بخشی از مغز که حرکت را کنترل می کند، احساسات را نیز هدایت می کند | مجله کوانتا

در دهه‌های اخیر، علوم اعصاب شاهد پیشرفت‌های خیره‌کننده‌ای بوده است، و با این حال، بخش مهمی از مغز همچنان یک راز باقی مانده است. منظور من مخچه است که در لاتین "مغز کوچک" نامگذاری شده است، که مانند یک نان در پشت مغز قرار دارد. این نادیده گرفتن کوچکی نیست: مخچه شامل سه چهارم تمام نورون‌های مغز است که بر خلاف انبوه نورون‌های در هم‌پیچیده‌ای که در جاهای دیگر یافت می‌شوند، در آرایش تقریباً بلوری سازماندهی شده‌اند.

مقالات دایره المعارف و کتاب های درسی بر این واقعیت تأکید دارند که عملکرد مخچه کنترل حرکت بدن است. شکی نیست که مخچه این عملکرد را دارد. اما دانشمندان اکنون گمان می کنند که این دیدگاه دیرینه نزدیک بینی است.

یا همینطور در ماه نوامبر در واشنگتن دی سی، در حین شرکت در جلسه یاد گرفتم انجمن نشست سالانه علوم اعصاببزرگترین گردهمایی عصب شناسان جهان. در آنجا، یک جفت عصب‌شناس یک همایش در مورد عملکردهای تازه کشف شده مخچه غیر مرتبط با کنترل حرکتی تکنیک‌های تجربی جدید نشان می‌دهند که مخچه علاوه بر کنترل حرکت، رفتارهای پیچیده، تعاملات اجتماعی، پرخاشگری، حافظه کاری، یادگیری، احساسات و غیره را تنظیم می‌کند.

شکافی در خرد غالب

ارتباط بین مخچه و حرکت از قرن نوزدهم شناخته شده است. بیمارانی که از ترومای ناحیه مغز رنج می بردند، مشکلات آشکاری در تعادل و حرکت داشتند، و شکی باقی نمی ماند که برای هماهنگی حرکت بسیار مهم است. در طول دهه ها، دانشمندان علوم اعصاب درک دقیقی از نحوه کنترل مدار عصبی منحصر به فرد مخچه بر عملکرد حرکتی ایجاد کردند. توضیح نحوه کار مخچه به نظر کاملاً آب نخورده بود.

سپس در سال 1998 در مجله مغز، متخصصان مغز و اعصاب گزارش دادند ناتوانی های عاطفی و شناختی گسترده در بیماران با آسیب مخچه. به عنوان مثال، در سال 1991، یک دختر دانشجوی 22 ساله در حین اسکیت روی یخ سقوط کرده بود. سی تی اسکن توموری را در مخچه او نشان داد. پس از برداشتن آن با جراحی، او یک فرد کاملاً متفاوت بود. این دانشجوی باهوش توانایی خود را در نوشتن با مهارت، انجام محاسبات ذهنی، نامگذاری اشیاء معمولی یا کپی کردن یک نمودار ساده از دست داده بود. روحیه اش صاف شد. او زیر پوشش پنهان شد و رفتار نامناسبی داشت، لباس‌هایش را در راهروها درآورد و با بچه‌ها صحبت کرد. تعاملات اجتماعی او، از جمله تشخیص چهره های آشنا، نیز مختل شده بود.

این و موارد مشابه نویسندگان را متحیر کرده است. درک شد که این عملکردهای شناختی و احساسی سطح بالا در قشر مغز و سیستم لیمبیک قرار دارند. آنها نتیجه گرفتند: "دقیقاً این نقش مخچه چیست و مخچه چگونه آن را انجام می دهد، هنوز مشخص نشده است."

علیرغم این سرنخ‌ها از مطالعات بالینی مبنی بر اینکه عقل مرسوم در مسیر اشتباهی قرار دارد، مقامات پیشرو همچنان اصرار داشتند که عملکرد مخچه کنترل حرکت است و نه چیزی بیشتر. گفت: «این تا حدی ناراحت کننده است زیرا 20 سال [از گزارش این موارد] می گذرد دیاسینو فیوروانته، فیزیولوژیست عصبی در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، که سمپوزیوم کنفرانس را سازماندهی کرد.

این متخصص مغز و اعصاب گفت: سایر متخصصان مغز و اعصاب در تمام مدت متوجه نقص های عصبی روانی در بیماران خود شده اند. استفانی رودولف از کالج پزشکی آلبرت اینشتین، که سمپوزیوم را با فیوروانته سازماندهی کرد. با این حال، هیچ مدرک تشریحی سختی برای اینکه چگونه مدار عصبی منحصر به فرد مخچه می تواند عملکردهای روانی و عاطفی گزارش شده را تنظیم کند، وجود نداشت، بنابراین گزارش های بالینی نادیده گرفته شدند.

