شکافت‌های ریز مغز، پلی به سوی عملکرد بهتر ذهنی

عمق شیارهای مغزی؛ شاخصی جدید برای پیش‌بینی توانایی‌های شناختی

مغز انسان، پیچیده‌ترین ساختار شناخته‌شده در جهان است؛ با هزاران شیار و چین خوردگی که هر کدام ممکن است داستانی متفاوت از عملکردهای ذهنی ما روایت کنند. پژوهش‌های تازه دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا، نشان داده است که عمیق‌تر بودن شیارهای ریز مغز، نه فقط یک تفاوت آناتومیکی ساده، بلکه کلیدی برای ارتباط قوی‌تر بین نواحی مهم مرتبط با تفکر پیچیده است. این کشف می‌تواند به توضیح تفاوت‌های فردی در توانایی‌های استدلالی کمک کند و دریچه‌ای تازه به درک بهتر مغز گشاید.

سطح بیرونی مغز یا همان قشر مغز، پر از شیار‌ها و برجستگی‌هایی است که به آن اجازه می‌دهد فضای زیادی برای سلول‌های عصبی فراهم کند، در حالی که داخل جمجمه محدودیت دارد. بیشتر تحقیقات گذشته بر شیار‌های بزرگ و اصلی متمرکز بوده است، اما گروه پژوهشی دانشگاه کالیفرنیا به شیار‌های کوچک‌تر و کمتر شناخته شده‌ای که «شیار‌های ثالثیه» نامیده می‌شوند، توجه ویژه‌ای کردند. این شیار‌های ریز در نواحی از مغز قرار دارند که وظیفه انجام کار‌های پیچیده ذهنی مثل تفکر انتزاعی، برنامه‌ریزی و استدلال را بر عهده دارند.

چرا عمق شیار‌ها مهم است؟

مطالعات قبلی نشان داده بود که شکل و اندازه برخی شیار‌های خاص می‌تواند با توانایی‌های ذهنی مرتبط باشد. اما این تحقیق جدید فراتر رفته و تلاش کرده بفهمد چگونه همین شیار‌های ریز، می‌توانند روی کارکرد شبکه‌های مغزی تأثیر بگذارند. فرضیه محققان این بود که شیار‌های عمیق‌تر باعث می‌شوند نواحی مغزی که دور از هم هستند، نزدیک‌تر و بهتر با هم ارتباط برقرار کنند. این موضوع به معنای افزایش کارایی مغز در پردازش اطلاعات و حل مسائل پیچیده است.

پژوهش روی کودکان و نوجوانان

برای بررسی این فرضیه، محققان ۴۳ کودک و نوجوان سالم بین ۷ تا ۱۸ سال را مورد مطالعه قرار دادند. در حین انجام یک آزمون استدلال، شرکت‌کنندگان تحت تصویربرداری دقیق مغزی قرار گرفتند. این آزمون نیاز داشت آنها الگو‌ها و قوانین پیچیده بین اشکال مختلف را تشخیص دهند و توانایی تفکر انتزاعی خود را نشان دهند. با استفاده از تصاویر MRI، عمق و موقعیت ۴۲ شیار مختلف در هر نیمکره مغز به دقت ثبت شد.

هر شیار؛ یک واحد عملکردی متفاوت

با تجزیه و تحلیل داده‌های MRI عملکردی (fMRI) که هنگام انجام تست استدلال گرفته شده بود، محققان دریافتند که هر شیار الگوی خاصی از ارتباطات با سایر شیار‌ها دارد. با کمک هوش مصنوعی و الگوریتم‌های یادگیری ماشینی، توانستند با دقت ۹۶ درصد هر شیار را از دیگری بر اساس این الگو‌ها شناسایی کنند. این یافته نشان داد که شیار‌ها صرفاً چین خوردگی‌های تصادفی نیستند، بلکه هر کدام واحد‌های کوچکی از شبکه‌های عملکردی مغز هستند.

به گزارش سای‌پست محققان توانستند شیار‌ها را بر اساس شباهت الگو‌های ارتباطی به پنج گروه تقسیم کنند. برخی گروه‌ها ترکیبی از شیار‌های نواحی پیش‌پیشانی و آهیانه بودند، برخی تنها شامل شیار‌های پیش‌پیشانی بودند که قبلاً با مهارت استدلال مرتبط شناخته شده بودند. جالب این که این خوشه‌ها کاملاً با شبکه‌های مغزی بزرگ و شناخته شده متفاوت بودند، یعنی بررسی مغز با استفاده از شیار‌ها می‌تواند رویکرد دقیق‌تر و شخصی‌تری در شناخت عملکرد مغز ارائه دهد.

