گامی جدید به سوی درک فعالیت نورون‌های مغز

به گزارش نوروساینس نیوز، مدارهای عصبی مغز برای تقویت سریع و دقیق محرک‌های حسی، به سیم‌کشی خاصی نیاز دارند. حدود ۷۰ سال پیش، یک ایده قانع‌کننده مبنی بر اینکه نورون‌هایی که با هم شلیک می‌کنند، به هم متصل می‌شوند، ظهور کرد. با وجود این، مدل‌های محاسباتی حاکی از این هستند که نورون‌هایی که به هم متصل می‌شوند، تمایل دارند در برابر فعالیت و بی‌ثباتی تسلیم شوند. این موضوع در زیست‌شناسی عصبی مشاهده نشده است. آزمایشگاه "فریدمن زنکه"(Friedemann Zenke) در سوئیس، اکنون مکانیسمی قابل قبول و در عین حال ساده را مشخص کرده است که زیست‌شناسی می‌تواند از آن استفاده کند.

درک کردن، یک توانایی قابل اعتماد و به طور چشمگیری سریع است. به عنوان نمونه، تنها یک ثانیه زمان می‌برد تا یک گاو را در عکس بشناسید و فورا صدای آن و بوی یونجه به یاد آورید. انجام گرفتن این امر مستلزم آن است که مغز به سرعت سیگنال‌های خاصی را پیش از انتشار در مناطق گوناگون خود تقویت یا سرکوب کند.

در سال ۱۹۴۹، "دونالد هب"(Donald Hebb)، روانشناس کانادایی، نظریه قانع‌کننده خود را در مورد چگونگی دستیابی مغز به این کار برجسته ارائه کرد. این نظریه به بهترین وجه با عبارت "نورون هایی که با هم شلیک می کنند، به هم متصل می‌شوند"، خلاصه می‌شود. ایده ورای این نظریه این است که نورون‌هایی که به یک محرک پاسخ می‌دهند، به هم متصل می‌شوند تا گروه‌های عصبی را تشکیل دهند.

این ارتباطات به واسطه سیناپس‌ها، اتصالات کوچکی که نورون‌ها از طریق آنها ارتباط برقرار می‌کنند و می‌توانند نقش کلیدی در یادگیری و حافظه داشته باشند، انجام می‌شوند. طبق نظریه هب، فعال کردن چند نورون منتخب برای تحریک کردن کل مجموعه عصبی کافی است و می‌تواند توضیحی را برای یادآوری خاطره ارائه دهد.

در اینجا این پرسش مطرح می‌شود که نظریه هب را چگونه می‌توان از نظر آناتومی با مکانیسم‌های قابل قبول مداری تطبیق داد تا یادآوری سریع خاطرات امکان‌پذیر شود.
"یو کریس وو"(Yue Kris Wu)، از اعضای این گروه پژوهشی به همراه فریدمن زنکه به بررسی این پرسش پرداخت. آنها یک تناقض ظاهری را در قلب این پرسش یافتند.

از یک سو، اتصالات سیناپسی در یک مجموعه باید قوی باشند تا با فعال کردن سلول‌های دیگر، یادآوری سریع خاطرات را سهولت ببخشند. از سوی دیگر، اتصالات نمی‌توانند آن قدر قوی باشند تا از فعالیت انفجاری که جلوی خاموش شدن نورون‌ها را می‌گیرد، جلوگیری کنند؛ بنابراین، مانع پردازش محرک بعدی می‌شوند.

وو و زنکه، یک مکانیسم قابل قبول اما ساده را مشخص کرده‌اند که چندین عنصر مداری مشاهده‌ شده در نوروبیولوژی را ترکیب می‌کند و راه‌حلی را برای این تناقض ظاهری ارائه می‌دهد.

این پژوهش، ما را یک گام به درک چگونگی پردازش اطلاعات توسط مدارهای عصبی، نزدیک‌تر می‌کند و چندین پیش‌بینی را انجام می‌دهد که می‌توان آنها را آزمایش کرد.
این پژوهش، در مجله "eLife" به چاپ رسید.