ملخص: يتم تنشيط الخرائط الذهنية في الدماغ عند التفكير في تسلسل التجارب، حتى بدون الحركة الجسدية. وفي دراسة أجريت على الحيوانات، وجدوا أن القشرة الشمية الداخلية تحمل خريطة معرفية للتجارب، والتي يتم تنشيطها أثناء المحاكاة العقلية.
هذه هي الدراسة الأولى التي تُظهر الأساس الخلوي للمحاكاة العقلية في المجال غير المكاني. وستعمل النتائج على تحسين فهمنا لوظيفة الدماغ وتكوين الذاكرة.
مفتاح الحقائق:
- يتم إنشاء وتفعيل الخرائط الذهنية دون الحاجة إلى حركة جسدية.
- تحتوي القشرة المخية الأنفية الداخلية على خرائط معرفية للتجارب.
- توفر هذه الدراسة نظرة ثاقبة على الأساس الخلوي للمحاكاة العقلية.
مصدر: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
أثناء سفرك في طريقك المعتاد إلى العمل أو إلى متجر البقالة، يتفاعل دماغك مع الخرائط المعرفية المخزنة في الحصين والقشرة المخية الأنفية الداخلية. تقوم هذه الخرائط بتخزين معلومات حول الطرق التي سلكتها والأماكن التي زرتها من قبل، حتى تتمكن من الذهاب إلى هناك وقتما تشاء.
وقد وجد بحث جديد من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن مثل هذه الخرائط الذهنية يتم إنشاؤها وتنشيطها أيضًا عندما تفكر في تسلسل التجارب في غياب الحركات الجسدية أو المدخلات الحسية.
وفي دراسة أجريت على الحيوانات، وجد الباحثون أن القشرة الشمية الداخلية تحتوي على خريطة معرفية لما تختبره الحيوانات عندما تستخدم عصا التحكم لتصفح سلسلة من الصور. ويتم تنشيط هذه الخرائط الإدراكية عند التفكير في هذه المشاهد، حتى لو كانت الصور غير مرئية.
هذه هي الدراسة الأولى التي تُظهر الأساس الخلوي للمحاكاة العقلية والخيال من خلال تنشيط الخريطة المعرفية في القشرة المخية الداخلية للأنف.
يقول المؤلف الرئيسي مهردت جسايري، الأستاذ المشارك في علوم الدماغ والعلوم المعرفية وعضو معهد ماكغفرن لأبحاث الدماغ التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “يتم توظيف هذه الخرائط المعرفية لأداء التنقل العقلي، دون أي مدخلات حسية أو مخرجات حركية. وتختبر الحيوانات توقيع هذه الخريطة عقليًا”. .
عالمة الأبحاث في معهد ماكغفرن سوجايا نيوبان هي المؤلفة الرئيسية لهذه الورقة. طبيعة. إيلا فيت، أستاذة علم الدماغ والعلوم المعرفية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وعضو معهد ماكغفرن لأبحاث الدماغ التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ك. ليزا يانغ هي مديرة مركز علم الأعصاب الحسابي التكاملي ومؤلفة الورقة.
الخرائط الذهنية
أظهرت مجموعة كبيرة من الأبحاث على النماذج الحيوانية والبشرية أن تمثيلات مواقع الجسم يتم تخزينها في الحُصين، وهو هيكل صغير على شكل فرس البحر، والقشرة الشمية الداخلية المجاورة. يتم تنشيط هذه التمثيلات عندما يتحرك الحيوان عبر مساحة مشغولة مسبقًا، قبل عبور تلك المساحة مباشرة، أو عندما ينام.
يقول جاساييري: “لقد ركزت معظم الدراسات السابقة على كيفية عكس هذه المناطق لهياكل وتفاصيل البيئة عندما يتحرك الحيوان جسديًا عبر الفضاء”.
“عندما يتحرك حيوان ما في غرفة ما، فإن تجاربه الحسية يتم تشفيرها جيدًا من خلال نشاط الخلايا العصبية في الحصين والقشرة المخية الأنفية الداخلية.”
