بر اساس تحقیقات نظری جدید، مغزهای کوچک می توانند کارهای بزرگ انجام دهند
بر اساس تحقیقات نظری جدید، مغزهای کوچک می توانند کارهای بزرگ انجام دهند
مغزشناسان با مشکلی مواجه شدند.
برای دهه‌ها، پژوهشگران نظریه‌ای درباره چگونگی پیگیری موقعیت یک حیوان نسبت به محیط اطرافش بدون دریافت نشانه‌های خارجی داشتند — مانند اینکه چگونه ما حتی با چشم‌های بسته، می‌دانیم کجا هستیم.
بر اساس این نظریه، که بر پایه ضبط‌های مغزی از جوندگان بود، شبکه‌های عصبی به نام شبکه‌های جاذب حلقه‌ای، یک قطب‌نمای داخلی را حفظ می‌کنند که موقعیت شما را در جهان نگه می‌دارد. تصور می‌شد که یک قطب‌نمای داخلی دقیق نیاز به یک شبکه بزرگ با تعداد زیادی نورون دارد، در حالی که یک شبکه کوچک با تعداد کم نورون باعث می‌شود سوزن قطب‌نما منحرف شود و خطاهایی را ایجاد کند.
سپس پژوهشگران یک قطب‌نمای داخلی در مگس‌های میوه کوچک کشف کردند.
«قطب‌نمای مگس بسیار دقیق است، اما از یک شبکه بسیار کوچک تشکیل شده است که بر خلاف فرضیات قبلی است»، می‌گوید آن هرموندستاد، رهبر گروه جانلیا. «بنابراین، به وضوح یک فاصله در درک ما از قطب‌نماهای مغزی وجود داشت.»
اکنون، تحقیقی به رهبری مارسللا نومان، یک پژوهشگر پست‌دکتری در آزمایشگاه هرموندستاد در مرکز تحقیقات جانلیا، این معما را توضیح می‌دهد. نظریه جدید نشان می‌دهد که چگونه می‌توان یک قطب‌نمای داخلی کاملاً دقیق با یک شبکه بسیار کوچک، مانند مگس‌های میوه، ایجاد کرد.
این کار نحوه تفکر مغزشناسان را در مورد چگونگی انجام بسیاری از وظایف، از حافظه کاری تا ناوبری و تصمیم‌گیری، تغییر می‌دهد.
«این واقعاً دانش ما را درباره قابلیت‌های شبکه‌های کوچک گسترش می‌دهد»، می‌گوید نومان. «آن‌ها واقعاً می‌توانند محاسبات بسیار پیچیده‌تری نسبت به آنچه قبلاً شناخته شده بود انجام دهند.»
ایجاد یک جاذب حلقه‌ای
زمانی که نومان در سال ۲۰۱۹ به جانلیا آمد، با مشکلی مواجه شد که هرموندستاد و دیگران در تلاش بودند تا آن را حل کنند: چگونه می‌تواند مغز کوچک مگس یک قطب‌نمای داخلی دقیق ایجاد کند؟
نومان ابتدا سعی کرد نشان دهد که نمی‌توان یک جاذب حلقه‌ای با یک شبکه کوچک از نورون‌ها ایجاد کرد و نیاز به افزودن «مواد اضافی» مانند انواع سلول‌های دیگر و خواص بیوفیزیکی دقیق‌تری از سلول‌ها وجود دارد. برای این کار، او تمام «مواد اضافی» را از مدل‌های موجود حذف کرد تا ببیند آیا می‌تواند با آنچه باقی‌مانده است، یک جاذب حلقه‌ای ایجاد کند. او فکر می‌کرد که این امکان‌پذیر نخواهد بود.
اما نومان در اثبات فرضیه‌اش به مشکل برخورد. در آن لحظه، او تصمیم گرفت که نیاز به رویکردی متفاوت دارد.
«باید ذهنیتم را تغییر می‌دادم و فکر می‌کردم، خوب، شاید به این دلیل است که می‌توانی یک جاذب حلقه‌ای را با یک شبکه کوچک ایجاد کنی» می‌گوید، «و سپس مشخص کنم که شبکه باید چه شرایط خاصی را برآورده کند تا این اتفاق بیفتد.»
با تغییر فرضیه‌اش، نومان متوجه شد که در واقع ممکن است با کمترین چهار نورون، یک جاذب حلقه‌ای ایجاد کند، به شرطی که اتصالات بین آن‌ها به‌دقت تنظیم شود. نومان با دیگر پژوهشگران در جانلیا همکاری کرد تا نظریه جدید را در آزمایشگاه آزمایش کند و شواهد فیزیولوژیکی پیدا کرد که نشان می‌دهد مغز مگس می‌تواند یک جاذب حلقه‌ای ایجاد کند.
«شبکه‌های کوچکتر و مغزهای کوچکتر می‌توانند محاسبات پیچیده‌تری نسبت به آنچه قبلاً فکر می‌کردیم انجام دهند»، می‌گوید نومان. «اما، برای انجام این کار، نورون‌ها باید به‌دقت بیشتری به هم متصل شوند تا آنچه در یک مغز بزرگ‌تر نیاز است، جایی که می‌توانی از تعداد زیادی نورون برای انجام همان محاسبات استفاده کنی.»
او می‌افزاید: «بنابراین، یک تعادل بین تعداد نورون‌هایی که برای این محاسبه استفاده می‌شود و دقت اتصالات آن‌ها وجود دارد.»
آینده تحقیق
در مرحله بعد، پژوهشگران قصد دارند بررسی کنند که آیا «مواد اضافی» می‌توانند به جاذب حلقه‌ای شبکه افزونگی بیشتری بدهند و آیا محاسبه پایه می‌تواند به‌عنوان یک بلوک سازنده برای محاسبات پیچیده‌تر در شبکه‌های بزرگ‌تر با چندین متغیر عمل کند. آزمایش‌های اضافی همچنین می‌تواند به پژوهشگران کمک کند تا بفهمند چگونه اتصالات بین نورون‌ها در شبکه تنظیم می‌شوند و چگونه نشانه‌های حسی ممکن است بر نمایندگی شبکه از جهت سر تأثیر بگذارند.
برای نومان، یک ریاضیدان که به عصب‌شناس تبدیل شده است، فهمیدن نحوه ترجمه زیست‌شناسی به یک مشکل ریاضی که می‌تواند حل شود، چالش‌برانگیز اما سرگرم‌کننده بوده است.
«سیستم جهت‌گیری سر مگس اولین نمونه از فعالیت عصبی بود که تا به حال دیده بودم، بنابراین فهمیدن و درک اینکه چگونه این کار می‌کند، سرگرم‌کننده بوده است» می‌گوید.
دیدگاهتان را بنویسید