انضم علماء الأعصاب من 22 مختبرًا إلى شراكة دولية غير مسبوقة لإنتاج إنجاز تاريخي: خريطة عصبية تُظهر النشاط عبر الدماغ بأكمله أثناء صنع القرار.
تشمل البيانات ، التي تم جمعها من 139 فئران ، نشاطًا من أكثر من 600000 خلية عصبية في 279 منطقة من الدماغ – حوالي 95 ٪ من الدماغ في الماوس. هذه الخريطة هي أول من يقدم صورة كاملة لما يحدث في جميع أنحاء الدماغ عند اتخاذ قرار.
وقال الدكتور بول دبليو جليمشر ، رئيس قسم العلوم العصبية وعلم وظائف الأعضاء ومدير معهد علم الأعصاب في كلية جروسمان للطب بجامعة نيويورك ، للباحثين: “لقد أنشأوا أكبر مجموعة بيانات تخيلها أي شخص على الإطلاق على هذا النطاق”.
في مجال علم الأعصاب ، “هذا سوف ينخفض في التاريخ كحدث رئيسي” ، قال جليمشر ، الذي لم يشارك في البحث الجديد ، لشبكة CNN.
لبناء الخريطة ، قام الباحثون أولاً بإنشاء إجراء موحد لمشاركته عبر المختبرات ثم تتبع النشاط العصبي في الفئران حيث استجابت القوارض للمطالبات البصرية ، ودمج جميع البيانات التي يجمعها كل مختبر. سبع سنوات في صنع وعرضت في دراستين ، تم نشر النتائج في 3 سبتمبر في مجلة Nature.
وقال ألكساندر بويجي ، أستاذ كامل في علم الأعصاب الأساسي بجامعة جنيف: “هناك في الأساس نتيجتان كبيرتان ، ولهذا السبب لدينا ورقتان”. حددت إحدى الدراسات التوزيع الواسع النطاق للنشاط الكهربائي المتعلق بصنع القرار. استخدم الآخر البيانات لتقييم كيفية تشكيل التوقعات. Pouget هو مؤلف مشارك في الدراسة الأولى وكاتب كبير لـ The Second.
“لقد بدأنا من الصفر” ، قال لـ CNN. “لم يحاول أحد فعل شيء كهذا من قبل.”
تشير الأبحاث السابقة إلى أن مجموعات صغيرة من الخلايا العصبية تطلق النار في بعض أجزاء الدماغ فقط أثناء صنع القرار ، ومعظمها في المناطق المتعلقة بالمدخلات الحسية والإدراك. لكن الخريطة الجديدة تكشف أن النشاط العصبي أكثر انتشارًا بكثير ، حيث تتجول الإشارات الكهربائية عبر جميع دماغ الماوس تقريبًا خلال مراحل مختلفة من صنع القرار.
من خلية عصبية واحدة إلى الآلاف مرة واحدة
لعقود من الزمن ، درس العلماء نشاط الدماغ خلال مهام معينة باستخدام الأقطاب الكهربائية التي تسجل نبضات كهربائية من الخلايا العصبية المفردة. لكن تسجيل خلية عصبية واحدة في وقت واحد أمر صعب وبطيء ؛ من شأن عدة أشهر من العمل أن تسفر عن نتائج من حوالي 100 خلية عصبية ، مما يجعل هذه التقنية أكثر ملاءمة لدراسة المناطق ذات المستهدفة عالية من الدماغ.
على مدار العقد الماضي ، اتخذ علم الأعصاب قفزة عملاقة إلى الأمام مع تطور تحقيقات عصبية رقمية تسمى NeuroPixels ، والتي يمكنها مراقبة الآلاف من الخلايا العصبية في وقت واحد. كانت هذه الأقطاب الحساسة أداة أساسية لإنشاء الخريطة الجديدة.
“لقد انتقلنا من النظر إلى بضع مئات من الخلايا العصبية في منطقة واحدة إلى 600000 خلية عصبية في جميع مناطق الدماغ” ، قال بويجيت.
