تمتلك الشبكة العصبية التي تمنع تشتيت المعلومات عن الحواس مفاتيح كشف عمل الانتباه والعمليات المعرفية الأخرى.
نحن نولي اهتمامًا فقط لجزء صغير من المعلومات من أجهزة الإحساس القادمة إلينا. تساعد نتائج الأبحاث الجديدة على فهم كيفية تصفية الدماغ في كل لحظة من الزمن للأحاسيس الأقل إثارة للاهتمام.يمكننا الاستماع إلى المحادثة في غرفة صاخبة ، من بين أصوات أخرى تصبح أكثر هدوءًا أو أعلى صوتًا ، أو وسط أزيز مكيف الهواء. يمكننا أن نرى مجموعة من المفاتيح في بحر من القمامة ، أو الراكون ، يهرول عبر السيارة. في بعض الأحيان ، حتى مع وجود كمية هائلة من المعلومات التي تملأ حواسنا ، يمكننا التركيز على ما هو مهم بالنسبة لنا ونتصرف وفقًا لذلك.
تساعد عمليات تبديل الانتباه الدماغ على تشغيل "الأضواء" المرتبطة بالحافز المطلوب وتصفية كل شيء آخر. يريد علماء الأعصاب تحديد الشبكات العصبية التي توجه وتسلط الأضواء. على مدى عقود ، ارتبطت أبحاثهم بالقشرة الدماغية ، وهي بنية متموجة على سطح الدماغ ، وعادة ما ترتبط بالذكاء وعمل العقل. أصبح من الواضح أن نشاط القشرة يعزز معالجة الإشارات للتركيز على الأشياء التي تهمنا.
ومع ذلك ، يحاول بعض الباحثين اليوم استخدام مقاربة مختلفة ، يدرسون كيف يقمع الدماغ المعلومات ، وليس كيف يكملها. الأهم من ذلك ،
وجدوا أن العملية تضمنت أجزاء أكثر عمقا وأعمق من الدماغ - وهي المناطق التي نادرا ما تعتبر ذات صلة بالاهتمام.
وبسبب هذا ، بدأ العلماء عن غير قصد في التحرك تدريجياً نحو فهم أفضل لكيفية تداخل الجسد والعقل بشكل عميق لا ينفصم - من خلال الإدراك التلقائي للأحاسيس والحركات الجسدية والوعي العالي المستوى.
البحث عن الشبكات العصبية
بدا الاهتمام مرتبطًا جدًا بالوعي والوظائف المعقدة الأخرى للدماغ لدرجة أن العلماء اعتبروه لبعض الوقت في المقام الأول من مظاهر عمل القشرة الدماغية. لأول مرة ، تم التخلي عن هذه الفكرة بشكل خطير في عام 1984 عندما اقترح فرانسيس كريك ، المعروف بعمله في هياكل الحمض النووي ، أن "الأضواء" يتم التحكم فيها بواسطة منطقة عميقة من الدماغ تسمى
المهاد ، والتي يتلقى جزء منها بيانات من الأعضاء الحسية وينقلها إلى القشرة. . لقد طور النظرية القائلة بأن المهاد الحسي لا يعمل كجهاز إرسال فحسب ، بل يعمل أيضًا كحارس - ليس فقط كجسر ، ولكن أيضًا جزءًا غربالًا من تدفق البيانات لإنشاء مستوى تركيز معين.
ومع ذلك ، فقد مرت عقود ، وفشلت محاولات لتحديد الآلية المسؤولة عن ذلك - خاصة لأنه من الصعب للغاية دراسة انتباه الحيوانات في المختبر.
مايكل هالاسا ، عالم الأعصاب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجياهذا لم يوقف
مايكل هالاسا ، عالم الأعصاب في معهد أبحاث الدماغ. ماكغفرن في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. لقد أراد أن يحدد بالضبط كيفية تصفية البيانات الحسية قبل أن تصل هذه المعلومات إلى القشرة الدماغية ، لإيجاد شبكة عصبية محددة ، والتي ، وفقًا لكريك ، تعمل في هذا.
لقد انجذبت إليه طبقة رقيقة من الخلايا العصبية المثبطة ، وهي "نواة شبكية المهاد" (SNF) ، والتي تعمل كغشاء للمهاد. بحلول الوقت الذي أصبحت فيه هالسا منضدة بريدية ، كان قد وجد بالفعل آلية تقريبية للفحص: كان SNF يفتقد إلى البيانات الحسية عندما كان الحيوان مستيقظًا ، واهتم ببعض جوانب البيئة ، لكنه منعها عندما كان نائماً.
