ماشین زمان مغز چگونه کار می‌کند؟

با شناخت مکانیسم ساعت مغز، دانشمندان امیدوارند تا راهی برای راه‌اندازی مجدد آن بیابند. این کار ممکن است باعث افزایش سرعت فکر و واکنش ما شود. علاوه بر آن از آنجایی که زمان در درک رابطه علت و معلول تعیین‌کننده است، شاید یک ساعت درونی معیوب علت هذیان‌های افراد مبتلا به اسکیزوفرنی باشد.

اساسی‌ترین سوالی که دانشمندان به دنبال یافتن پاسخی برای آن هستند این است که آیا درک ما از دنیای اطراف به صورت پیوسته است یا این که مانند یک حلقه فیلم و تصاویر لحظه‌ای جدا از هم است. اگر این نکته را دریابیم شاید بتوانیم کشف کنیم که چگونه مغز سالم ترتیب زمانی هزاران واقعه را در خود حفظ می‌کند و چگونه درک ما از زمان شکل می‌گیرد.

برخی از اولین نکاتی که بر ادراک ما از دنیا به صورت تصاویر لحظه‌ای اشاره دارند از مطالعه «توهم چرخ درشکه» که همه شما به خوبی با آن آشنایی دارید، بدست آمده‌اند. در این توهم، چرخ‌های درشکه‌ای که روبه‌جلو در حال حرکت است به نظر شما آرامتر می‌چرخند و یا این که در جهت مخالف گردش می‌کنند. این توهم اولین بار در هنگام مشاهده فیلم‌های قدیمی مورد توجه قرار گرفت و این بدان علت است که دوربین برای فیلمبرداری از چرخ، تصاویر لحظه‌ای از آن را ضبط می‌کند. اگر سرعت چرخش مناسب باشد اینطور به نظر می‌رسد که هر پره چرخ در هر فریم کمی به سمت عقب حرکت می‌کند در حالی که در واقع پره‌های چرخ به سمت جلو حرکت می‌کنند.

این اثر تنها مربوط به فیلم‌های سینمایی نمی‌شود بلکه شما در دنیای خارج هم آن را تجربه می‌کنید.

اگر این مشاهدات قابل تولید مجدد باشند معلوم می‌شود که مغز ما به طور طبیعی درک بینایی را به تصاویر لحظه‌ای قطعه قطعه می‌کند.

در سال 2006، روفین ون رولن از دانشگاه تولوز فرانسه تصمیم گرفت تا این توهم را در آزمایشگاه خود بازسازی کند.

وقتی او یک چرخ را با سرعت معینی چرخاند همه شرکت‌کنندگان عنوان کردند که می‌توانند چرخیدن آن در جهت معکوس را مشاهده کنند. ون رولن از این یافته این‌طور استنباط کرد که تداوم ادراک باعث پدید آمدن توهم می‌شود.

این آزمایش حتی توانست میزان فریم بینایی را مشخص کند، حدود 13 فریم در ثانیه. اما چه چیزی در مغز ما این میزان را تعیین می‌کند. وقتی ون رولن امواج مغزی داوطلبان را توسط نوار مغزی مطالعه کرد، توانست ریتم خاصی را در لوب تحتانی آهیانه راست پیدا کند. او برای اثبات فرضیه خود از تکنیکی استفاده کرد که می‌توانست با فعالیت نقاط خاصی از مغز مداخله کند و به کمک آن در امواج طبیعی مغزی لوب تحتانی آهیانه راست داوطلبان اختلال ایجاد کرد. با این کار به طور موقتی تصویربرداری لحظه‌ای بینایی که برای مشاهده توهم چرخ درشکه لازم است متوقف شد و به این ترتیب احتمال دیدن این توهم 30 درصد کاهش یافت. داوطلبان همچنان می‌توانستند حرکات طبیعی چرخ‌ها را ببینند زیرا سایر نواحی مغزی آنها دست نخورده باقی مانده بود.

