The Impact of Topological Changes on Visual Working Memory in Schizophrenia: Evidence from Behavioral and EEG Measures

إن العقل البشري بارع في التنظيم. فعندما ننظر إلى العالم، لا تقوم أدمغتنا بمجرد تسجيل مجموعة فوضوية من الألوان والخطوط؛ بل تقوم فوراً بتجميع هذه التفاصيل في أشياء متماسكة. وتعتمد هذه القدرة على رؤية كوب كشيء واحد، بدلاً من مجرد مجموعة من المنحنيات والمقبض، على نوع محدد من المعلومات الهيكلية يسمى "التوبولوجيا" (Topology). وببساء التعبير، تشير التوبولوجيا إلى الشكل الأساسي للجسم الذي يظل ثابتاً حتى لو تغيرت تفاصيل سطحه. على سبيل المثال، كوب القهوة الذي له مقبض يحتوي على ثقب فيه، بينما الكرة الصلبة لا تحتوي على ثقب. هذا الاختلاف في وجود أو غياب الثقب هو خاصية توبولوجية. إنها سمة عميقة ومستقرة لهوية الشيء يبدو أن أدمغتنا تعطيها الأولوية، وغالباً ما تلاحظها بشكل أسرع وأكثر موثوقية من التغيرات في اللون أو الخط الخارجي الدقيق للشكل. وتمتد هذه الأولوية إلى الذاكرة العاملة البصرية، وهي المساحة الذهنية التي نحتفظ فيها بالصور لفترة وجيزة في عقولنا لاستخدامها في المهام.

ومع ذلك، يمكن لهذا النظام التصنيفي الذهني أن يتعطل. ففي مرض الفصام، وهو حالة صحية عقلية خطيرة، يعاني الأشخاص غالباً من مشاكل في الذاكرة العاملة، حيث يجدون صعوبة في الاحتفاظ بالمعلومات البصرية أو دمج الميزات المختلفة في صورة واحدة واضحة. وبينما من المعروف أن هؤلاء المرضى يعانون من مشاكل في الذاكرة، فقد تساءل العلماء لفترة طويلة عما إذا كانت المشكلة تكمن تحديداً في كيفية تعامل الدماغ مع هذه الأشكال الهيكلية العميقة. هل لا يزال دماغ الشخص المصاب بالفصام يعامل الشكل الأساسي للجسم باعتباره أهم شيء يجب تذكره، أم أن هذه الأولوية الخاصة قد فُقدت؟ إن فهم هذا الأمر قد يكشف ما إذا كان الجوهر يكمن في فشل في رؤية العالم بوضوح، أو فشل في تنظيم ما يُرى في ذاكرة قابلة للاستخدام.

قام فريق من الباحثين في جامعة آنهوي الطبية وعدة مستشفيات في الصين بمحاولة الإجابة على هذا السؤال من خلال مراقبة كيفية تذكر الناس للأشكال. وقد استعانوا بمجموعتين من البالغين: واحد وثلاثون مريضاً يعانون من فصام مستقر سريرياً، واثنان وثلاثون شخصاً من الأصحاء. تراوحت أعمار جميع المشاركين بين 18 و45 عاماً، وكانوا يتمتعون برؤية طبيعية، وأكملوا تسع سنوات دراسية على الأقل. وكان جميع المرضى يتناولون أدوية منتظمة لحالتهم ولم يكونوا في خضم نوبة ذهانية حادة. وقبل التجربة الرئيسية، قام الباحثون بتقييم أعراض المرضى والقدرات المعرفية العامة لجميع المشاركين لضمان مقارنة عادلة.

أجريت التجربة في غرفة هادئة حيث جلس المشاركون على بعد حوالي مترين من شاشة الكمبيوتر. عُرضت عليهم سلسلة من الأشكال الهندسية، بعضها يحتوي على ثقوب وبعضها لا يحتوي عليها، بألوان متنوعة. وفي كل محاولة، كان على المشارك حفظ أربعة من هذه الأشكال وأماكن تواجدها. وبعد فترة توقف قصيرة، ظهر شكل جديد واحد على الشاشة، وكان على المشارك أن يقرر ما إذا كان خطه الخاري يطابق الشكل الذي رآه سابقاً في نفس المكان. وقد تحكم الباحثون بعناية في التغييرات؛ فأحياناً تغير الخط الخارجي، وأحياناً تغير اللون، وأحياناً تغيرت البنية الأساسية — وتحديداً ما إذا كان الشكل يحتوي على ثقب أم لا. ومن الأهمية بمكان أن الباحثين تلاعبوا بهذه الميزات بحيث يتوافق وضع الثقب مع التغيير في الخط الخاري أو يتعارض معه. وقد سمح هذا الإعداد لهم برؤية ما إذا كان الدماغ يستخدم معلومات "الثقب" تلقائياً للمساعدة في مهمة الذاكرة أو إعاقتها، على الرغم من أن المهمة كانت تسأل فقط عن الخط الخارجي.