في عام 2015 ،
وجد Halassa وزملاؤه معدل تسرب أكثر دقة ، مما سمح لنا بتخصيص SNF بشكل أكثر موثوقية للشبكة العصبية المطلوبة منذ فترة طويلة - وهذه المرة كانت مرتبطة بكيفية اختيار الحيوانات ما يجب التركيز عليه عندما يتم تقسيم انتباههم بين العديد من الأعضاء المشاعر. استخدمت الدراسة الفئران المدربة على اتباع توجيهات الضوء الوامض والصوت. ثم ، قام العلماء بتشغيل الحيوانات في وقت واحد عدة أوامر متضاربة من الضوء والصوت ، في حين لمح لهم الإشارة التي يجب تجاهلها. وأظهرت استجابة الفئران مدى فعالية كانوا قادرين على التركيز. في التجربة ، استخدم العلماء تقنيات راسخة لتعطيل النشاط في أجزاء مختلفة من الدماغ لمعرفة الحالات التي من شأنها أن تمنع الحيوانات من العمل بفعالية.
كما هو متوقع ، كان دور قشرة الفص الجبهي ، وهو إصدار أوامر رفيعة المستوى لأجزاء أخرى من الدماغ ، دورًا حاسمًا. ومع ذلك ، وجد الفريق أيضًا أنه في التجربة إذا كانت الفئران بحاجة إلى الانتباه إلى الرؤية ، فإن فصل الخلايا العصبية في الجهاز العصبي البصري (SNF) يمنعها من التصرف. أيضا ، عندما تم إيقاف تشغيل هذه الخلايا العصبية ، واجهت الفئران صعوبة في التركيز على الصوت. في الواقع ، قامت الشبكة العصبية بلفّ المقابض المضبوطة للعمليات المثبطة بدلاً من العمليات المثيرة ، وعرقلت SNF المعلومات التي اعتبرتها قشرة الفص الجبهي صرف الانتباه. إذا اضطر الماوس إلى إعطاء الأولوية للمعلومات السمعية ، فقد أعطى القشرة الأمامية الجبهية إشارة إلى SNF المرئية لزيادة النشاط لقمع المهاد البصري ، مما أدى إلى إيقاف تدفق البيانات المرئية غير الضرورية.
اتضح أن الاستعارة باهتمام ككشاف يعمل في الاتجاه المعاكس: المخ لا يعزز "إضاءة" الحافز الذي يثير الاهتمام به ، ولكن "يخفف من إضاءة" كل شيء آخر.
على الرغم من نجاح الدراسة ، واجه العلماء مشكلة. وأكدوا شكوك كريك: تتحكم قشرة الفص الجبهي في مرشح المهاد للحصول على معلومات حساسة واردة. ومع ذلك ، فإن قشرة الفص الجبهي لا ترتبط مباشرة بالأجزاء الحسية للـ SNF. كانت أجزاء الشبكة العصبية مفقودة.
حتى وقت قريب ثم ، أخيرًا ، وضعت Halassa وزملاؤها آخر أجزاء اللغز ، وكشفت النتائج كثيرًا عن كيفية دراسة الاهتمام.
نحن كتلة ، الظل ، وميض
باستخدام تجارب مماثلة لتلك التي أجراها في عام 2015 ، بحث أعضاء الفريق التفاعل الوظيفي بين أجزاء مختلفة من الدماغ ، وكذلك الروابط العصبية بينهما. وجدوا أن شبكة عصبية كاملة تمتد من القشرة الفصامية الأمامية إلى بنى أعمق ،
النواة القاعدية (المرتبطة في كثير من الأحيان بالحركة والعديد من الوظائف الأخرى) ، ثم تنتقل إلى SNF والمهاد ، ثم تعود إلى المناطق العليا من القشرة. لذلك ، على سبيل المثال ، يمكن اعتراض المعلومات المرئية القادمة من العين إلى المهاد البصري على الفور تقريبًا إذا لم تكن متعلقة بالمهمة التي يتم تنفيذها. يمكن أن تتدخل النوى القاعدية وتنشط SNF لتصفية المنبهات الخارجية ، وفقًا لتعليمات قشرة الفص الجبهي.
وقال
ريتشارد كراوتسليس ، عالم الأعصاب بالمعهد الوطني للعيون في المعاهد الوطنية للصحة في ماريلاند ، الذي لم يشارك في الدراسة: "هذا مسار مثير للاهتمام ، في رأيي ، لم يسبق لأحد وصفه من قبل".
