إمرأة تمشي في الشارع تسمع ضجة.  بعد عدة لحظات اكتشفت أن صديقها الذي كان يسير أمامها قد أصيب برصاصة.  بعد شهر ، دخلت المرأة غرفة الطوارئ.  وتقول إن الضوضاء الصادرة عن شاحنات القمامة تتسبب لها في نوبات من الذعر.  لقد شكل دماغها صلة عميقة ودائمة بين الأصوات الصاخبة والمشهد المدمر الذي شهدته.

هذه القصة ، التي نقلها الطبيب النفسي السريري والمؤلف المشارك للدراسة الجديدة محسن أحمد ، هي مثال قوي على قدرة الدماغ القوية على تذكر وربط الأحداث المنفصلة في الوقت المناسب.  والآن ، في هذه الدراسة الجديدة على الفئران التي نُشرت اليوم في نيورون ، ألقى العلماء في معهد زوكرمان في كولومبيا الضوء على كيفية تكوين الدماغ لمثل هذه الروابط الدائمة.

اكتشف العلماء آلية مدهشة يقوم بواسطتها الحصين ، وهي منطقة في الدماغ مهمة للذاكرة ، ببناء الجسور عبر الزمن، عن طريق إطلاق رشقات من النشاط التي تبدو عشوائية ، ولكنها في الواقع تشكل نمطًا معقدًا يساعد بمرور الوقت الدماغ على التعلم،  من خلال الكشف عن الدوائر الكامنة وراءها ، تضع النتائج الأساس لفهم أفضل للقلق والاضطرابات المرتبطة بالصدمات والضغوط ، مثل الذعر واضطرابات ما بعد الصدمة ، حيث يمكن أن يؤدي حدث محايد على ما يبدو إلى استجابة سلبية  .

قالت أتيلا لوسونزي ، المتحصلة على دكتوراه في الطب ، وهي باحثة رئيسية في معهد مورتيمر بي زوكرمان: نحن نعلم أن هذا الجزء من الدماغ مهم في أشكال التعلم التي تنطوي على ربط حدثين يحدثان حتى بفارق بين 10 و 30 ثانية. إن هذه القدرة هي مفتاح البقاء. مع دراسة اليوم على الفئران ، قمنا برسم الحسابات المعقدة التي يقوم بها الدماغ من أجل ربط الأحداث المميزة المنفصلة في الوقت المناسب.

يعتبر الحصين The hippocampus وهو منطقة صغيرة على شكل فرس البحر مدفونة عميقًا في الدماغ ، مقرًا مهمًا للتعلم والذاكرة.  أظهرت التجارب السابقة على الفئران أن اضطراب الحصين يترك الحيوانات تواجه صعوبة في تعلم ربط حدثين يفصل بينهما عشرات الثواني.

قال الدكتور أحمد ، أستاذ مساعد في الطب النفسي السريري في كلية فاجيلوس للأطباء والجراحين في كولومبيا ، ومؤلف مشارك في أول كتاب: الرأي السائد هو أن الخلايا في الحُصين تواصل الحفاظ على مستوى من النشاط المستمر لربط مثل هذه الأحداث. وبالتالي فإن إيقاف تشغيل هذه الخلايا سيعطل عملية التعلم.

لاختبار هذه النظرة التقليدية ، قام الباحثون بتصوير أجزاء من الحصين للفئران بينما تعرضت الحيوانات لمحفزين مختلفين: صوت محايد يليه نفخة صغيرة ولكن مزعجة من الهواء.  فصل التأخير خمسة عشر ثانية الحدثين.  كرر العلماء هذه التجربة عبر عدة تجارب.  مع مرور الوقت ، تعلمت الفئران ربط النغمة مع نفخة الهواء التي ستتبعها قريبًا.  باستخدام الفحص المجهري الفوتوني المتقدم والتصوير الوظيفي للكالسيوم ، قاموا بتسجيل نشاط آلاف الخلايا العصبية ، وهو نوع من خلايا الدماغ ، في حصين الحيوانات في وقت واحد على مدار كل تجربة لعدة أيام.

