تتوسع قدرة الدماغ على إدراك الفضاء مثل الكون

تتوسع قدرة الدماغ على إدراك الفضاء مثل الكون

وجد باحثو سالك أن الشبكات العصبية المسؤولة عن الإدراك المكاني تتغير بطريقة غير خطية وقد يكون لها آثار على الاضطرابات التنكسية العصبية مثل مرض الزهايمر

لا جولا - يعتقد الأطفال الصغار أحيانًا أن القمر يتبعهم ، أو أنه يمكنهم الوصول إليه ولمسه. يبدو أنه أقرب بكثير مما يتناسب مع المسافة الحقيقية. بينما نتحرك في حياتنا اليومية ، نميل إلى الاعتقاد بأننا نبحر في الفضاء بطريقة خطية. لكن علماء سالك اكتشفوا أن الوقت الذي يقضونه في استكشاف البيئة يؤدي إلى نمو التمثيلات العصبية بطرق مدهشة.

والنتائج التي نشرت في طبيعة علم الأعصاب في 29 ديسمبر 2022 ، أظهر أن الخلايا العصبية في الحُصين ضرورية للملاحة المكانية والذاكرة والتخطيط تمثل الفضاء بطريقة تتوافق مع الهندسة الزائدية غير الخطية - امتداد ثلاثي الأبعاد ينمو بشكل كبير للخارج. (بعبارة أخرى ، إنها على شكل الجزء الداخلي لساعة رملية متوسعة). وجد الباحثون أيضًا أن حجم هذا الفضاء ينمو مع الوقت الذي يقضيه في مكان ما. ويزداد الحجم بطريقة لوغاريتمية تتناسب مع أقصى زيادة ممكنة في المعلومات التي يعالجها الدماغ.

يوفر هذا الاكتشاف طرقًا قيمة لتحليل البيانات المتعلقة بالاضطرابات الإدراكية العصبية التي تنطوي على التعلم والذاكرة ، مثل مرض الزهايمر.

توضح دراستنا أن الدماغ لا يعمل دائمًا بطريقة خطية. بدلاً من ذلك ، تعمل الشبكات العصبية على طول منحنى متوسع ، والذي يمكن تحليله وفهمه باستخدام الهندسة الزائدية ونظرية المعلومات "، كما يقول الأستاذ سالك تاتيانا شاربي، حاملة كرسي Edwin K. Hunter ، الذي قاد الدراسة. "من المثير أن نرى أن الاستجابات العصبية في هذه المنطقة من الدماغ شكلت خريطة توسعت بالخبرة بناءً على مقدار الوقت المخصص في مكان معين. استمر التأثير حتى مع انحرافات طفيفة في الوقت الذي كان فيه الحيوان يعمل بشكل أبطأ أو أسرع في البيئة. "

يستخدم مختبر Sharpee مناهج حسابية متقدمة لفهم كيفية عمل الدماغ بشكل أفضل. لقد كانوا مؤخرًا رائدين في استخدام الهندسة الزائدية لفهم الإشارات البيولوجية بشكل أفضل مثل جزيئات الرائحة ، بالإضافة إلى إدراك الرائحة.

في الدراسة الحالية ، وجد العلماء أن الهندسة الزائدية توجه الاستجابات العصبية أيضًا. يُنظر إلى الخرائط الزائدية للجزيئات والأحداث الحسية من خلال الخرائط العصبية الزائدية. توسعت تمثيلات الفضاء ديناميكيًا في ارتباط مع مقدار الوقت الذي يقضيه الجرذ في استكشاف كل بيئة. وعندما يتحرك الجرذ بشكل أبطأ خلال البيئة ، فإنه يكتسب المزيد من المعلومات حول الفضاء ، مما تسبب في نمو التمثيلات العصبية أكثر.

يقول Huanqiu Zhang ، طالب دراسات عليا في مختبر Sharpee: "توفر النتائج منظورًا جديدًا حول كيفية تغيير التمثيلات العصبية من خلال التجربة". "المبادئ الهندسية المحددة في دراستنا يمكن أن توجه أيضًا المساعي المستقبلية في فهم النشاط العصبي في أنظمة الدماغ المختلفة."

يقول شاربي: "قد تعتقد أن الهندسة الزائدية تنطبق فقط على المقياس الكوني ، لكن هذا ليس صحيحًا". "تعمل أدمغتنا بشكل أبطأ بكثير من سرعة الضوء ، وهو ما قد يكون سببًا في ملاحظة التأثيرات القطعية على المساحات القابلة للإمساك بدلاً من المساحات الفلكية. بعد ذلك ، نود معرفة المزيد حول كيفية نمو هذه التمثيلات الزائدية الديناميكية في الدماغ ، وتتفاعل وتتواصل مع بعضها البعض ".

ومن بين المؤلفين الآخرين ب. ديلان ريتش من جامعة برينستون وألبرت ك. لي من حرم جانيليا للأبحاث في معهد هوارد هيوز الطبي.

تم دعم البحث من قبل مبادرة AHA-Allen في صحة الدماغ والضعف الإدراكي التي تم تقديمها بالاشتراك من خلال جمعية القلب الأمريكية ومجموعة Paul G. Allen Frontiers Group (19PABH134610000) ، ومؤسسة دورسيت براون ، ومؤسسة ماري كيه تشابمان ، ومؤسسة Aginsky الزمالة والمؤسسة الوطنية للعلوم (IIS-1724421) والمؤسسة الوطنية للعلوم شبكات الجيل القادم لبرنامج العلوم العصبية (جائزة 2014217) والمعاهد الوطنية للصحة (U19NS112959 و P30AG068635) ومعهد هوارد هيوز الطبي.

دوى: 10.1038/s41593-022-01212-4