قشر پیش‌پیشانی در پردازش افکار محدودیت دارد؟

به گزارش مجله خبری نگار/سیناپرس، یافته‌های تازه پژوهشگران نشان می‌دهد که غیرفعال کردن بخشی از سلول‌های قشر پیش‌پیشانی مغز می‌تواند الگو‌های یادگیری را تغییر دهد. این نتیجه ممکن است شناخت دانشمندان را درباره سازوکار‌های دخیل در تنوع عصبی انسان و برخی اختلالات شناختی عمیق‌تر کرده و درک نقش قشر پیش‌پیشانی را در تصمیم گیری‌های ما دقیق‌تر سازد. این ناحیه از مغز اغلب به‌عنوان سیستم مدیریت مغز شناخته می‌شود و در کنترل حافظه کاری، تصمیم‌گیری، تفکر انعطاف‌پذیر و پاسخ‌های هیجانی نقش اساسی دارد.

رابرت لیو (Robert Liu)، نویسنده ارشد این مطالعه و استاد زیست‌شناسی دانشگاه اِموری (Emory University)، در این‌باره می‌گوید: «این نتیجه‌ای غیرمنتظره است. ما نشان دادیم که در یک رفتار طبیعی خاص در موش‌ها، قشر پیش‌پیشانی مانع از اتخاذ استراتژی جدید و بهتر برای حل مسئله می‌شود. در واقع این بخش از مغز باعث می‌شود ما صرفاً به تجربیات پیشین اکتفا کنیم و روش‌های تازه را امتحان نکنیم.»

کای لو (Kai Lu)، نویسنده اول مقاله و پژوهشگر دوره پسادکتری در آزمایشگاه لیو، این موضوع را به یادگیری کارت بازی تشبیه می‌کند. بازیکنان تازه‌کار بیشتر بر احتمالات ریاضی و ارزش کارت‌های دست و روی میز تمرکز می‌کنند. اما برای بازی بهینه باید استراتژی خود را در هر دست بر اساس نشانه‌های ظریف سایر بازیکنان تطبیق دهند و احتمال بلوف را نیز در نظر بگیرند. یکی از این استراتژی‌ها عمدتاً بر حافظه متکی است و دیگری بیشتر بر نشانه‌های حسی بیرونی تکیه دارد.

آزمایشگاه لیو منشأ‌های کارکردی، سازوکاری، رشدی و تکاملی رفتار‌هایی را بررسی می‌کند که توسط محرک‌های بیرونی برانگیخته می‌شوند. این گروه پژوهشی از محرک صدا در مدل آزمایشگاهی جوندگان استفاده می‌کند و روش‌های تجربی، محاسباتی و شیمی‌ژنتیک را به‌کار می‌گیرد. شیمی‌ژنتیک روش‌هایی است که با استفاده از مولکول‌های شیمیایی، فعالیت سلول‌های عصبی خاص را کنترل می‌کنند.

معمولاً مطالعات آزمایشگاهی برای بررسی سازوکار‌های عصبی یادگیری صرفاً بر ایجاد پیوند‌های جدید از طریق تقویت موفقیت یا تنبیه شکست متمرکز هستند و نقش گرایش‌های پیش‌فرض در هدایت رفتار کمتر مورد توجه قرار می‌گیرد. محققان این تیم مطالعاتی، اما بر خلاف روش‌های معمول می‌خواستند سازوکار‌های عصبی را بررسی کند که طی آن موش از ابتدا یاد می‌گیرد یک استراتژی تصمیم‌گیری قدیمی و رایج را با استراتژی کارآمدتری جایگزین کند. به همین دلیل آن‌ها آزمایش‌هایی بر پایه رفتار طبیعی موش‌ها و بازگرداندن توله‌های جابه‌جاشده به لانه طراحی کردند.

لیو توضیح می‌دهد که موش‌های ماده استراتژی پیش‌فرضی برای جست‌وجوی توله‌ها دارند که احتمالاً در طول تکامل و تجربه شکل گرفته است: بازگشت به جایی که آخرین بار توله را یافته‌اند. اما آنان می‌توانند با پیروی از یک نشانه صوتی قابل‌اعتماد که محل توله را مشخص می‌کند، عملکرد بهتری داشته باشند.