أظهرت النتائج أنه بالنسبة للأشخاص الأصحاء، كان الدماغ يستخدم بالفعل تلك المعلومات الهيكلية. فعندما كان وضع الثقب في الشكل يتوافق مع التغيير في الخط الخاري، كان المشاركون الأصحاء أكثر دقة وسرعة في تنفيذ مهمتهم. وكأن أدمغتهم كانت تستخدم الهوية الهيكلية العميقة للجسم كمرساة موثوقة. ومع ذلك، أظهر المرضى المصابون بالفصام نمطاً مختلفاً. فرغم أنهم لم يكونوا عميان تماماً عن التغييرات الهيكلية، إلا أن قدرتهم على استخدام هذه المعلومات لتحسين ذاكرتهم كانت أضعف بكثير. لقد كانوا أقل دقة بشكل عام من المجموعة السليمة، وكانت الدفعة المفيدة التي يوفرها الاتساق الهيكلي أصغر بكثير بالنسبة لهم. وهذا يشير إلى أنه بينما كان بإمكان المرضى رؤية الأشكال، إلا أن أدمغتهم كانت أقل كفاءة في دمج تلك المعرفة الهيكلية العميقة في ذاكرتهم العاملة لتوجيه قراراتهم.

ولفهم ما كان يحدث داخل الدماغ خلال هذه اللحظات من الذاكرة، وضع الباحثون أقطاباً كهربائية على رؤوس المشاركين لتسجيل النشاط الكهربائي. وقد ركزوا على موجات دماغية محددة تُعرف بأنها تشارك في حفظ المعلومات واتخاذ القرارات. ونظروا في نشاط الدماغ في المنطقة الجبهية، التي تتولى اتخاذ القرار، والمنطقة القذالية في الجزء الخلفي من الرأس، التي تعالج الرؤية. ووجدوا أنه لدى الأشخاص الأصحاء، تتغير الإشارات الكهربائية للدماغ في نطاق تردد "بيتا" بطريقة محددة عندما يتغير هيكل الجسم. ويُعتقد أن هذا التغيير يعكس تحديث الدماغ لصورته الداخلية للجسم. أما في حالات المرضى المصابين بالفصام، فقد كان إشارة التحديث هذه متغيرة؛ إذ لم تظهر أدمغتهم نفس الاستجابة المرنة عندما تغير هيكل الشكل، مما يشير إلى أنهم يعانون في تحديث صورتهم الذهنية للجسم في الوقت الفعلي.

علاوة على ذلك، فحص الباحثون كيف تتواصل أجزاء مختلفة من الدماغ مع بعضها البعض. فلدى المشاركين الأصحاء، عندما يتغير هيكل الشكل، تقوى الصلة بين المنطقة البصرية في الجزء الخلفي من الدماغ ومنطقة اتخاذ القرار في الأمام وفق إيقاع محدد. ومن المرجح أن هذا الاتصال القوي يساعد الدماغ على تنسيق المدخلات البصرية مع مهمة الذاكرة. أما المرضى المصابون بالفصام، فلم يظهروا هذه القدرة نفسها على تقوية الاتصال بناءً على متطلبات المهمة. بدا أن أدمغتهم أقل قدرة على ربط مركز المعالجة البصرية بمركز الذاكرة بمرونة عندما تكون المعلومات الهيكلية ذات صلة.

ترسم هذه النتائج صورة لنوع محدد من الصعوبات في مرض الفصام. فالمرضى لا ينسون الأشياء ببساطة؛ بل يواجهون مشكلة في استخدام السمات الأكثر جوهرية وثباتاً للجسم لمساعدتهم على التذكر. فأدمغتهم لا تبدو وكأنها تعطي الأولوية للهوية الهيكلية العميقة للجسم بنفس الطريقة التي تفعلها الأدمغة السليمة، والشبكات العصبية التي تنسق هذه العملية عادةً تكون أقل استجابة. وتشير الدراسة إلى أن مشاكل الذاكرة في الفصام قد تنبع من مشكلة أعمق في كيفية تنظيم الدماغ للمعلومات البصرية وتحديثها، بدلاً من كونها مجرد نقص في مساحة التخزين. ورغم ملاحظة الباحثين أن حجم العينة كان صغيراً نسبياً، وأنه لا يمكن استبعاد تأثير الأدوية تماماً، إلا أن النتائج تشير إلى الحاجة إلى النظر في كيفية بناء الدماغ لهوية الأشياء عند دراسة اضطرابات الذاكرة. ويشير العمل إلى أن المسار نحو فهم أفضل لهذه الحالات قد يكمن في فحص كيفية إدراك الدماغ لبنية العالم، وليس مجرد تفاصيله السطحية.