عمق بیشتر، ارتباط بهتر و تفکر قوی‌تر

یکی از مهم‌ترین یافته‌ها این بود که در چند شیار مشخص هر چه عمق شیار بیشتر بود، این شیار نقش کلیدی‌تری در شبکه ارتباطی مغز داشت. به عبارت دیگر، این شیار‌های عمیق‌تر توانایی بیشتری در برقراری ارتباط با دیگر شیار‌های مهم در نواحی بینایی و توجه داشتند. این ارتباطات قوی‌تر می‌توانند به مغز کمک کنند تا اطلاعات را سریع‌تر و مؤثرتر پردازش کند.

این رابطه میان عمق شیار و مرکزیت شبکه، فقط محدود به شیار‌های مرتبط با استدلال نبود؛ در شیار‌هایی مثل «aipsJ» که گاهی مسیر‌های جراحی مغزی محسوب می‌شود و یک شیار تازه شناسایی‌شده در لوب آهیانه (slocs-v) نیز این الگو دیده شد. این موضوع تأییدی است بر فرضیه قدیمی که می‌گوید تفاوت‌های ریز آناتومیکی در مغز می‌تواند نقش مهمی در عملکرد شناختی افراد ایفا کند.

چالش‌ها و محدودیت‌های تحقیق

با وجود یافته‌های هیجان‌انگیز، این پژوهش محدودیت‌هایی نیز دارد. حجم داده‌های MRI عملکردی در هر فرد نسبتاً محدود بود و فقط کودکان و نوجوانان سالم بررسی شدند؛ بنابراین هنوز مشخص نیست که این الگو‌ها در بزرگسالان یا افراد دارای مشکلات نورودولوژیک مشابه وجود داشته باشد یا خیر. همچنین، برخی عوامل اختلال‌زا مانند حرکت سر ممکن است تأثیراتی باقی گذاشته باشند که به طور کامل کنترل نشده‌اند.

مطالعه مغز با رویکرد شخصی‌سازی شده و دقیق‌تر

تحقیقات آینده می‌توانند این روش را در نواحی مختلف مغز، گروه‌های سنی دیگر و جنبه‌های متفاوت شناختی گسترش دهند. استفاده از شیار‌های مغزی به عنوان واحد‌های اصلی تحلیل به جای مناطق کلی یا نقشه‌های عمومی مغز، می‌تواند راهی جدید برای درک بهتر تفاوت‌های فردی و شناسایی زودهنگام نشانه‌های شناختی فراهم کند. این رویکرد به ویژه در زمینه آموزش، درمان و تشخیص پزشکی مغز نویدبخش است.

به گفته پروفسور سیلویا بانگه، یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه: «نتایج ما نشان می‌دهد که عمق شیار‌های مغزی نقش مهمی در عملکرد شبکه‌های مغزی ایفا می‌کند و این می‌تواند توضیح‌دهنده تفاوت‌های فردی در توانایی‌های استدلالی باشد. این کشف نه تنها دید ما را به مغز تغییر می‌دهد، بلکه دریچه‌ای جدید به سوی درمان‌های دقیق و شخصی‌سازی‌شده باز می‌کند.»

تحقیق جدید دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی نشان می‌دهد که عمق شیار‌های ریز و کوچک مغز، به ویژه در نواحی پیش‌پیشانی و آهیانه، نقش کلیدی در تقویت ارتباطات شبکه‌ای بین نواحی مختلف مغز ایفا می‌کند. این ارتباطات قوی‌تر، به نوبه خود با توانایی بهتر در تفکر پیچیده و استدلال در کودکان و نوجوانان مرتبط است.
یافته‌ها تأکید می‌کنند که تفاوت‌های آناتومیکی ریز در ساختار مغز، نه فقط ویژگی‌های ظاهری، بلکه نشانگر کارکرد‌های مهم شناختی هستند و می‌توانند درک بهتری از تفاوت‌های فردی در هوش و یادگیری ارائه دهند.
با ادامه تحقیقات و گسترش این روش به گروه‌های سنی و شناختی مختلف، می‌توان به ابزار‌های دقیق‌تر و شخصی‌سازی‌شده برای پیش‌بینی توانایی‌های ذهنی و درمان‌های هدفمند در آینده دست یافت. این کشف نقطه عطفی در مسیر درک پیچیدگی‌های مغز و ارتقای سلامت روان و شناختی انسان‌ها به شمار می‌رود.