در آزمایش دیگر وقتی دانشمندان دو چرخ که به طور همزمان و با یک سرعت می‌چرخیدند را به داوطلبان نشان دادند، آنها عنوان کردند که حرکت معکوس چرخ‌ها از یکدیگر مستقل است. این یافته خلاف تصور دانشمندان بود که فکر می‌کردند وقتی بینایی به صورت فریم ذخیره می‌شود آن‌وقت همه چیز باید در یک زمان حرکت معکوس داشته باشد.

ون رولن برای این مساله توضیحی ارائه کرد. مغز آنچه را که در میدان بینایی مشاهده می‌شود به صورت مجزا از هم تجزیه و تحلیل می‌کند حتی اگر حرکت آنها همزمان باشد. این نشان‌دهنده آن است که مغز مانند یک حلقه فیلم نیست، بلکه چندین مسیر مجزا وجود دارند که هر یک اطلاعات جداگانه‌ای را ثبت می‌کنند. به علاوه این روش مقابله با اطلاعات فقط مربوط به درک حرکات نیست. سایر تجزیه و تحلیل‌های مغزی مانند شناخت اجسام یا اصوات نیز ممکن است به صورت بسته‌های مجزا صورت گیرند.

برای آزمایش این مساله ون رولن عملکرد عصبی دیگری به نام ردیابی روشنایی را نزدیک آستانه امتحان کرد. او داوطلبان را در معرض نوری بسیار ضعیف قرار داد و دریافت که احتمال این که این افراد متوجه این نور شوند به فاز موجی در قسمت قدامی مغز بستگی دارد که 7 بار در ثانیه افت و خیز دارد. به نظر می‌رسید وقتی این موج در نزدیکی نقطه فرود خود قرار دارد افراد نور را پیدا می‌کنند ولی وقتی موج به نقطه اوج خود نزدیک می‌شود افراد نور را نمی‌بینند. این آزمایش در سال گذشته به چاپ رسید و نشان داد که درک نقطه خاموش و روشن دارد و توجه نیز اطلاعات را از طریق تصاویر لحظه‌ای به دست می‌آورد.

بنابراین به نظر می‌رسد که هر فرآیند مجزایی که بر ادراک ما حاکم است جریانی از فریم‌های مجزای مربوط به خود را ثبت می‌کند. اما چگونه این جریان‌ها با هم یکی می‌شوند و تصویری از دنیای اطراف را برایمان مجسم می‌کنند. به نظر برخی محققان تمامی تصاویر جداگانه به دسته‌هایی از اطلاعات تبدیل می‌شوند که ساختمان‌‌های هوشیاری نام دارند و در ادراک ما از زمان نقش دارند.

اگر دو واقعه در یک ساختمان قرار گیرند آنگاه آن دو همزمان تلقی می‌شوند و اگر در دو ساختمان متوالی قرار گیرند، پی در پی استنباط می‌شوند.

تلاش مغز برای حفظ ترتیب زمانی وقایع به ما برای شناخت برخی از بیماری‌ها کمک می‌کند. به عنوان مثال، اسکیزوفرنی ممکن است از عدم توانایی فرد در هماهنگ ساختن اطلاعاتی که از نقاط مختلف مغز می‌آیند ناشی شود. داشتن اطلاعات بیشتر از نحوه جمع‌آوری اطلاعات مجزا توسط مغز می‌تواند به کشف جنبه‌های پنهان این بیماری کمک کند.

درک مجزا در مقابل درک پیوسته تنها سوالی نیست که دانشمندان را به چالش کشیده است. بسیاری از محققان در حال کار برروی سرعتی که زمان در شرایط مختلف طی می‌کند هستند. چرا گاهی اوقات فکر می‌کنیم برخی تجربه‌های ترسناک بیشتر به طول می‌انجامند در حالی که درواقع در مدت زمان کمتری اتفاق افتاده‌‌اند.