في الدراسة الجديدة، أراد جاساييري وزملاؤه فحص ما إذا كانت هذه الخرائط المعرفية قد تم تشكيلها ثم استخدامها بشكل بحت أثناء التدفق العقلي أو عند تخيل الحركة عبر المجالات غير المكانية.
وللتحقق من هذا الاحتمال، قام الباحثون بتدريب الحيوانات على استخدام عصا التحكم للعثور على مسار من خلال سلسلة من الصور (“المعالم”) متباعدة على فترات منتظمة. أثناء التدريب، تم عرض الحيوانات فقط على مجموعة فرعية من الصور المزدوجة ولكن ليس كل الأزواج. بمجرد أن تعلمت الحيوانات كيفية التنقل بين أزواج التدريب، اختبر الباحثون ما إذا كانت الحيوانات قادرة على التعامل مع أزواج جديدة لم ترها من قبل.
أحد الاحتمالات هو أن الحيوانات لا تتعلم الخريطة المعرفية للتسلسل، وبدلاً من ذلك تستخدم استراتيجية الحفظ لحل المهمة. إذا كان الأمر كذلك، فمن المتوقع أن يواجهوا صعوبة في التعامل مع الأزواج الجديدة. وبدلاً من ذلك، إذا اعتمدت الحيوانات على خريطة معرفية، فيمكنها تعميم معرفتها على أزواج جديدة.
يقول جسايري: “كانت النتائج لا لبس فيها”. “كانت الحيوانات قادرة على التنقل عقليًا بين أزواج جديدة من الصور منذ أول مرة تم اختبارها فيها. وقد قدمت هذه النتيجة دليلًا سلوكيًا قويًا على وجود خريطة معرفية. ولكن كيف ينشئ الدماغ مثل هذه الخريطة؟
للإجابة على هذا السؤال، سجل الباحثون من الخلايا العصبية المفردة في القشرة المخية الأنفية الداخلية كيف قامت الحيوانات بهذه المهمة.
كان للاستجابات العصبية سمة ملفتة للنظر: عندما استخدمت الحيوانات عصا التحكم للتنقل بين معلمين، كان للخلايا العصبية عمليات تنشيط متميزة مرتبطة بالتمثيل العقلي للمعالم المتداخلة.
يقول جاساييري: “عندما يمر الدماغ بهذه العملية تحسبًا، تمر الصور المتناثرة عبر عيون الحيوان، وهو ما لا يحدث أبدًا”.
“والوقت بين هذه النتوءات هو، بشكل حاسم، الوقت الذي يتوقع فيه الحيوان الوصول إلى كل واحدة منها، وهو في هذه الحالة 0.65 ثانية.”
وأظهر الباحثون أيضًا أن سرعة المحاكاة الذهنية كانت مرتبطة بأداء الحيوانات: فعندما تأخروا قليلًا أو مبكرًا في إكمال المهمة، أظهر نشاط الدماغ تغيرًا زمنيًا.
ووجد الباحثون أيضًا دليلاً على أن التمثيلات العقلية في القشرة المخية الأنفية الداخلية لا تشفر سمات بصرية محددة للصور، بل الترتيب المنظم للرموز.
نموذج التعلم
ولمزيد من استكشاف كيفية عمل هذه الخرائط المعرفية، أنشأ الباحثون نموذجًا حسابيًا يمكنه تكرار نشاط الدماغ الذي اكتشفوه وإظهار كيفية إنشائه.
لقد استخدموا نوعًا من النماذج يسمى نموذج الجاذبية المستمرة، والذي تم تطويره في الأصل لنمذجة كيفية تتبع القشرة المخية الأنفية الداخلية لموضع الحيوان أثناء تحركه بناءً على المدخلات الحسية.
