كيف يقوم الدماغ بتنسيق عملية التعلم؟
18 ديسمبر 2020
المترجم: عدنان أحمد الحاجي
المقالة رقم 07 لسنة 2021
How does the brain orchestrate learning?
December 18,2020
المريض الشهير هنري مولايسون Molaison «يُعرف من مدة طويلة ب.H.M» عانى من أضرار لحقت بالحصين بعد أن خضع إلى محاولة علاج من الصرع كان يعاني منه. كنتيجة لتلك العملية، أصيب بفقدان الذاكرة التقدمي [1] ، التي تعني أن الأشياء التي تعلمها لا تتجاوز ذاكرته قصيرة المدى. على الرغم من أن ذكرياته التي كانت لديه من فترة الطفولة لا تزال على حالها، قد يلتقي.H.M مع طبيبه ولكن بعد خمس دقائق من ذلك الاجتماع كان يقول: ”أوه، لا أعتقد أنني قابلتك قط من قبل. ما اسمك؟“
ساعد.H.M. الباحثين على فهم دور الحصين في التعلم، ولكن الغموض لا يزال باقيًا بشأن كيف يتم تقاسم الإشارات من هذه المنطقة من الدماغ بطريقة أو بأخرى من قبل مليارات الخلايا العصبية في جميع أنحاء القشرة التي تتغير بشكل متسق عندما نتعلم. في ورقة نشرت في مجلة ساينس المرموقة [2] ، تعاون بين جامعة أوتاوا وجامعة هامبولت Humbolt برلين الالمانية يكشف دورًا حاسمًا لمنطقة في الدماغ تسمى القشرة المحيطة بالأنف "Perirhinal cortex «انظر [3] في إدارة هذه العملية التعليمية.
انطوت الدراسة على فئران وجرذان تتعلم مهارة غريبة مرتبطة بالدماغ. تمت اثارة عدد قليل من الخلايا العصبية في القشرة الحسية. لا يمكن لأحد أن يفيدنا على وجه اليقين كيف كان يبدو هذا التحفيز الدماغي لهذا الحيوان، غير أن أفضل تخمين للفريق أن هذا الشعور يحاكي الإحساس بشيء ما يلمس شعيرات شارب الفأر.
وهم مشغولون بمشاهدة الدماغ وهو يستجيب لتجربة التعلم هذه، لاحظ الفريق أن القشرة المحيطة بالأنف كانت بمثابة محطة توقف بين الحصين القريب، والذي يقوم بالمعالجة الاجرائية للمكان والسياق، وبين الطبقة للقشرة الخارجية.
صادف أن تكون القشرة المحيطة بالأنف في قمة التسلسل الهرمي للمعالجة الإجرائية للمعلومات في القشرة. هذه القشرة تراكم معلومات من الحواس المتعددة ثم ترسلها مرة أخرى إلى بقية القشرة، كما قال ريتشارد نود Richard Naud، الأستاذ المساعد في قسم الطب الخلوي والجزيئي بكلية الطب، وفي معهد أبحاث الدماغ والعقل، في جامعة أتوا. ”ما نثبته هنا أن للقشرة دورًا مهمًا للغاية في تنسيق التعلم. وبدون هذه التوقعات العائدة من المنطقة المفاهيمية، لم يعد بإمكان هذه الحيوانات التعلم“.
الدراسات السابقة ركزت على التواصل من الحُصين صعودًا إلى مناطق اتخاذ القرار في الدماغ مثل القشرة المحيطة بالأنف، ولكن لم يكن هناك الكثير من الاهتمام بما تفعله القشرة المحيطة بالأنف بهذه المعلومات، وما ترسله من معلومات مرة أخرى إلى الطبقة الأولى من القشرة. اتضح أن هذه الخطوة هي جزء أساسي من العملية، والتي بدونها يكون التعلم مستحيلاً.
"عندما انقطع الارتباط من القشرة المحيطة بالأنف العائدة إلى تلك الخلايا العصبية في الطبقة الأولى، تصرفت هذه الحيوانات كثيرًا كما كان يتصرف H.M. تحسنت هذه الحيوانات في الأداء قليلاً، لكن ذلك التحسن لم يتثبت. حيث كانت تتعلم وتنسى وتتعلم وتنسى وتتعلم وتنسى. بحسب الدكتور ناود.
باحث الأعصاب الحوسبي بخلفية في الفيزياء، كان الدكتور نود Naud مسؤولاً عن التحليلات الإحصائية، فضلاً عن وضع نماذج حوسبية تقوم بالتخطيط المفصل للمعالجة الاجرائية لمعلومات الدماغ. كان من الأمور التي حظيت باهتمام الدكتور نود بشكل خاص هي تأكيد ما كان يشتبه به منذ فترة طويلة: أن الومضات السريعة في عملية فعل الجهد firing من الخلية العصبية لها معنى مميز، بصرف النظر عما يعنيه تباطؤ وتيرة النشاط الكهربائي. حينما كانت الحيوانات في خضم عملية التعلم، ومضات فعل الجهد السريعة نشطت الخلايا المرصودة.
كان الفريق قادرًا على إعادة عملية تأثير ومضة فعل الجهد بشكل صناعي أيضًا.
”لو قمت بفرض نفس العدد من جهد الفعل ولكن بتردد عالٍ، فإن الحيوان يكون في حالة أفضل من الاحساس به“، كما يقول د. ناود. وهذا يعني أن الومضات متساوقة مع التعلم والسببية المتعلقة بالإدراك. وهذا يعني أنك أكثر احتمالًا أن تدرك الشيء لو خلق هذا الشيء ومضة فعل جهد في خلاياك العصبية".
التحدي التالي هو أن تعرف بالضبط طبيعة إشارة التعلم هذه الصادرة من القشرة المحيطة بالأنف إلى مناطق الدماغ ذات الترتيب الأدنى. الدكتور ناود مشغول بالعمل على نموذج حوسبي يربط معرفتنا الحالية بالفسيولوجيا بما أثبتته هذه التجربة.
