Rapid spatial cognition in mice, with and without neocortex and hippocampus
تُظهر هذه الدراسة أن الفئران التي تفتقر إلى كل من القشرة الجديدة والحصين يمكنها تعلم مهام الملاحة المكانية ثلاثية الأبعاد المعقدة وتعميمها والاحتفاظ بها بسرعة، مما يشير إلى أن هذه القدرات المعرفية المتطورة لا تعتمد بشكل صارم على هذه البنى الدماغية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
لفهم كيفية تعلم الحيوان طريق عبر عالم جديد، ركز العلماء لفترة طويلة على جزءين محددين من الدماغ: الحصين (hippocampus) والقشرة الجديدة (neocortex). يُنظر إلى الحصين غالبًا على أنه صانع الخرائط الداخلي للدماغ، حيث يساعد الكائنات على تذكر أين كانت وإلى أين يتعين عليها الذهال. أما القشرة الجديدة، وهي الطبقة الخارجية من الدماغ، فيُعتقد أنها تتعامل مع التفكير المعقد، مما يسمح للحيوانات بفهم القواعد والتكيف مع المواقف الجديدة. ولعقود من الزمن، كان الرأي السائد هو أن التعلم السريع —القدرة على حل مشكلة بعد بضع محاولات فقط— يتطلب هذين الهيكلين المتطورين. وإذا افتقر الحيوان إليهما، كان الافتراض هو أنه سيظل عالقًا في حلقة من التجربة والخطأ، غير قادر على تكوين صورة ذهنية لمحيطه أو تذكر مسار ناجح. وقد شكلت هذه الفكرة فهمنا للذكاء، مما يوحي بأن التفكير السريع هو رفاهية مخصصة للأدمغة المعقدة.
ومع ذلك، تتحدى دراسة جديدة هذا الاعتقاد الذي ساد طويلاً من خلال طرح سؤال بسيط: ماذا يحدث عندما تزيل الأجزاء التي نعتقد أنها ضرورية للتعلم؟ صمم باحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا متاهة ثلاثية الأبعاد معقدة ليتحرك من خلالها الفئران، وهي بنية تشبه شبكة من شوارع المدينة ولكنها مكدسة في طبقات. ثم اختبروا فئرانًا ولدت بدون قشرة جديدة أو حصين. هذه الحيوانات، المعروفة باسم "الفئران عديمة القشرة" (acortical mice)، تمتلك فقط الأجزاء الأقدم والأعمق من الدماغ. كان الهدف هو معرفة ما إذا كانت هذه الفئران تستطيع تعلم المتاهة، وتذكر الحل، وتطبيق ما تعلمته على نسخ جديدة من اللغز. وتكشف النتائج أن قدرة الدماغ على التعلم بسرعة لا تعتمد بشكل صارم على الهياكل التي كنا نظن ذات يوم أنها لا غنى عنها.
بنى الباحثون متاهة تسمى "متاهة مانهاتن"، وهي متاهة قابلة لإعادة التشكيل مكونة من طبقتين من الممرات. تخيل شبكة من الأنفاق الأفقية في الأسفل وشبكة مطابقة من الأنفاق الرأسية في الأعلى، يفصل بينهما لوح بلاستيكي به ثقوب. ومن خلال تبديل هذا اللوح، استطاع الباحثون تغيير الأنفاق المتصلة فورًا، مما خلق آلاف التخطيطات الفريدة دون تحريك المتاهة الفعلية. بدأت الفئران بنسخة بسيطة لتتعلم أن مكافآت الماء متوفرة في منفذين محددين، أحدهما عند طرف "المنزل" والآخر عند طرف "الخروج". وكان عليها الركض ذهابًا وإيابًا بين هذين المنفذين للشرب. وبمج- بمجرد إتقانها لهذا الروتين الأساسي، قدم لها الباحثون متاهة معقدة ذات مسار طويل ومتعرج يتطلب تسع منعطفات صحيحة للوصের إلى المكافأة.
