The Walking Brain: Mapping feature-specific cortical responses to naturally unfolding sensory experience in the real world
تستخدم هذه الدراسة تقنية التصوير الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة عالية الكثافة القابلة للارتداء وتسجيلات سمعية بصرية خاصة بالمشاركين لإنشاء إطار عمل قائم على الميزات ينجح في رسم وتوقع الاستجابات القشرية لميزات السطوع والصوت والوجه التي تتكشف بشكل طبيعي أثناء المشي في العالم الحقيقي غير المقيد.
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 عمل العقل البشري، اعتمد العلماء لفترة طويلة على حيلة بسيطة ولكنها محدودة: وهو أن يطلبوا من الناس الجلوس بهدوء تام في غرفة صامتة ومشاهدة فيلم أو الاستماع إلى قصة بينما يتم مسح أدمغتهم. لقد كشف هذا النهج أن الدماغ ينظم نفسه إلى أحياء محددة، حيث تضاء مناطق مختلفة لأنواع مختلفة من المعلومات، مثل الصوت أو الضوء. ومع ذلك، فإن بيئة المختبر هذه تجرد الحياة من الأشياء التي تجعلها واقعية: القدرة على الحركة، والحرية في النظر إلى حيث تختار، والتدفق الفوضوي وغير المكتوب للعالم الخارجي. ولعقود من الزمن، ظل لغزاً ما إذا كانت خرائط الدماغ المنظمة بدقة للعالم ستصمد عندما يسير الشخص فعلياً في شارع مزدحم، ويتنقل بين حركة المرور، ويواجه أشخاصاً وأصواتاً لم يخطط لها أحد من أجله.
لقد اتخذ فريق من الباحثين في جامعة بوسطن الآن خطوة كبيرة نحو الإجابة على هذا السؤال عبر نقل ماسح الدماغ من المختبر إلى الشارع. فباستخدام جهاز قابل للارتداء بحجم حقيبة الظهر يقيس تدفق الدم في الدماغ، سجلوا النشاط العصبي لعشرين بالغاً أثناء سيرهم في مسار محدد مسبقاً في حرم جامعي. وعلى عكس الدراسات السابقة حيث كان يُطلب من المشاركين أداء مهام محددة، كان هؤلاء المشاة أحراراً في التحرك بالسرعة التي تناسبهم والنظر إلى ما يجذب انتباههم، بينما قامت كاميرا مثبتة على رؤوسهم بتسجيل كل ما رأوه وسمعوه بدقة. ثم قارن الباحثون خرائط أدمغتهم في العالم الحقيقي بتلك التي تم إنتاجها عندما شاهدت مجموعة أخرى من الأشخاص فيلماً طبيعياً في غرفة خاضعة للسيطرة، باستخدام نفس النوع من تقنية تصوير الدماغ.
أظهرت الدراسة أن استجابة الدماغ للمعلومات الحسية الأساسية تظل مستقرة بشكل مثير للدهشة، حتى عندما تكون البيئة غير خاضعة للسيطرة. فعندما نظر الباحثون في كيفية تفاعل الدماغ مع التغيرات في الضوء والصوت، بدت خرائط النشاط متشابهة جداً سواء كان الشخص جالساً في غرفة مظلمة يشاهد فيلماً أو يسير في حرم جامعي مشمس. وتحديداً، أظهرت المناطق المسؤولة عن معالجة السطوع البصري والجهارة الصوتية في الدماغ توافقاً مكانياً قوياً عبر كلا الإعدادين. وهذا يشير إلى أن الأجهزة الأساسية للدماغ للتعامل مع الضوء والصوت قوية بما يكفي لتعمل باستمرار، بغض النظر عما إذا كانت التجربة مكتوبة بواسطة مخرج أو تتكشف بشكل طبيعي على رصيف.