قام الباحثون بتخصيص النموذج عن طريق إضافة مكون يمكنه تعلم أنماط النشاط الناتجة عن المدخلات الحسية. أصبح النموذج بعد ذلك قادرًا على تعلم استخدام تلك الأنماط في غياب المدخلات الحسية لإعادة بناء تلك التجارب.
يقول جزايري: “الشيء الأساسي الذي نحتاج إلى إضافته هو أن هذا النظام لديه القدرة على التعلم ثنائي الاتجاه من خلال التفاعل مع المدخلات الحسية. ومن خلال التعلم الترابطي الذي يمر به النموذج، فإنه في الواقع يعيد إنتاج تلك التجارب الحسية”.
ويخطط الباحثون الآن لفحص ما يحدث في الدماغ إذا لم تكن العلامات متباعدة بشكل متساو، أو إذا كانت مرتبة في حلقة. ويأملون أيضًا في تسجيل نشاط الدماغ في الحصين والقشرة المخية الأنفية الداخلية عندما تتعلم الحيوانات أولاً أداء المهام الملاحية.
يقول جاساييري: “إن رؤية ذاكرة البنية وهي تتبلور في العقل، وكيف تؤدي إلى نشاط عصبي ناشئ، هي طريقة قيمة للغاية لسماع كيفية حدوث التعلم”.
تمويل: تم تمويل هذا البحث من قبل مجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا، وصناديق أبحاث كيبيك، والمعاهد الوطنية للصحة، وجائزة بول وليلى نيوتن لعلوم الدماغ.
حول أخبار أبحاث الذاكرة هذه
مؤلف: أبي أباسوريوس
مصدر: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
اتصال: آبي أباسوريوس – معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
صورة: يُنسب الفيلم إلى Neuronews
البحث الأصلي: وصول مغلق.
“توليد المتجهات عن طريق الملاحة العقلية في القشرة المخية الأنفية الداخلية” مهردت جسايري وآخرون. طبيعة
ملخص
توليد المتجهات عن طريق الملاحة العقلية في القشرة المخية الأنفية الداخلية
الخريطة المعرفية هي تمثيل منظم بشكل مناسب يتيح إجراء حسابات مبتكرة باستخدام الخبرة السابقة؛ على سبيل المثال، التخطيط لطريق جديد في مكان مألوف. لقد وجدت أعمال الثدييات دليلاً مباشرًا على مثل هذه التمثيلات في وجود مدخلات حسية خارجية في المجالات المكانية والمكانية.
قمنا هنا باختبار مبدأ أساسي لنظرية الخريطة الإدراكية الأصلية: أن الخرائط الإدراكية تدعم الحسابات الداخلية دون مدخلات خارجية.
سجلنا من القشرة الشمية الداخلية للقرود في مهمة ملاحية عقلية تطلبت من القرود استخدام عصا التحكم لتوليد نواقل أحادية البعد بين أزواج من المعالم البصرية دون النظر إلى المعالم الوسيطة.
تشير قدرة القرود على أداء المهمة والتعميم على أزواج جديدة إلى أنها تعتمد على تمثيل منظم للهويات. أظهرت الخلايا العصبية المعدلة بالمهمة دورية وانحناءًا يتوافقان مع البنية الزمنية للمعالم وأظهرت توقيعات شبكات الجذب المستمرة.
قدم نموذج شبكة الجذب المتكررة لتكامل المسار الممتد مع آلية التعلم المشابهة للهيبيين شرحًا لكيفية استيعاب النظام للمعالم.
قدم النموذج أيضًا تنبؤًا غير متوقع بأن الإشارات الداخلية تؤدي إلى إبطاء تكامل المسار مؤقتًا، وإعادة ضبط الديناميكيات، وبالتالي تقليل التباين. تم تأكيد هذا التوقع في إعادة تحليل تقلب معدل الإطلاق والسلوك.
تربط النتائج التي توصلنا إليها أنماط النشاط المنظم في القشرة المخية الأنفية الداخلية بالتوظيف الداخلي للخريطة المعرفية أثناء التنقل العقلي.
