چه چیزی در مغز انسان هست که او را از حیوانات باهوش‌تر می‌کند؟

راز بقا: انسان‌ها در حوزه شناخت بی‌رقیب‎اند. از این گذشته، هیچ گونه دیگری در جهان نتوانسته کاوش‌گر به سیارات دیگر ارسال کند، واکسن‌های نجات‌دهنده بسازد یا شعری خلق کند.

به گزارش راز بقا، چگونگی پردازش اطلاعات در مغز انسان برای رسیدن به این دستاوردها، سوالی است که جذابیت بی‌پایانی دارد، اما در عین حال هیچ پاسخ قطعی برایش نیست.

درک ما از عملکرد مغز در طول سال‌ها تغییر کرده است. مدل‌های نظری فعلی مغز را به عنوان یک «سیستم پردازش اطلاعات توزیع شده» توصیف می‌کنند. این یعنی مغز دارای اجزای متمایزی است که به طور محکم از طریق سیم‎کشی مغز به هم متصل شده‎اند. برای تعامل با یکدیگر، مناطق از طریق سیستم سیگنال‌های ورودی و خروجی مبادله اطلاعات می‌کنند.

با این‌حال، این تنها بخش کوچکی از یک تصویر پیچیده‌تر است. در مطالعه‌ای که در “Nature Neuroscience” منتشر شد، با استفاده از شواهدی از گونه‌های مختلف و چندین رشته علوم اعصاب، نشان داده شد که فقط یک نوع پردازش اطلاعات در مغز وجود ندارد. نحوه پردازش اطلاعات نیز بین انسان و سایر نخستی‌ها متفاوت است، که ممکن است توضیح دهد که چرا توانایی‌های شناختی گونه ما بسیار برتر است.

ما مفاهیمی را از آنچه به عنوان «چارچوب ریاضی نظریه اطلاعات» شناخته می‌شود، برای ردیابی نحوه پردازش اطلاعات توسط مغز وام گرفتیم که منجر به مطالعه اندازه‌گیری، ذخیره و برقراری ارتباط اطلاعات دیجیتالی برای فناوری‌هایی مانند اینترنت و هوش مصنوعی می‌شود. در همین راستا، متوجه شدیم که مناطق مختلف مغز در واقع از استراتژی‌های مختلفی برای تعامل با یکدیگر استفاده می‌کنند.

برخی از نواحی مغز با استفاده از ورودی و خروجی، اطلاعات را با دیگران به روشی بسیار کلیشه‌ای مبادله می‌کنند. این تضمین می‌کند که سیگنال‌ها به روشی قابل تکرار و قابل اعتماد منتقل می‌شوند. این مورد برای مناطقی است که برای عملکرد‌های حسی و حرکتی (مانند پردازش صدا، بصری و اطلاعات حرکتی) تخصصی هستند.

به عنوان مثال، چشم‌ها را در نظر بگیرید که سیگنال‌هایی را برای پردازش به پشت مغز می‌فرستند. اکثر اطلاعاتی که ارسال می‌شود تکراری است و توسط هر چشم ارائه می‌شود. به عبارت دیگر، نیمی از این اطلاعات مورد نیاز نیست؛ بنابراین ما این نوع پردازش اطلاعاتِ ورودی-خروجی را «زائد» می‌نامیم.

در عین حال این افزونگی، استحکام و قابلیت اطمینان‌بودن را فراهم می‌کند؛ چیزی که ما را قادر می‌سازد همچنان فقط با یک چشم ببینیم. این قابلیت برای بقا ضروری است. در واقع، بسیار مهم است که اتصالات بین این نواحی مغز از نظر آناتومیک سخت در مغز سیم‌کشی می‌شوند؛ کمی شبیه به خط تلفن ثابت!

به گزارش راز بقا، با این حال، تمام اطلاعات ارائه شده توسط چشم‌ها اضافی نیستند. ترکیب اطلاعات از هر دو چشم در نهایت مغز را قادر می‌سازد تا عمق و فاصله بین اشیاء را پردازش کند. این اساس بسیاری از انواع عینک‌های سه‌بعدی در سینما است.

این نمونه‌ای از یک روش اساسی متفاوت برای پردازش اطلاعات است، به روشی که بیشتر از مجموع اجزای آن است. ما این نوع پردازش اطلاعات را (زمانی که سیگنال‌های پیچیده از سراسر شبکه‌های مختلف مغز یکپارچه می‌شوند) «هم‌افزایی» می‌نامیم.