ومع ذلك، تغيرت القصة عندما نظر الباحثون في كيفية استجابة الدماغ للوجوه. فبينما أظهر الدماغ نمطاً ثابتاً للوجوه أثناء الفيلم، حيث وجه السرد وزوايا الكاميرا الانتباه، أصبح النمط مشتتاً ومختلفاً أثناء المشي في الهواء الطلق. ويرى الباحثون أن هذا يعود إلى أن رؤية وجه في فيلم غالباً ما تكون جزءاً من قصة اجتماعية أو نقطة حبكة محددة، في حين أن رؤية وجه في الشارع هي حدث عابر وموجه ذاتياً، قد يحفز أنواعاً مختلفة من الانتباه أو المعالجة الاجتماعية. وهذا يشير إلى أنه بينما تكون الخرائط الحسية الأساسية للدماغ متينة، فإن استجابته للإشارات الاجتماعية المعقدة مثل الوجوه أكثر حساسية للسياق والطريقة التي يختار بها الشخص التفاعل مع محيطه.
وإلى جانب رسم خرائط هذه الاستجابات، اختبر الفريق أيضاً ما إذا كان بإمكانهم التنبؤ بما سيفعله الدماغ لاحقاً بناءً على البيئة وحدها. ومن خلال تغذية الكمبيوتر بالتدفق المستمر لبيانات الضوء والصوت والحركة المسجلة من كاميرات المشاة، بنوا نموذجاً يمكنه تخمين نشاط الدماغ خلال جزء من الرحلة لم يره النموذج من قبل. وقد تمكن النموذج من التنبؤ بإشارات الهيموديناميك (الديناميكية الدموية) في الدماغ بمستوى من الدقة كان ذا دلالة إحصائية، مما يثبت أن المدخلات الحسية المستمرة وغير المكتوبة من العالم الحقيقي تحتوي على معلومات كافية للتنبؤ بالنشاط العصبي. وتعد هذه النتيجة بارزة لأنها تثبت أنه حتى بدون نص مخطط له مسبقاً، فإن رد فعل الدماغ تجاه العالم يتبع منطقاً يمكن التنبؤ به من خلال تفكيك البيئة نفسها.
كما كشفت الدراسة أن خرائط الدماغ هذه قابلة للتكرار داخل الشخص نفسه. فعندما سلك نفس الأفراد المسار مرتين، ظل استجابة دماغهم للضوء والوجوه ثابتاً من رحلة إلى أخرى، على الرغم من اختلاف الأشخاص والأحداث التي واجهوها في كل مرة. وهذا يشير إلى أن الدماغ يحافظ على تمثيل داخلي مستقر لكيفية معالجة هذه السمات، حيث يعمل كمرساة موثوقة حتى مع تغير العالم الخارجي حولهم. ومع ذلك، لاحظ الباحثون أن هذه الخرائط لم تكن متطابقة بين مختلف الأشخاص؛ فبينما أظهر الأفراد اتساقاً مع أنفسهم، كانت الأنماط المحددة تختلف بما يكفي بين المشاة المختلفين بحيث لا يمكن لخريطة "متوسطة" واحدة أن تصف الجميع بدقة. وهذا يسلط الضوء على أنه بينما يكون تنظيم الدماغ مستقراً بالنسبة للفرد، فإن الطريقة التي يختبر بها كل شخص العالم ويعالجه هي تجربة شخصية عميقة.
في نهاية المطاف، يوفر هذا البحث إطاراً جديداً لدراسة الدماغ في "البرية". فمن خلال الجمع بين تصوير الدماغ القابل للارتداء والقدرة على إعادة بناء العالم الحسي الدقيق الذي يختبره الشخص، يمكن للعلماء الآن تجاوز القيود الاصطناعية للمختبر. إن العمل يظهر أن تنظيم الدماغ الخاص بالميزات ليس مجرد نتاج لتجارب محكومة، بل هو خاصية أساسية لكيفية تنقلنا في حياتنا اليومية. وهو يؤكد أن قدرة الدماغ على معالجة الضوء والصوت مرنة، بينما تعامل مع الإشارات الاجتماعية مثل الوجوه مرن ويعتمد على السياق. والأهم من ذلك، أنه يثبت أننا نستطيع الآن قياس وفهم نشاط الدماغ أثناء حدوثه في العالم الحقيقي، مما يفتح الباب أمام مستقبل يمكن فيه لعلم الأعصاب أن يستوعب حقاً تعقيد التجربة البشرية.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.