نوشتهی موسسهی پیکاور در دانشگاه MIT، ۲۵ نوامبر ۲۰۲۵، نقشهی مغز، مدار الکتریکی، هوش، علوم اعصاب -محققان MIT کشف کردند که قشر جلوی مغز فقط سیگنالهای کنترل عمومی ارسال نمیکند – بلکه پیامهای خود را بر اساس برانگیختگی و حرکت به مناطق مختلف مغز تنظیم میکند. منبع: SciTechDaily.com
محققان دریافتند که قشر جلوی مغز سیگنالهای خود را با سیستمهای بینایی و حرکتی مغز تنظیم میکند و ادراک را بر اساس برانگیختگی و حرکت شکل میدهد. دو ناحیهی کلیدی یکدیگر را متعادل میکنند تا در صورت نیاز اطلاعات بصری را تشدید یا سرکوب کنند.
بینایی، نحوهی رفتار حیوانات را هدایت میکند و کار جدید دانشمندان علوم اعصاب MIT نشان میدهد که عکس این قضیه نیز صادق است: رفتار و حالات درونی بر نحوهی پردازش اطلاعات بصری تأثیر میگذارند. در تحقیقاتی که امروز (۲۵ نوامبر) در مجله Neuron منتشر شد، تیم گزارش میدهد که در موشها، مدارهای خاصی به مرکز اجرایی مغز، قشر پیشپیشانی، اجازه میدهند سیگنالهای سفارشی را به نواحی درگیر در بینایی و حرکت ارسال کند. این پیامها به تنظیم نحوه عملکرد این نواحی بر اساس شرایطی مانند سطح برانگیختگی موش یا اینکه آیا به طور فعال در حال حرکت است یا خیر، کمک میکنند.
نویسنده ارشد، مریگانکا سور، استاد پاول و لیلا نیوتن در موسسه یادگیری و حافظه پیکاور و گروه علوم مغز و شناختی MIT، گفت: «این نتیجهگیری اصلی این مقاله است: پیشبینیهای هدفمندی برای تأثیر هدفمند وجود دارد.»
بررسی چگونگی ارتباط قشر پیشپیشانی
دانشمندان، از جمله ارل کی. میلر، همکار سور در MIT، مدتهاست که گمان میکنند قشر پیشپیشانی بر نحوه مدیریت اطلاعات در نواحی قشری خلفیتر تأثیر میگذارد. شواهد آناتومیکی از این دیدگاه پشتیبانی کردهاند. این مطالعه جدید که توسط محقق فوق دکترا، سوفی ارلوند-ریشتر، در آزمایشگاه سور رهبری میشود، برای تعیین اینکه آیا قشر پیشپیشانی یک سیگنال گسترده واحد ارسال میکند یا خروجی خود را برای اهداف مختلف پاییندستی تنظیم میکند، انجام شد. او همچنین قصد داشت بررسی کند که این سیگنالها به کدام نورونهای خاص میرسند و چگونه این ورودی بر عملکرد هر منطقه تأثیر میگذارد.
نورونهای آکسون قشر عصبیشده
تصویری از این تحقیق، آکسونهای نورونهای ACA (قرمز) و ORB (سبز) را نشان میدهد که قشر بینایی را عصبدهی میکنند و لایههای گسسته را هدف قرار میدهند. منبع: آزمایشگاه سور/موسسه پیکاور MIT
مناطق متمایز پیشپیشانی سیگنالهای تخصصی را ارائه میدهند
گروه ارلوند-ریشتر و سور چندین بینش جدید را شناسایی کردند. آنها دریافتند که دو ناحیه پیشپیشانی مورد نظر، قشر اوربیتوفرونتال (ORB) و ناحیه کمربندی قدامی (ACA)، به طور انتخابی اطلاعات مربوط به برانگیختگی و حرکت را به دو هدف پاییندستی، قشر بینایی اولیه (VISp) و قشر حرکتی اولیه (MOp) منتقل میکنند. به نظر میرسد این پیامهای انتخابی نقشهای متفاوتی ایفا میکنند. به عنوان مثال، سطوح بالاتر برانگیختگی باعث شد ACA VISp را تشویق کند تا نمایش دقیقتری از اطلاعات بصری تولید کند، در حالی که ORB تنها زمانی نقش داشت که برانگیختگی بسیار بالا میرفت و سپس به نظر میرسید که دقت رمزگذاری را کاهش میدهد. ارلوند-ریشتر اظهار میکند که با افزایش برانگیختگی، ACA ممکن است به قشر بینایی کمک کند تا روی جزئیات بالقوه معنادار تمرکز کند، در حالی که ORB ممکن است برای محدود کردن توجه به محرکهای حواسپرتکننده عمل کند.