اکنون، درک بهتر مدار مخچه، درستی آن مطالعات موردی و غلط بودن خرد غالب را ثابت می‌کند.

سیم کشی دقیق

La الگوی سیم کشی در مخچه به طور دقیق سازماندهی و فشرده شده است تا سه چهارم نورون های مغز را در یک لوب 4 اینچی متمرکز کند. نوع اصلی نورون در مخچه، به نام سلول پورکنژ، به طور گسترده مانند یک مرجان بادبزن منشعب است، در عین حال صاف و تقریباً دو بعدی است. پره های فن دندریت های نورون هستند که سیگنال های دریافتی را دریافت می کنند. این نورون‌های مسطح به‌طور موازی چیده شده‌اند، گویی میلیون‌ها مرجان بادبزن در بسته‌ای محکم روی هم چیده شده‌اند. هزاران نورون کوچک آکسون‌ها - کابل‌های انتقال مغز برای تکانه‌های الکتریکی - را به‌طور عمودی از میان پشته‌های دندریت، مانند رشته‌هایی در ماشین بافندگی، می‌گذرانند. هر آکسون با دندریت های ده ها هزار سلول پورکنژ متصل می شود.

این سطح از اتصال به 50 میلیارد نورون مخچه ظرفیت شگفت انگیزی برای ادغام می دهد. این مدار که منحصر به مخچه است، می تواند مقادیر زیادی از داده های دریافتی از حواس را برای تنظیم حرکت بدن خرد کند. حرکت سیال بالرینی که در سراسر صحنه می‌پرد، به مخچه نیاز دارد تا به سرعت اطلاعات را از تمام حواس پردازش کند، در حالی که موقعیت‌های متغیر اندام‌ها را دنبال می‌کند، تعادل را حفظ می‌کند و فضایی را که بدن در آن حرکت می‌کند، ترسیم می‌کند. مخچه از این اطلاعات پویا برای کنترل ماهیچه ها با زمان بندی دقیق استفاده می کند و این کار را در زمینه اجتماعی مناسب، بر اساس احساسات و انگیزه انجام می دهد.

فیوراوانته و رودولف به من گفتند که دانشمندان علوم اعصاب اکنون متوجه شده اند که مدار عصبی قدرتمند در مخچه که اطلاعات را برای حرکت بدن یکپارچه می کند، آن را برای مدیریت فرآیندها و رفتارهای ذهنی پیچیده نیز مجهز می کند.

رودلف در حالی که قبل از شروع سمپوزیوم صحبت می‌کردیم، توضیح داد: «برای مثال، همین الان، شما سؤال می‌پرسید و ما پاسخ می‌دهیم. این یک رفتار پیچیده است.» او نیاز داشت که گفتار من را درک کند، پاسخی را فرموله کند و سپس از عضلات برای تولید کلمات استفاده کند. او همچنین مجبور بود زبان بدن و سایر علائم ظریف دیگر را دریافت کند. او گفت: «به عنوان مثال، شما در حال حاضر سر تکان می دهید، بنابراین از این نتیجه می توانم نتیجه بگیرم که گوش می دهید و علاقه مند هستید.

قبلاً پیچیدگی کنترل حرکتی مورد نیاز برای گفتار را کاملاً درک نکرده بودم. فیزیک بدنی نه تنها شامل ژیمناستیک پیچیده زبان و لب - برای تولید صدا و همچنین تنظیم زیر و بم و صدا - بلکه شامل حرکات بدن نیز می شود. کلمات ما زمان‌بندی شده‌اند تا با طرف مقابل صحبت نکنیم، و برای بافت اجتماعی تنظیم می‌شوند: با عواطف مناسب و با انگیزه، فکر، انتظار و خلق و خوی هدایت می‌شوند.

هماهنگ کردن این کارکردهای متنوع مستلزم استفاده از تقریباً تمام کارهایی است که مغز انجام می دهد - از تنظیم ضربان قلب و فشار خون، که در نواحی عمیق مغز انجام می شود تا پردازش اطلاعات حسی و احساسی که توسط سیستم لیمبیک انجام می شود. همچنین مستلزم درگیر شدن با عملکردهای شناختی بالاترین سطح درک، بازداری و تصمیم گیری در قشر جلوی مغز است.

برای اینکه مخچه این کار را انجام دهد، باید ارتباطاتی داشته باشد که کل مغز را در بر می گیرد. تا به حال، شواهدی برای آن وجود نداشت، اما تکنیک‌های جدید در حال کشف این مسیرها هستند.

