چگونه مغز میل به عمل را کنترل می‌کند

محققان قسمتی از مغز را که مسئول تحریک به انجامِ عمل و همچنین قسمتی دیگر از مغز که انجام عمل را سرکوب می‌کند، شناسایی کردند. این مطالعه نشان می­‌دهد که رفتارهای تکانشی (میل به اقدام قبل از تفکر) را می‌توان با فعال کردن این مناطق از مغز، تحریک یا سرکوب کرد.

تصور کنید فینال مسابقات است و هشت ورزشکار در زمین مسابقه پشت خط شروع، قرار گرفته­‌اند. آن‌ها شمارش معکوس برای آغازِ رقابت را می­‌شنوند اما در کسری از ثانیه قبل از شلیک گلوله، یک دونده به جلو می‌­پرد و در نتیجه خود را از دور مسابقات خارج می­‌کند. در چنین لحظاتی است که جنبه‌­ای از رفتار که معمولاً نادیده گرفته می­‌شود (سرکوب عمل) به طرز دردناکی ظاهر می‌­شود.

پژوهشی که در مجله­‌ی Nature منتشر شده است، نشان می­‌دهد که چگونه مغز، ما را از حرکت قبل از شلیک تفنگ باز می­‌دارد.

جو پاتون (Joe Paton)، نویسنده ارشد این مطالعه و مدیر برنامه علوم اعصابِ Champalimaud می­‌گوید: “ما در مغز ناحیه­‌ای را کشف کردیم که مسئول میل اقدام به عمل است و ناحیه‌­ای دیگر پیدا کردیم که انجام عمل را سرکوب می­‌کند. ما همچنین می‌توانیم با دستکاری نورون‌ها در این مناطق، رفتارهای تکانشی را تحریک کنیم.”

حل یک معما

تیمِ پاتون، برای حلِ معمایی که تا حدی از بیماری پارکینسون و هانتینگتون به وجود می‌­آید، دست به کار شدند. این حالات به صورت اختلالات حرکتی با علائم کاملاً متضاد ظاهر می­‌شوند. در حالی که بیماران هانتینگتون از حرکات غیرارادی و کنترل نشده رنج می‌­برند، بیماران پارکینسون حتی نمی­‌توانند حرکت کردن را شروع کنند. در واقع هر دو بیماری ناشی از اختلال عملکرد یک ناحیه در مغز هستند: عقده­‌های قاعده‌­ای مغز (The basal ganglia). چگونه یک ناحیه از مغز، می‌تواند کارکردهای متناقضی را داشته باشد؟

پاتون می­‌گوید: “طبق مطالعات گذشته، دو مدار اصلی در عقده­‌های قاعده‌­ای (BG) در مغز شناسایی شده‌­اند: مسیرهای مستقیم و غیرمستقیم. تصور بر این است که در حالی که فعالیت مسیر مستقیم، حرکت را تقویت می­‌کند، مسیر غیر مستقیم آن را سرکوب می­‌کند. با این حال، نحوه­‌ی دقیق انجام این تعامل تا حد زیادی ناشناخته بود.

زمان­بندیِ کار  با یک تغییر (پیچیدگی)

در حالی که مطالعات قبلی، عقده­‌های قاعده‌­ای مغز را در هنگام حرکت بررسی می‌­کردند، گروهِ پاتون روی توقف حرکتی که در حال انجام است، متمرکز شدند. آن­‌ها آزمایشی طراحی کردند که در آن موش‌­ها باید مشخص کنند که فاصله­‌ی بین دو صدا بیشتر از 1.5 ثانیه است یا کمتر. اگر فاصله کمتر از 1.5 ثانیه باشد، جایزه در سمت چپ جعبه و اگر طولانی­‌تر از 1.5 ثانیه باشد، جایزه در سمت راست قرار دارد.

برونو کروز (Bruno Cruz)، دانشجوی دکترا در آزمایشگاه، گفت: “نکته کار در این بود که موش باید در فاصله زمانی بین دو صدا کاملا ثابت بماند. حتی اگر حیوان مطمئن بود که 1.5 ثانیه سپری شده است، لازم است تا شنیدن صدای دوم، میل به حرکت خود برای دریافت پاداش را سرکوب کند.”

در حالی که موش این کار را انجام می­‌داد، محققان فعالیتِ عصبیِ هر دو مسیر را در عقده‌­های قاعده‌­ای مغز ردیابی کردند. مانند مطالعات پیشین، سطوح فعالیت در زمانی که موش در حال حرکت بود، مشابهِ هم بود. اما در طیِ دوره­ی سرکوبِ عمل، همه چیز تغییر می­‌کرد.

کروز گفت: “جالب اینجاست که برخلافِ فعالیتی که هم ما و هم دیگران در طول حرکت مشاهده کردیم، الگوهای فعالیت در دو مسیرِ مستقیم و غیرمستقیم به طور قابل توجهی در طول دوره­‌ی سرکوب عمل، متفاوت بود. به طور کلی فعالیت مسیر غیرمستقیم بیشتر بود و مادامی که موش منتظر صدای دوم بود، ، فعالیت این ناحیه به طور پیوسته افزایش می‌یافت.”

بر اساس گفته­‌ی نویسندگان، این مشاهدات نشان می‌­دهد که مسیر غیرمستقیم به طور انعطاف­‌پذیر از اهداف رفتاری حیوان پشتیبانی می­‌کند. کروز توضیح می­‌دهد: “با گذشت زمان، موش مطمئن­‌تر می­‌شود که در یک آزمایش بلندمدت است. بنابراین جلوگیری از میل به حرکت در آن به طور فزاینده‌­ای دشوارتر می­‌شود. احتمالاً این افزایش مداوم در فعالیت، انعکاس این کشمکش داخلی است.”