في التجارب ، ارتدت الفئران خوذات القطب أثناء تشغيل عجلة قيادة صغيرة للتحكم في حركة دائرة مخططة بالأبيض والأسود على الشاشة. ظهرت الدائرة لفترة وجيزة على الجانب الأيسر أو الجانب الأيمن من الشاشة ، والفئران التي نجحت في توجيه الدائرة إلى المركز حصلت على مكافأة من ماء السكر. عندما استجابت الفئران لما رأوه ، سجلت Neuropixels إشارات كهربائية مسجلة في أدمغتها.
وفقًا للخريطة ، ارتفع النشاط أولاً نحو الجزء الخلفي من الدماغ ، في المناطق التي تعالج المدخلات البصرية. ثم انتشر النشاط عبر الدماغ ، مع إضاءة مناطق السيطرة على المحركات كقرار الماوس في الحركة. يتبع نشاط الدماغ على نطاق واسع عندما حصل الماوس على مكافأة السكرية.
وقال بويجيت: “إنها ليست فقط بعض المناطق المتورطة في هذا ، بل شبكة كبيرة جدًا من المناطق التي تعمل معًا”. أفاد مؤلفو الدراسة أن كمية الدماغ المشاركة في القرارات ستساعد الباحثين على إجراء المزيد من الدراسات المستهدفة للسلوك المعقد ، وفقًا لما ذكره مؤلفو الدراسة.
وشمل الباحثون أيضًا تحديًا إضافيًا للفئران. في بعض الأحيان كانت الدائرة باهتة ، أو غير مرئية تقريبًا. لتحديد طريقة تحويل العجلة للحصول على مكافأة ، سيتعين على الماوس أن يتذكر ما رآه خلال المحاولات السابقة.
“هذا يسمى المعرفة السابقة” ، قال بويجيت. “يتم اتخاذ كل قرار تتخذه بهذه الطريقة.”
افترض علماء الأعصاب سابقًا أن الدماغ يصل إلى المعرفة السابقة في وقت مبكر من صنع القرار ، “حتى أنه بمجرد أن تبدأ في معالجة التحفيز الحسي ، فإنك تفعل ذلك في سياق ما تتوقعه”.
وأشار إلى أن خريطة الدماغ أثبتت أن هذا التنبؤ كان صحيحًا.
“مسح Sloan Digital Sky للدماغ”
وقال جليمشر إن التعاون الدولي على نطاق واسع في التخصصات الأخرى قد حولت كيفية إجراء العلوم ، فإن نطاق العمل الذي أنتج خريطة نشاط الدماغ هو مغير للألعاب لعلم الأعصاب.
وقال: “تقليديا ، كانت العلوم البيولوجية علمًا معمليًا” ، على عكس التعاون المتعدد LAB الذي يحدث غالبًا في الفيزياء وعلم الفلك. ومن الأمثلة الملحوظة أن مسح Sloane Digital Sky ، والذي يتضمن مئات من علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الفلك وأنتجت الخرائط ثلاثية الأبعاد الأكثر تفصيلاً على الإطلاق ، والتي تشمل أكثر من ثلث سماء الليل.
وقال جليمشر: “لقد أحدثت مسح Sloan Digital Sky ثورة في الطريقة التي نجمع بها البيانات الفلكية وتوزيعها بين علماء الفيزياء الفلكية”. كانت رؤية منظمة الأبحاث وراء خريطة الدماغ – مختبر الدماغ الدولي – “بناء مسح Sloan Digital Sky للدماغ”.
من الناحية المثالية ، أضاف Pouget ، أحد مؤسسي IBL ، ستكون هذه الخريطة الأولى من بين العديد من التعاون على نطاق واسع بين علماء الأعصاب: “نأمل حقًا أن يلهم هذا المجموعات الأخرى لبدء العمل مع هذا النوع من النهج”.
ميندي ويسبرغر كاتبة علمية ومنتج إعلامي ظهر عمله في مجال العلوم الحية ، العلمية الأمريكية وكيف يعمل. وهي مؤلفة كتاب “Rise of the Zombie Bugs: The Science of Parasitic Mind-Control” (مطبعة هوبكنز).
اشترك في النشرة الإخبارية لنظرية Wonder's Wonder Science. استكشف الكون مع الأخبار عن الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية CNN قم بإنشاء حساب في CNN.com