برای این مساله دو توضیح وجود دارد. یکی این که این فرایند می‌‌تواند رویه‌ای از حافظه باشد و یا این که افزایش سرعت تحلیل مغز در شرایط پراسترس موجب می‌شود که وقایع خارجی در مقایسه با آن آهسته‌تر به نظر برسند.

برای اندازه‌گیری سرعت درک، آزمایشی ترتیب داده شد. در این آزمایش داوطلبان از ارتفاع 30 متری روی یک توری ایمنی سقوط کردند. به مچ این افراد یک کورنومتر بسته شده بود و شمارش روی آن به گونه‌ای تغییر می‌کرد که در حالت معمول افتراق بین اعداد برای داوطلبان امکان‌پذیر نبود. دانشمندان تصور می‌کردند که اگر نظریه دوم درست باشد آنگاه افراد در هنگام سقوط آزاد باید بتوانند شماره‌های روی کورنومتر را مشاهده کنند.

نتایج آزمایش ناامیدکننده بود. همان‌طور که تصور می‌شد داوطلبان زمان سقوط را 3 ثانیه بیشتر از زمان واقعی یعنی 25 ثانیه تخمین زدند، اما آنها نتوانستند شماره‌های کورنومتر را افتراق دهند که نشان می‌دهد ادراک آنان واقعا سرعت نمی‌یابد.

با توجه به آزمایش فوق محققان به این نتیجه رسیدند که آهسته شدن زمان به حافظه مربوط می‌شود. خاطرات عمیق‌تر برای مدت بیشتری دوام می‌یابند. وقتی در حال سقوط هستید مغزتان فعال‌تر است بنابراین حافظه عمیق‌تری شکل می‌گیرد. وقتی مجددا این خاطره را مرور می‌کنید، با خود فکر می‌کنید که این حادثه مدت زیادتری از آنچه در واقع رخ داده، طول کشیده است.

به طور کلی به نظر می‌رسد تئوری اخیر می‌تواند بسیاری از توهمات بینایی را توصیف کند. هر چند که هنوز نمی‌تواند این امکان را برطرف کند که در بعضی مواقع یک ساعت درونی در داخل مغز ممکن است سریع‌تر یا آهسته‌تر در حال حرکت باشد و سرعت ادراک وقایع را تغییر دهد.

به این مثال ویژه توجه کنید. یک روز وقتی فردی که به اختصار او را BW می‌خوانیم در حال رانندگی بود مشاهده کرد که وقتی با سرعت 300 کیلومتر در ساعت رانندگی می‌کند درختان و ساختمان‌های اطراف نیز با سرعت از کنار او رد می‌شوند. BW سرعت خود را کم کرد اما مناظر با همان سرعت از کنار او رد می‌شدند. وقتی BW دید که نمی‌تواند با سرعت محیط اطراف هماهنگ شود مجبور شد اتومبیل خود را متوقف کند.

BW تصور می‌کرد که سرعت محیط اطراف افزایش یافته است اما در واقع این سرعت BW بود که کمتر شده بود. او آهسته سخن می‌گفت و آرام راه می‌رفت. وقتی پزشک از BW خواست که در ذهنش تا 60 ثانیه بشمارد، 280 ثانیه طول کشید تا او این کار را انجام دهد. معلوم شد که وی توموری در قشر پیشانی مغز خود دارد.

این مورد منحصر به فرد نیست. سایر افرادی که در این ناحیه از مغز خود دچار آسیب‌دیدگی بودند نیز علایم مشابهی را گزارش کردند. چنین ادراک دگرگون‌شده‌ای می‌تواند بسیار ناتوان‌کننده باشد، هرچند که ممکن است گاهی اوقات تغییر ساعت داخلی مغز مفید باشد. مثلا افزایش سرعت ساعت مغز (یعنی خلاف تجربه BW)‌ ممکن است بتواند به بازیکنان فوتبال یا سربازان به مشاهده آهسته‌تر محیط اطراف کمک کند. هرچند مشکل اصلی پیدا کردن راه مناسبی برای ایجاد این پدیده در مواقع مورد نیاز است.