کروز با الهام از این ایده، تاثیر سرکوب کنندگی مسیر غیر مستقیم عقده‌های قاعده‌ای را آزمایش کرد. این دستکاری باعث شد که موش­‌ها اغلب به صورت تکانشی رفتار کنند و تعداد دفعاتی که در آن­ موش‌­ها قبل از شنیدن صدای دوم به سمت پاداش حرکت می­‌کردند به طور قابل توجهی افزایش یافت. با این رویکرد نوآورانه، تیم یک “تغییر تکانشگری را کشف کرد.

پاتون می­‌گوید: این کشف پیامدهای گسترده‌­ای دارد. علاوه بر ارتباطی واضح با بیماری پارکینسون و هانتینگتون، فرصتی منحصر به فرد برای بررسی شرایط کنترل رفتارهای تکانشی مانند اعتیاد و اختلال وسواس فکری-اجباری فراهم می‌کند.

در جستجوی محرّک برای انجام عمل

این تیم، ناحیه‌ای از مغز را شناسایی کردند که به طور فعال انگیزه­‌ی انجام عمل را سرکوب می‌کند، اما این انگیزه از کجا سرچشمه می‌گیرد؟ از آنجایی که تصور می­‌شود مسیر مستقیم در عقده­‌های قاعده­‌ای باعث میل به عمل می‌­شود، مظنون فوری، مسیر مستقیمِ همان منطقه بود. با این حال، زمانی که محققان آن را مهار کردند، رفتار موش عملاً تحت تأثیر قرار نگرفت.

پاتون یادآوری کرد: ما می­‌دانستیم که موش‌­ها یک میل شدید برای انجام عمل را تجربه می­‌کنند زیرا حذف سرکوب، باعث افزایش رفتارهای تکانشی می­‌شود. اما بلافاصله مشخص نبود که مکانِ دیگر انگیزشی کجا می­‌تواند باشد. برای پاسخ به این سوال، تصمیم گرفتیم به مدل­سازی کامپیوتری روی بیاوریم.”

“ما دانشِ موجود درباره‌­ی عقده‌­های قاعده‌­ای را به صورت فرمول­‌های ریاضی توسط سیستم پردازش اطلاعات آزمایش کردیم. سپس پیش‌­بینیِ مدل را با شواهدی که از مطالعات قبلی به دست آمده بود، ترکیب کردیم و یک کاندید جدی برای میل به عمل شناسایی شد: جسم مخطط پشتی (the dorsomedial striatum).”

فرضیه تیم درست بود. مهار نورون­‌های مسیر مستقیم در این ناحیه جدید، تغییر رفتار موش کافی بود.

گیومار (Guiomar) توضیح داد: ” در این آزمایش هر دو منطقه‌­ای که ما ثبت کردیم در قسمتی از عقده‌­های قاعده‌ای به نام جسم مخطط قرار دارند. ناحیه اول به اصطلاح به عملکردهای حسی حرکتی “سطح پایین” و بخش دوم به عملکردهای “سطح بالا” مانند تصمیم‌گیری اختصاص دارد.”

از عمل تا وسوسه و فراتر از آن

نویسندگانِ این پژوهش اظهار دارند که یافته‌­های آن­‌ها متمرکزتر از درک عمومی از نحوه عملکرد عقده­‌های قاعده‌­ای است و مدل آن‌ها دیدگاه جدیدی در مورد عملکرد عقده‌­های قاعده‌­ای ارائه می­‌دهد.

این مطالعه نشان می‌­دهد که احتمالاً مدارهای عصبی متعددی در مغز وجود دارند که دائماً برای اجرای عمل بعدی، در حال رقابت هستند. پاتون می‌­گوید: “این بینش در ایجاد فهم عمیق‌­تر از اینکه این سیستم چگونه کار می­‌کند، برای درمان برخی از اختلالات حرکتی، مهم است. اما حتی از این هم فراتر می­‌رود. یافته‌های علوم اعصاب، هسته‌ی اصلی بسیاری از علوم دیگر ازجمله یادگیری ماشین و هوش مصنوعی است. این ایده که تصمیم‌گیری می‌تواند از طریق تعامل مدارهای موازی متعدد در یک سیستم اتفاق بیفتد، ممکن است برای طراحی انواع جدیدی از سیستم‌های هوشمند مفید باشد.”

در نهایت، پاتون پیشنهاد می‌­کند که شاید یکی از منحصربه‌فردترین جنبه‌های این مطالعه، توانایی آن برای دسترسی به تجربیات شناختی درونی باشد.

تکانشگری، وسوسه و… این فرآیندهای درونی از جذاب­‌ترین کارهایی هستند که مغز انجام می‌­دهد، زیرا زندگی درونی ما را منعکس می‌­کنند. اما مطالعه آن‌ها نیز سخت‌­تر است، چون آن­‌ها علائم ظاهری زیادی ندارند که بتوان آن‌ها را اندازه‌­گیری کرد. پاتون در پایان گفت: “راه‌اندازی این روش جدید چالش برانگیز بود، اما اکنون ما ابزار قدرتمندی برای بررسی مکانیسم‌های داخلی داریم، مانند مکانیسم­‌هایی که در مقاومت و تسلیم شدن در برابر وسوسه نقش دارند.”