برای بررسی سازوکار‌های عصبی تغییر از این استراتژی پیش‌فرض، پژوهشگران از ماز به شکل تی استفاده کردند. موش ماده بالغ در «لانه» واقع در پایه تی قرار می‌گرفت و صدای مصنوعی به‌عنوان نوعی نشانگر پخش می‌شد تا موش را به بازوی راست یا چپ تی جذب کند و محل تحویل توله را به‌عنوان پاداش انتخاب صحیح مشخص سازد.

همان‌طور که انتظار می‌رفت، موش‌های ماده در ابتدا بدون توجه به محل صدا به بازویی بازمی‌گشتند که آخرین بار توله را یافته بودند. با تکرار آزمایش‌ها، آنان به‌تدریج استراتژی را تغییر دادند و یاد گرفتند استراتژی ناکارآمد پیش‌فرض را کنار بگذارند و از نشانه صوتی استفاده کنند تا سریع‌تر توله را بیابند. نیمی از گروه دوازده‌تایی موش‌های ماده تا روز چهارم و همه آنان تا روز هشتم این تغییر را آموختند.

در ادامه برای جمع‌آوری داده‌های مربوط به فعالیت نورون‌ها، پروب‌های سیلیکونی در قشر شنوایی و قشر پیش‌پیشانی میانی موش‌ها کاشته شد. سپس با روش‌های شیمی‌ژنتیک، نواحی خاصی از مغز در گروه‌های جداگانه خاموش شد: قشر شنوایی در یک گروه و قشر پیش‌پیشانی میانی در گروه دیگر.

خاموش‌سازی قشر شنوایی یادگیری مبتنی بر صدا را نسبت به گروه کنترل مختل کرد، هرچند کاملاً از بین نبرد. استراتژی برد-ماندن در حیواناتی که پیوند صوتی را به‌طور کامل نیاموخته بودند، حتی پس از هشت روز آموزش همچنان قوی باقی ماند. اما خاموش‌سازی قشر پیش‌پیشانی میانی، برخلاف انتظار پژوهشگران، استفاده از استراتژی شنیداری را تسریع کرد و بیشتر موش‌ها این استراتژی را تنها در دو یا سه روز آموختند. با بازگرداندن فعالیت این ناحیه، موش‌ها دوباره به استراتژی پیش‌فرض روی آوردند. این نتایج تأیید می‌کند که قشر پیش‌پیشانی میانی عمدتاً به استقرار استراتژی برد-ماندن کمک می‌کند نه به پذیرش نشانه صوتی کارآمدتر.

یافته‌ها نشان می‌دهد که یادگیری استراتژی بهتر نیازمند غلبه بر ناحیه‌ای از مغز است که فعالانه عادت قدیمی را ترویج می‌کند. پژوهشگران معتقدند قشر پیش‌پیشانی میانی به تمرکز ذهن بر تجربیات گذشته یا برنامه‌های آینده کمک می‌کند و این امر می‌تواند چالش‌های ایجاد عادت جدید را افزایش دهد.

در حال حاضر محققان مطالعاتی روی موش‌هایی انجام می‌دهند که ژن‌هایشان برای انعکاس نشانگر‌های ژنتیکی مرتبط با اوتیسم در انسان‌ها تغییر یافته است. این آزمایش‌ها ممکن است بینش بیشتری درباره نقش قشر پیش‌پیشانی میانی در تنوع عصبی فراهم آورد. پژوهشگران همچنین در حال آزمایش مدل خود روی شرکت‌کنندگان انسانی بالغ با استفاده از تکنیک‌های غیرتهاجمی علوم اعصاب هستند. برای نمونه، تحریک مغناطیسی ترانس‌کرانیال می‌تواند برای تنظیم فعالیت سلول‌های عصبی در نواحی خاص مغز انسان به‌کار رود.

لیو می‌گوید: «در نهایت می‌خواهیم بر اساس یافته‌هایمان درباره نقش قشر پیش‌پیشانی در مقابل محرک‌های بیرونی، الگویی درمانی طراحی کنیم تا ببینیم آیا می‌تواند برای بیماران مبتلا به اختلالات شناختی مرتبط با کارکرد اجرایی مفید باشد.»