علاوة على ذلك ، وجد الباحثون أن الآلية لا تقوم فقط بتصفية أحد المشاعر من أجل زيادة الانتباه إلى الآخر: إنها أيضًا تقوم بتصفية المعلومات داخل هذا الشعور. عندما تم التلميح الفئران أنها تحتاج إلى إيلاء الاهتمام لبعض الأصوات ، ساعد SNF قمع الضوضاء في الخلفية في إشارة الصوت. وقال
دوج تادن ، عالم الأعصاب بجامعة روتشستر ، إن نتيجة معالجة بيانات المدخلات من الأجهزة الحسية "يمكن أن تكون أكثر دقة من مجرد قمع منطقة المهاد بأكملها من أجل طريقة حسية واحدة ، وهي شكل من أشكال الخام
القاسي إلى حد ما".
وأضاف: "غالبًا لا ننتبه إلى كيفية التخلص من الأشياء الأقل أهمية". "وأعتقد أن هناك طريقة أكثر فعالية للتعامل مع المعلومات." إذا كنت في غرفة صاخبة ، يمكنك محاولة رفع صوتك بحيث يمكن سماعك - أو محاولة التخلص من مصدر الضوضاء. يدرس تادين قمع تأثيرات الخلفية في العمليات الأخرى التي تحدث تلقائيًا ، وأيضًا أسرع من الانتباه الانتقائي.
تشير اكتشافات هالاسا إلى أن الدماغ يغلق المعلومات الخارجية قبل التفكير. قال
جان فيبلكورن ، عالم الأعصاب الإدراكي بجامعة برينستون: "الأمر المثير للاهتمام هو أن التصفية تبدأ في هذه الخطوة الأولى ، قبل أن تصل المعلومات إلى القشرة البصرية".
هناك نقطة ضعف واضحة في استراتيجية طرد الدماغ للمعلومات الحسية - وهي أن خطر إلقاء البيانات بعيدًا قد يكون مهمًا بشكل غير متوقع. يشير عمل فيبلكورن إلى أن الدماغ لديه وسيلة للتأمين ضد هذه المخاطر.
يقول Fiebelkorn أن الناس يتخيلون الأضواء باعتبارها شعاع ثابت من الضوء تسليط الضوء على الأماكن التي يجب أن يوجه الحيوان موارده المعرفية. "لكن بحثي يظهر أن هذا ليس كذلك" ، قال. "على ما يبدو ، هذا الأضواء الوامضة".
وفقًا لاكتشافاته ، يصبح تركيز الأضواء أضعف من أربع مرات في الثانية ، على الأرجح حتى لا يركز الحيوان كثيرًا في مكان واحد أو حافز واحد. يؤدي هذا الاختصار الموجز للمعلومات الهامة إلى تحفيز المحفزات الطرفية ، ويخلق قدرة الدماغ على تحويل انتباهه إلى شيء آخر إذا لزم الأمر. وقال: "يبدو أن الدماغ مصمم ليصرف بشكل دوري".
يدرس فيبلكورن وزملاؤه المناطق القشرية بهدف كشف بنية الشبكات العصبية. حتى الآن ، يدرسون دور قسم آخر من المهاد ، لكنهم يخططون في المستقبل ، مثل فريق Halassa ، للتعامل مع العقد القاعدية.
التفكير في العمل
تمثل هذه الأعمال نقلة كبيرة في علم الأحياء العصبية: بمجرد اعتبار عمليات الانتباه مجالًا حصريًا للقشرة. ومع ذلك ، وفقا ل Krautslis ، في السنوات الخمس الماضية "أصبح من الواضح أكثر قليلا أن كل هذا يحدث تحت اللحاء."
وقال
جون مونسل ، عالم الأعصاب بجامعة شيكاغو: "معظم الناس يريدون أن تقوم القشرة الدماغية بكل العمل الشاق ، لكنني لا أعتقد أنها واقعية".
Halassa مع مجموعة متعددة الأقطاب ، والتي هو وزملاؤه تسيطر على نشاط الدماغاكتشاف هالاسا لدور العقد القاعدية في الاهتمام هو أمر مثير للاهتمام بشكل خاص. على وجه الخصوص ، لأنه جزء قديم من الدماغ لا يعتبر جزءًا من الشبكة المسؤولة عن الاهتمام الانتقائي. قال كراوتسليس: "السمك أيضًا". "حتى الفقاريات الأقدم ، بما في ذلك المصابيح التي ليس لها حتى الفك" - أو القشرة المخية الحديثة - "لديهم أساسًا نسخة بسيطة من العقد القاعدية ، وبعض هذه الشبكات العصبية نفسها". يمكن لشبكات الأسماك العصبية أن تخبرنا كيف تطور الاهتمام.