تعلمت الفئران الطبيعية هذا المسار بسرعة ملحوحة. ففي غضون ساعات قليلة وبعد عدد قليل من المكافآت فقط، توقفت عن التجول العشوائي وبدأت في اتخاذ طرق مباشرة. لم يكتفوا بمجرد حفظ تسلسل واحد من المنعطفات؛ بل تعلموا قاعدة عامة حول كيفية التحرك للأمام دون التراجع، وهي مهارة استطاعوا تطبيقها على تخطيطات المتاهة الجديدة في اليوم التالي مباشرة. كما أظهروا قدرة على تذكر الحل لأسابيع. والأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أنهم تمكنوا من تحديد أي نقطة قرار محددة في المتاهة كانت الأكثر أهمية، حتى لو كان ذلك القرار بعيدًا عن المكافأة في المكان والزمان. وهذه القدرة على تخصيص "الائتمان" أو الفضل لقرار اتخذ بعيدًا هي سمة من سمات التعلم المتطور.
ثم وجه الباحثون اهتمامهم إلى الفئران التي تفتقر إلى القشرة الجديدة والحصين. في البداية، واجهت هذه الحيوانات صعوبة؛ فقد استكشفت المتاهة بشكل غير فعال، حيث كانت تركض ذهابًا وإيابًا في نفس الممرات واستغرقت وقتًا أطول بكثير للعثور على الماء مقارنة بنظرائها الطبيعيين. بدا وكأنها غير قادرة على بناء خريطة ذهنية للمكان خلال استكشافها الأولي. ومع ذلك، بمجرد أن وجدت مكافأة أخيرًا وبدأت في التعلم، حدث شيء مفاجئ. فقد تحسنت الفئران عديمة القشرة بنفس السرعة التي تحسنت بها الفئران الطبيعية. لقد تعلمت اتخاذ طرق مباشرة، وتذكرت المسار لأيام وحتى أسابيع، واستطاعت تعميم معرفتها على تخطيطات المتاهة الجديدة. حتى أنهم تمكنوا من تحديد نقاط القرار الحرجة في المتاهة المعقدة، مما أظهر قدرتهم على تخصيص قيمة لقرار اتخذ بعيدًا عن المكافأة.
تشير الدراسة إلى أن التأخير لدى الفئران عديمة القشرة لم يكن فشلًا في التعلم، بل كان فشلًا في الاستكشاف. فبدون هياكل الدماغ العليا، كانوا أقل كفاءة في جمع المعلومات حول المتاهة قبل العثور على مكافأة. ولكن بمجرد حصولهم على تلك المعلومة الأولى، كانت دوائر أدمغتهم المتبقية قادرة تمامًا على معالجتها، وتكوين ذاكرة، واستخدامها في التنقل. استخدم الباحثون محاكاة حاسوبية لاختبار كيف يمكن لخوارزميات التعلم المختلفة أن تفسر هذا السلوك. ووجدوا أن نموذجًا يعتمد على بناء خريطة للبيئة يمكن أن يفسر نجاح الفئر দ্রুত، بينما النموذج القائم على نظام "التجربة والخطأ والتعزيز" المحض لم يستطع ذلك. وهذا يدعم فكرة أن الجزء تحت القشري (subcortical) من الدماغ، وهو الجزء الأقدم، قادر على بناء خريطة معرفية والتعلم من تجارب قليلة جدًا.
يعيد هذا الاكتشاف تشكيل فهمنا لمكان استقرار الذكاء في الدماغ. فهو يوضح أن القدرة على التعلم بسرعة، وتذكر مسار، والتكيف مع المواقف الجديدة ليست حكرًا على القشرة الجديدة والحصين. فهذه الوظائف يمكن أن تنبثق من الأجزاء الأعمق والأقدم من الدماغ، بشرط أن تتاح للحيوان فرصة الاستكشاف والعثور على مكافأة. ولا تدعي الدراسة أن القشرة الجديدة والحصين عديمان الفائدة، بل تشير بدلاً من ذلك إلى أن دورهما الأساسي في هذا السياق قد يكون تسهيل الاستكشاف الأولي وتنظيم المعلومات، وليس كونهما المقر الوحيد للتعلم نفسه. إن قدرة الدماغ على التعلم المكاني السريع تبدو سمة أكثر جوهرية وانتشارًا مما كان يُعتقد سابقًا، حيث تكمن في دوائر موجودة منذ زمن طويل قبل تطور الطبقات الخارجية المعقدة لثدييات الدماغ.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.