پردازشِ هم‌افزایی در مناطقی از مغز که از طیف وسیعی از عملکرد‌های شناختی پیچیده‌تر مانند توجه، یادگیری، حافظه کاری، شناخت اجتماعی و عددی پشتیبانی می‌کنند، شایع‌تر است. به این معنا که می‌تواند در پاسخ به تجربیات ما تغییر کند، شبکه‌های مختلف را به روش‌های مختلف متصل می‌کند و... که در نهایت این ترکیب اطلاعات را تسهیل می‌کند.

مناطقی از مغز که در آن هم‌افزایی زیادی رخ می‌دهد (بیشتر در قسمت جلویی و وسط قشر (لایه بیرونی مغز)) منابع مختلف اطلاعات را از کل مغز یکپارچه می‌کند؛ بنابراین آن‌ها به طور گسترده و کارآمدتری با بقیه مغز در ارتباط‌اند، تا مناطقی که با اطلاعات اولیه حسی و حرکتی سروکار دارند.

نواحیِ با هم‌افزایی بالا که از یکپارچگی اطلاعات پشتیبانی می‌کنند، معمولاً سیناپس (Synapse)‌های زیادی دارند؛ سیناپس اتصالات میکروسکوپی که سلول‌های عصبی را قادر به برقراری ارتباط می‌کند، است.

پس آیا این هم‌افزایی است که ما را خاص می‌کند؟

ما می‌خواهیم بدانیم که آیا این توانایی برای انباشت و ساخت اطلاعات از طریق شبکه‌های پیچیده در سراسر مغز، بین انسان‌ها و سایر نخستی‌ها که از نظر تکاملی خویشاوندان نزدیک ما هستند، متفاوت است یا خیر؟

برای پی بردن به این موضوع، به داده‌های تصویربرداری مغز و تجزیه و تحلیل ژنتیکی گونه‌های مختلف نگاه کردیم. ما دریافتیم که فعل و انفعالات هم‌افزایی، نسبت بیشتری از کل جریان اطلاعات در مغز انسان را نسبت به مغز میمون‌های ماکاک تشکیل می‌دهند. در مقابل، مغز هر دو گونه از نظر میزان تکیه بر اطلاعات اضافی برابر است.

ما همچنین به طور خاص به قشر جلوی مغز، ناحیه‌ای در جلوی مغز که از عملکرد شناختی پیشرفته‌تری پشتیبانی می‌کند، نگاه کردیم. در ماکاک‌ها، پردازش اطلاعات زائد در این منطقه شایع‌تر است، در حالی که در انسان‌ها این منطقه یک منطقه با هم‌افزایی سنگین است.

به گزارش راز بقا، قشر جلوی مغز نیز با «تکامل» دستخوش انبساط قابل‌توجهی شده است. هنگامی‌که داده‌های مغز شامپانزه‌ها را بررسی کردیم، متوجه شدیم که هر چه ناحیه‌ای از مغز انسان در طول تکامل از نظر اندازه نسبت به همتای خود در شامپانزه گسترش یافته باشد، این ناحیه بیشتر به هم‌افزایی وابسته است.

میمون‌های ماکاک رزوس در معبد Swayambhunath در نپال

ما همچنین به تجزیه و تحلیل ژنتیکی از اهداکنندگان انسانی نگاه کردیم. این نشان داد که مناطق مغز مرتبط با پردازش اطلاعات هم افزایی احتمال بیشتری برای بیان ژن‌هایی دارند که منحصراً انسانی هستند و به رشد و عملکرد مغز مانند هوش مرتبط هستند.

این ما را به این نتیجه رساند که بافت اضافی مغز انسان، که در نتیجهِ تکامل به دست آمده، ممکن است در درجه اول به هم‌افزایی اختصاص داده شود. به نوبه خود، وسوسه انگیز است که حدس بزنیم که مزایای هم‌افزایی بیشتر احتمالا تا حدی قابلیت‌های شناختی اضافی گونه ما را توضیح دهد. هم افزایی ممکن است قطعه مهمی را به پازل تکامل مغز انسان اضافه کند، چیزی که قبلا گم شده بود.

در نهایت، کار ما نشان می‌دهد که چگونه مغز انسان مبادله بین قابلیت اطمینان و ادغام اطلاعات را هدایت می‌کند؛ ما به هر دو نیاز داریم. مهم‌تر از همه، چارچوبی که ما ایجاد کردیم، نوید بینش‌های جدید انتقادی را در مورد طیف گسترده‌ای از سؤالات علوم اعصاب، مربوط به شناخت عمومی تا اختلالات، دارد.

مطلب زیر هم باید براش ما جذاب و خواندنی باشد:

مغز انسان در سال‌های اخیر بزرگ‌تر شده است!