در آزمایشی دانشمندان داوطلبان را با صداهای کلیک مانند پشت سر هم (حدود 5 صدا در ثانیه)‌ برای مدت 10 ثانیه مواجه کردند و بعد سرعت انجام 3 فعالیت (محاسبات ساده، حفظ کردن لغات و یا فشردن کلید خاصی روی صفحه کلید)‌ را در آنها اندازه گرفتند. آنها مشاهده کردند که سرعت انجام هر سه فعالیت در افراد 20ـ10درصد افزایش یافت. به نظر می‌رسد که شنیدن صداهای پرسرعت باعث شد که سرعت حرکت پیام عصبی در سلول‌های عصبی افزایش یافته و فرد فعالیت مورد نظر را با سرعت بیشتری انجام دهد.

این افزایش 10 درصدی می‌تواند تاثیر زیادی در فعالیت‌های روزانه ما داشته باشد. به عنوان مثال با شنیدن صدای کلیک‌های پشت سر هم از طریق گوشی، ورزشکاران می‌توانند واکنش‌های سریع‌تری داشته باشند و امتیازهای بیشتری کسب کنند یا این که دانش‌آموزان در مدت کوتاه‌تر مطالب بیشتری را بیاموزند. اما هنوز این مساله برای بعضی دانشمندان جای سوال دارد که ممکن است کلیک‌ها مانند کافئین باعث افزایش توجه فرد شوند و با زمان رابطه‌ای نداشته باشند. در سال 1993 محققان مشاهده کردند که عملکرد دانش‌آموزان در صورتی که قبل از امتحان به موسیقی کلاسیک گوش کرده باشند بهتر می‌شود، اما مطالعات بعدی نشان داد بیشتر صداها مانند سر و صدای ترافیک یا سخنرانی نیز همین مزیت را دارد. به نظر می‌رسد که هر محرک شنوایی خارجی همین اثر تحریکی را دارد. اما برخی دیگر از دانشمندان با این یافته مخالفند. آنها می‌گویند که سر و صدای زمینه هیچ اثری بر عملکرد افراد مورد آزمایش در آزمون‌های ریاضی و حافظه و درک آنها از زمان نداشته است. علاوه بر آن هیچ تغییری در ضربان قلب و کشش عضلانی که نشان‌دهنده اثر تحریکی و تهییجی باشد، در نمونه‌ها دیده نشده است.

پس چه راه دیگری ممکن است وجود داشته باشد که صداهای کلیک پشت سر هم بر درک ما از زمان و سرعت تجزیه و تحلیل اطلاعات تاثیر بگذارند؟ ادوارد لارج از دانشگاه آتلانتیک فلوریدا دریافته است که اصوات ریتمیک می‌توانند امواج بتای مغزی پشت سر هم ایجاد کنند، یعنی شروع هر صدا با قله چندین موج قوی همراه می‌شود. به دنبال صداهای کلیک پشت سر هم امواج دیگر مغزی نیز می‌توانند به صورت متوالی ایجاد شوند و احتمالا برخی از آنها مسوول ایجاد تصاویر پشت سر هم از دنیای اطرافند.

دانشمندان احتمال می‌دهند که این پاسخ درست باشد. وقتی جنبش بیشتری دارید، تصاویر بیشتری در ثانیه ذخیره می‌کنید و در فعالیت‌های شناختی کارآمدتر خواهید بود و از آنجایی که تصاویر بیشتری در واحد زمان ذخیره می‌کنید، واقعه برای شما طولانی‌تر جلوه می‌کند. اگر این تئوری درست باشد، کلیک‌های قطاری در حقیقت باعث راه‌اندازی مجدد میزان ثبت فریم مغز می‌شوند. کیست که به دنبال زمان بیشتری نباشد؟