تهتم Halassa بشكل خاص بحقيقة أن العلاقة بين الانتباه والعقد القاعدية يمكن أن تفتح أمامنا في مجال الأمراض مثل اضطراب نقص الانتباه والتوحد ، والتي تظهر غالبًا على أنها فرط الحساسية لبعض البيانات الحسية الواردة.
ولكن ربما الأكثر إثارة للاهتمام من ذلك كله ، فيما يتعلق بمشاركة العقد القاعدية في هذه العمليات ، هو أن هذا الهيكل يرتبط عادةً بالتحكم الحركي ، وبعض الدراسات الحديثة تربطه بشكل متزايد بالتعلم بالمكافآت ، وصنع القرار ، وأنواع التحفيز الأخرى السلوك.
بعد العمل المنجز في مختبر هالاسا ، تم توسيع دور العقد القاعدية لتشمل إدارة البيانات الحسية. هذا يؤكد حقيقة أن "الاهتمام يتألف في الحقيقة من التحول من واحد إلى الآخر بالترتيب الصحيح ، والذي خلاله لا يصرف انتباهك عن شيء لا ينبغي أن يصرف انتباهك" ، قال مونسيل. "فكرة تضمين هياكل الحركة في هذه العملية منطقية - يجب أن تكون في صميم عملية صنع القرار بشأن ما ستفعله في اللحظة التالية ، وعلى ما ينبغي عليك تركيز الموارد الحسية."
يتزامن هذا مع تنامي الاهتمام بالاهتمام - والتفكير بشكل عام - كعمليات تستند إلى ما يسمى "النتائج النشطة." لا يأخذ الدماغ عينات من المعلومات من البيئة بشكل سلبي ، ويستجيب للمنبهات الخارجية المستلمة. تحدث العملية العكسية أيضًا - مثل الحركات الجسدية الصغيرة مثل الوميض تتحكم أيضًا في الإدراك. وقال فيبلكورن إن الأنظمة الحسية والحركية "لا تعمل بشكل منفصل ، فقد تطورت معًا". لذلك ، فإن المناطق المسؤولة عن الحركة ، لا تساعد فقط على تشكيل معالم الإخراج (سلوك الحيوان) ؛ أنها تساعد أيضا الشكل والمدخلات. تقدم اكتشافات هالاسا أدلة إضافية على هذا الدور الاستباقي.
وقالت
هيلين سلاجتر ،
عالمة الإدراك في جامعة أمستردام: "الإدراك جيد للعمل ، لأننا بحاجة إلى تخيل العالم بطريقة أو بأخرى من أجل التصرف فيه". "وبالنسبة للجزء الأكبر ، نتعلم أن ندرك العالم من حولنا من خلال العمل". يشير عدد كبير من الوصلات الداخلية مع القشرة الدماغية إلى أنه بالإضافة إلى التحكم في الانتباه ، "تلعب هذه الهياكل القشرية دورًا أكبر بكثير في الوظائف الإدراكية العليا مما يُعتبر كثيرًا".
وهذا ، بدوره ، يمكن أن يقدم لنا أفكارًا تتعلق بالوعي ، وهو الموضوع الأكثر صعوبة في البحث في البيولوجيا العصبية. كما يلي من دراسة أجراها هالاسا وآخرون ، "عندما ندرس العلاقة الوراثية العصبية والانتباه ، في الواقع نحن ندرس إلى حد ما العلاقة بين العلاقات العصبية والإدراك" ، قال مونسيل. "هذا جزء من قصة أكبر ، يحاول فهم كيف يعمل الدماغ."
يدرس سلاجتر الآن دور العقد القاعدية في عمل الوعي. عندما ندرك العالم ، لا نستخدم أجسادنا فحسب ، بل نشعر به من خلال أجسادنا. وقالت إن الدماغ يبني تمثيلا للعالم من أجل التصرف بشكل هادف فيه. "وبالتالي ، يجب أن يكون الإدراك الواعي مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بالأفعال" ، مثل الاهتمام. "يجب أن يكون الوعي موجهًا نحو العمل".