظیفه ی خاص و بالاتر بودن سطح تاثیرگذار بر هوشیاری خاص انسان، سبب میشود بررسی مصرف کلی انرژی در مغز، روشی دقیق برای بررسی ارتباط هوشیاری با انرژی در مغز نباشد؛ به خصوص این موضوع وقتی اهمیت بیشتری پیدا میکند که بدانیم هرچه در سیر تکامل مغز پیش بیاییم(از مغزهای ابتدایی دوزیستان و خزندگان تا مغز انسان)سطح هوشمندی و هوشیاری به دلیل افزایش قشر مغز با افزایش چین و شنکج در سطح مغز افزایش می یابد. این چین های سطحی باعث میشود نسبت کورتکس به بخش های دیگر مغز، در انسان افزایش یابد.

همچنین طی فرایند تکامل مغز، خود این کورتکس در بخش های مختلف، به یک نسبت افزایش نیافته است. در انسان نوین، در پشت پیشانی منحصر به فرد او، قشر پیشانی مغز قرار دارد که نقش مهمی در توانایی های خاص انسان دارد. طبیعی است این بخش ها طی انجام فعالیت خاص، به طور اختصاصی فعال شود. بنابراین تعیین توزیع خاص انرژی در مغز، به جای تعیین توزیع کلی آن، مفیدتر خواهد بود.)

پژوهشگران دیگر روش های دیگری را برای پردازش نظری اطلاعات برای تعیین پیچیدگی فعالیت مغز و سطح هوشیاری ابداع کرده اند. گروهی یافته های نوار مغز بیمارانی را- که سطوح مختلف اختلال هوشیاری دارند- تحلیل کردند و از روشی به نام weighted symbolic mutual information (wsmi) استفاده نمودند که به طور دقیق، میان اختلال خفیف هوشیاری و وضعیت نباتی و وضعیت هوشیار تمایز میگذارد. هرچند وسایل تئوری اطلاعات، برای تحلیل و تفسیر داده ها در این مطالعات مورد بررسی بوده است باید توجه کنیم آنچه حقیقتا به عنوان روش های تجربی شناسایی میشود، خود اطلاعات نیست بلکه ساماندهی فعالیت انرژی یا پردازش آن در مغز است. فرآیندهایی که مغز با آن جریان انرژی را در ساختارهای خود تنظیم میکند به طور معمول چه به صورت مستقیم یا غیر مستقیم در درجه های متفاوتی از دقت و رزولوشن مکانی-زمانی است و با تکنیک های تصویر برداری مانند PET, FMRI, EEG انجام میشود.

(نکته ی مهم در اینجا، درک میزان انرژی و اطلاعات با واسطه ی وسایل تشخیصی ماست. یعنی در حقیقت آنچه از انرژی و اطلاعات در مغز، به ما میرسد، تصویری از واقعیت موجود در ذهن است. اینکه خود این واقعیت(یعنی خود انرژی و اطلاعات در مغز)چیست با تصویری- که از طریق ابزارهای پیشرفته ی تشخیصی و ابزارهای حسی خود در می یابیم- متفاوت است. به این ترتیب، تعریف انرژی و اطلاعات و هوشمندی ناشی از آن، غیر مستقیم خواهد بود.

آنچه در آینه دیده میشود، متفاوت از خود جسم روبروی آینه است.)

با ارجاع دوباره به مطالعه ی کازالی و همکاران او، آشفتگی هایی که از پالس انرژی مغناطیسی TMS تولید می شود و با آن pCI محاسبه می گردد، با نوار مغزی- که تفاوت های ولتاژ الکتریکی یعنی تفاوت ها در پتانسیل انرژی را بین خوشه های نورونی در قشر مغز اندازه گیری میکند- نمایش داده میشود.

PCIو wsmi میتواند با تعیین پیچیدگی و شکلگیری پروسه های انرژی در مغز طی فرایندهای آزمایشگاهی تفسیر شود.

پژوهش بعدی به طور مستقیم، ارتباط بین متابولیسم مغز، سازماندهی مغز و سطوح هوشیاری را با پیوند نوار مغز وPET - که روشی اختصاصی تر در تعیین متابولیسم مغزی است- ارزیابی میکند.

چنوو همکاران او داده ها از 104 بیمار با اختلال سطح هوشیاری را با هر دو روش جمع آوری کردند. با تحلیل این داده ها آنها روشی را برای تعیین دقیق سطوح مختلف هوشیاری مشخص کردند. این مطالعه قبلا به وسیله ی دمرتزی و همکاران او در سال 2015 ابداع شده بود. او از MRIعملکردی استفاده کرد تا ارتباط درونی و عملکردی را در مغز با سطوح هوشیاری اندازه گیری کند. روش PCI با بررسی ای- که نوار مغز را با 18F-fluorodeoxyglucose (FDG)-PET مرتبط می کند- سنجش میشود. این کار، ارتباط بین سطوح هوشیاری و سازماندهی فعالیت متابولیک مغز را واضضح تر میکند.

روش های کنونی تصویربرداری از مغز، پردازش اطلاعات را به طور دقیق مشخص نمیکند؛ بلکه تغییراتی را مشخص میکنند که در ارتباط با افزایش مصرف انرژی از طریق fMRI and PET و تغییرات در انرژی پتانسیل الکتریکی از طریق نوار مغز است و هر دوی اینها مطمئنا در ارتباط با تغییرات در عملکرد ذهنی و رفتاری است.

بر پایه ی چیزی که ما میتوانیم مشاهده کنیم، مغز بر اساس اصل پردازش انرژی، عمل میکند. مدارکی- که در بالا توضیح داده شد- پیشنهاد میدهد سطوح هوشیاری با سازماندهی پردازش انرژی در مغز تعیین میشود؛ به جای آنکه با سطح کلی انرژی تعیین شود. شرایط هوشیار و بیدار در ارتباط با سازماندهی پیچیده تری است. برای درک اینکه چرا ممکن است اینگونه باشد ما نیاز داریم موضوع انرژی را دقیق تر در نظر بگیریم.

با ما همراه باشید

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2018.02091/full

برخی توضیحات دکتر سلمان فاطمی