ارلوند-ریشتر گفت: “این دو زیربخش PFC به نوعی یکدیگر را متعادل میکنند. در حالی که یکی محرکهایی را که ممکن است نامشخصتر یا تشخیص آنها دشوارتر باشد، تقویت میکند، دیگری محرکهای قوی را که ممکن است نامربوط باشند، تضعیف میکند.”
در این مطالعه، ارلوند-ریشتر از ردیابی آناتومیکی دقیق برای ترسیم نحوه اتصال ACA و ORB با VISp و MOp استفاده کرد. آزمایشهای اضافی به موشها اجازه داد تا هنگام مشاهده تصاویر ساختاریافته یا صحنههای فیلم طبیعی که در سطوح کنتراست مختلف ارائه شده بودند، روی یک چرخ بدوند. گاهی اوقات، موشها پافهای هوای کوچکی دریافت میکردند که برانگیختگی آنها را افزایش میداد. در طول این شرایط، محققان فعالیت در ACA، ORB، VISp و MOp را ثبت کردند. تمرکز اصلی، نظارت بر اطلاعات حمل شده توسط برآمدگیهای عصبی (یا “آکسونها”) بود که از قشر جلوی مغز تا نواحی خلفی امتداد داشتند.
ردیابی آناتومیکی تأیید کرد که، مشابه برخی از یافتههای قبلی، هم ACA و هم ORB با انواع مختلف سلول در مناطق هدف خود ارتباط برقرار میکنند، نه با یک طبقه خاص. با این حال، اتصالات آنها از الگوهای مکانی متفاوتی پیروی میکند. به عنوان مثال، در VISp، ACA عمدتاً با لایه 6 ارتباط برقرار میکرد، در حالی که ORB لایه 5 را هدف قرار میداد.
چگونه برانگیختگی و حرکت، پیامهای عصبی را شکل میدهند
هنگامی که تیم محتوای سیگنالها و الگوهای فعالیت را تجزیه و تحلیل کرد، چندین روند پدیدار شد. نورونهای ACA اطلاعات بصری بیشتری نسبت به نورونهای ORB منتقل میکردند و به تغییرات کنتراست قویتر پاسخ میدادند. فعالیت ACA همچنین با تغییرات در برانگیختگی ردیابی میشد، در حالی که ORB فقط زمانی حساسیت نشان میداد که برانگیختگی از آستانه بالایی فراتر میرفت. هنگام تعامل با MOp، هر دو ناحیهی پیشپیشانی اطلاعاتی در مورد سرعت دویدن منتقل میکردند، اما ارتباط آنها
سیگنالهای s با VISp فقط نشان میدادند که آیا موش در حال حرکت است یا ثابت. ACA و ORB همچنین اطلاعاتی در مورد برانگیختگی و مقدار کمی از جزئیات بصری را به MOp ارسال میکردند.
برای تعیین پیامدهای عملکردی این ارتباط، محققان گاهی اوقات مسیرهای ACA و ORB به VISp را مسدود میکردند. این به آنها اجازه میداد تا مشاهده کنند که چگونه حذف این ورودیها فعالیت نورونهای VISp را تغییر میدهد. مسدود کردن مسیرها نشان داد که ACA و ORB بسته به حرکت و سطح برانگیختگی موش، رمزگذاری بصری را به روشهای متمایز و متضاد تحت تأثیر قرار میدهند.
مدلی از بازخورد پیشپیشانی بسیار تخصصی
نویسندگان در Neuron نوشتند: “دادههای ما از مدلی از بازخورد PFC پشتیبانی میکنند که هم در سطح زیربخشهای PFC و هم در اهداف آنها تخصصی شده است و هر منطقه را قادر میسازد تا به جای تعدیل کلی، فعالیت قشری خاص هدف را به صورت انتخابی شکل دهد.”