یک مرکز ورودی حسی

دهه‌ها پیش، زمانی که نوروناتومیست‌ها از مغز نقشه‌برداری کردند، نتوانستند هیچ ارتباط مستقیمی از مخچه به مناطق مغزی که احساسات و شناخت را کنترل می‌کنند، مانند سیستم لیمبیک و قشر جلوی مغز پیدا کنند. این امر آنها را به این باور رساند که مخچه تا حدودی منزوی است و در این عملکردهای شناختی بالاتر دخالتی ندارد. اما همانطور که راهزنان ممکن است با تغییر وسایل نقلیه از ردیاب فرار کنند، سیگنال های عصبی نیز می توانند از یک نورون به نورون بعدی بپرند. این اقدام مخفی، نوروناتومیست ها را از دنباله مخچه بیرون انداخت.

روش‌های جدید متخصصین عصبی را قادر می‌سازد تا مسیرهای مخچه را در نقاط رله دنبال کنند و آن‌ها را در سراسر مغز دنبال کنند. برای مثال، محققان می‌توانند ویروس‌های هاری را در نورون‌ها بکارند تا دقیقا ببینند با کدام نورون‌های دیگری تماس دارند. آن‌ها پروتئین‌های فلورسنت را مهندسی ژنتیکی کرده‌اند تا هنگام شلیک یک تکانه عصبی چشمک بزنند تا بتوانند جریان ترافیک را در مدارهای عصبی ببینند. آن‌ها همچنین می‌توانند ردپای باقی‌مانده از ترافیک عصبی را ردیابی کنند: ظاهر پروتئین‌هایی که هنگام شلیک یک نورون تولید می‌شوند، می‌توانند به شناسایی تمام سلول‌هایی که در یک شبکه عصبی در ارتباط هستند، هنگام انجام یک رفتار خاص کمک کنند.

در این سمپوزیوم، محققان انبوهی از یافته‌های جدید شگفت‌انگیز را به اشتراک گذاشتند که با این روش‌های جدید آشکار شد که درک در حال تکامل آنها از مخچه را نشان می‌دهد.

جسیکا ورپیوت دانشگاه ایالتی آریزونا داده‌هایی را گزارش کرد که شبکه پیچیده و گسترده‌ای از اتصالات مخچه را توصیف می‌کند که در سرتاسر مغز در موش‌ها هنگام معاشرت یا یادگیری مذاکره با ماز فعال می‌شود.

رودولف آزمایش‌هایی را به اشتراک گذاشت که نشان می‌دهد رفتار مادری که در موش‌های ماده که از توله‌هایشان مراقبت می‌کنند، تحت تأثیر هورمون‌هایی است که روی مخچه، به‌ویژه هورمون اکسی توسین، که پیوند مادری را تقویت می‌کند، تأثیر می‌گذارد. وقتی این مکانیسم به طور تجربی مختل شد، مادر دیگر به توله هایش اهمیت نمی داد.

یی می یانگ از دانشگاه مینه‌سوتا نشان داد که وقتی او نورون‌های مخچه خاصی را مختل کرد، موش‌ها علاقه خود را به درگیر شدن با موش‌های ناآشنا وارد قفس از دست دادند. با این حال، آنها هیچ مشکلی در تعامل و به خاطر سپردن اشیاء بی جان جدید نداشتند. این نشان دهنده نقص در حافظه پیچیده شناخت اجتماعی است، مشابه آنچه افراد اوتیستیک تجربه می کنند.

در واقع، مخچه اغلب در افراد اوتیستیک کوچکتر است و الکساندرا بادورا از مرکز پزشکی دانشگاه اراسموس در روتردام داده‌های جدیدی ارائه کرد که نشان می‌دهد مخچه در اوتیسم درگیر است، زیرا مرکز ورودی حسی است، به‌ویژه برای سیگنال‌های مرتبط با زمینه‌های اجتماعی.

این تحقیق جدید فراتر از مطالعات موش است. آندریاس تیم از بیمارستان دانشگاهی اسن در آلمان آزمایش بالینی جدیدی ارائه کرد که برای تشخیص دقیق اختلالات عاطفی و شناختی ناشی از آسیب مخچه استفاده می‌شود.

این مطالعات جدید و پیشگامانه نشان می دهد که مخچه علاوه بر کنترل حرکت، رفتار پیچیده اجتماعی و عاطفی را تنظیم می کند. برای دستیابی به این نفوذ جهانی، مخچه باید یک مرکز جمع‌آوری اطلاعات با اتصالات در سراسر مغز باشد. جای تعجب نیست که نورون های زیادی دارد. برای انجام این فرمان و کنترل مرتبه بالا به خودی خود، در واقع باید یک مغز کوچک باشد.