قال الدكتور لوسونزي ، وهو أيضًا أستاذ علم الأعصاب في كلية فاجيلوس للأطباء والجراحين في كولومبيا: من خلال هذا النهج ، يمكننا محاكاة ، ولو بطريقة أبسط ، العملية التي تخضع لها أدمغتنا عندما نتعلم ربط حدثين.

لفهم المعلومات التي قاموا بجمعها ، تعاون الباحثون مع علماء الأعصاب الحسابيين الذين طوروا أدوات رياضية قوية لتحليل كميات هائلة من البيانات التجريبية.

وقال عالِم الأعصاب الحسابي ستيفانو فوسي، وهو باحث رئيسي في جامعة زوكرمان في كولومبيا: توقعنا أن نرى نشاطًا عصبيًا متكررًا ومتواصلًا استمر خلال الفجوة 15 ثانية ، وهو إشارة إلى الحصين في حالة من النشاط الذي يربط النغمة السمعية ونفخة الهواء. ولكن عندما بدأنا في تحليل البيانات ، لم نر مثل هذا النشاط.

وبدلاً من ذلك ، كان النشاط العصبي المسجل خلال الفجوة الزمنية الخمسة عشر متفرقة.  فقط عدد قليل من الخلايا العصبية أطلقت ، ويبدو أنها فعلت ذلك بشكل عشوائي.  بدا هذا النشاط المتقطع مختلفًا بشكل واضح عن النشاط المستمر الذي يعرضه الدماغ أثناء مهام التعلم والذاكرة الأخرى ، مثل حفظ رقم الهاتف.

قال جيمس بريستلي ، مرشح الدكتوراه الذي تشارك في توجيهه الدكتورة : يبدو أن النشاط يأتي في نوبات وانفجارات في فترات زمنية متقطعة وعشوائية طوال المهمة. لفهم النشاط ، كان علينا تغيير طريقة تحليل البيانات واستخدام الأدوات المصممة لفهم العمليات العشوائية.

في النهاية ، اكتشف الباحثون نمطًا في العشوائية: نمط من الحوسبة العقلية التي تبدو طريقة فعالة بشكل ملحوظ لتخزين الخلايا العصبية للمعلومات.  وبدلاً من التواصل مع بعضها البعض باستمرار ، توفر الخلايا العصبية الطاقة – ربما عن طريق ترميز المعلومات في الاتصالات بين الخلايا ، التي تسمى المشابك ، بدلاً من النشاط الكهربائي للخلايا.

قال الدكتور فوسي ، وهو أيضًا أستاذ علم الأعصاب في كلية فاجيلوس في كولومبيا: كنا سعداء برؤية أن الدماغ لا يحافظ على نشاط مستمر طوال كل هذه الثواني لأنه ، على مستوى التمثيل الغذائي ، ليست الطريقة الأكثر فعالية لتخزين المعلومات.  و يبدو أن الدماغ لديه طريقة أكثر كفاءة لبناء هذا الجسر ، والذي نعتقد أنه قد ينطوي على تغيير قوة المشابك.

بالإضافة إلى المساعدة في رسم خريطة للدوائر المشاركة في التعلم النقابي ، توفر هذه النتائج أيضًا نقطة بداية لاستكشاف الاضطرابات التي تنطوي على اختلالات في الذاكرة الترابطية.

قال الدكتور أحمد ، وهو أيضًا عضو في مختبر Losonczy في معهد زوكرمان في كولومبيا: في حين أن دراستنا لا تُصوِّر بشكل صريح المتلازمات السريرية لأي من هذه الاضطرابات ، إلا أنها يمكن أن تكون مفيدة للغاية. على سبيل المثال ، يمكن أن يساعدنا على نمذجة بعض جوانب ما قد يحدث في الدماغ عندما يعاني المرضى من ارتباط مخيف بين حدثين مما يؤدي إلى إثارة الرعب أو الذعر.

Journal Reference:

  1. Mohsin S. Ahmed, James B. Priestley, Angel Castro, Fabio Stefanini, Elizabeth M. Balough, Erin Lavoie, Luca Mazzucato, Stefano Fusi, Attila Losonczy. Hippocampal network reorganization underlies the formation of a temporal association memoryNeuron, 2020 [link]