اسکیزوفرنی علائم مختلفی دارد؛ صداهای آزاردهنده که از در و دیوار ساطع می‌شوند، هذیان‌هایی که باعث می‌شود افراد مبتلا احساس کنترل بدن و فکر خود را از دست بدهند و اغلب گام برداشتن آنها نامنظم می‌شود. آیا همه این مشکلات می‌تواند از یک اشکال در ساعت داخلی ناشی شده باشد؟

هم‌اکنون می‌دانیم اسکیزوفرنی باعث اختلال درک زمان در افراد مبتلا می‌شود. اگر فرد مبتلا به اسکیزوفرنی با یک تشعشع نورانی و سپس یک صدای جداگانه با فاصله یک‌دهم ثانیه مواجه شود، آنها معمولا در تشخیص آن که کدام واقعه اول اتفاق افتاده است، دچار مشکل می‌شوند. این‌گونه افراد مشخصا گذشت زمان را نسبت به دیگران ضعیف‌تر ارزیابی می‌کنند. هم‌اکنون برخی مطالعات نشان می‌دهد که اگر ساعت داخلی افراد سالم مخدوش شود، آنها دچار بعضی از علائم اسکیزوفرنی می‌شوند.

در یک مطالعه به افراد سالم یاد داده شد که در یک بازی رایانه‌ای هواپیمایی را از میان موانع عبور دهند. وقتی افراد بازی را بخوبی آموختند، محققان به گونه‌ای بازی را تغییر دادند که هواپیما با یک تاخیر 2/0 ثانیه‌ای نسبت به فرمان صادر شده از سوی بازیکن پاسخ دهد. پس از ایجاد این تغییر ابتدا عملکرد بازیکنان مدتی افت نمود، اما پس از گذشت زمان مغز آنها خود را با تاخیر ایجاد شده سازگار کرد و آنها توانستند خود را با بازی هماهنگ کنند. اما اتفاق عجیب وقتی رخ داد که محققان تاخیر را حذف کردند و زمانبندی را به حالت طبیعی برگرداندند. به طور ناگهانی بازیکنان حس کردند که هواپیما قبل از آن که آن را هدایت کنند، حرکت می‌کند. این مشابه حالتی در اسکیزوفرنی است که افراد مبتلا از احساسی سخن می‌گویند که گویا آنها به گونه‌ای توسط دیگران کنترل می‌شوند.

این تنها آزمایشی نیست که نشان می‌دهد این احساسات ترس‌آور از اشتباه در شناخت زمانبندی وقایع نشات می‌گیرند. برای مثال ما به طور معمول نمی‌توانیم خودمان را قلقلک دهیم زیرا به گونه‌ای اراده شما برای شروع حرکت باعث مهار پاسخ می‌شود. اما وقتی از افراد خواسته شد که وسیله رباتی‌شکلی که 200 میلی ثانیه بین اراده به حرکت و حرکت واقعی تاخیر ایجاد می‌کرد را به کف دست خود بکشند، همان احساسی به آنها دست داد که گویا فرد دیگری دارد آنها را قلقلک می‌دهد.

این هسته اصلی اسکیزوفرنی را تشکیل می‌دهد: این که آیا شما در کنترل بدن واقعی خود هستید یا نه؟ توانایی نسبت دادن اعمال به خود در برابر دیگران و درک افکار شخصی در مقابل افکاری که توسط منابع خارجی شکل گرفته‌اند نیازمند هماهنگی دقیقی با زمان است.

این عقیده می‌تواند بسیاری از تجارب گزارش شده توسط افراد مبتلا به اسکیزوفرنی را توضیح دهد. با تیره شدن نظم افکار در مغز، به عنوان مثال، ممکن است قبل از این که از تصمیم خود آگاه شوید، دست خود را حرکت دهید. انگار که کس دیگری حرکات شما را کنترل می‌کند و وقتی یک آگهی از تلویزیون پخش می‌شود ممکن است مغز شما آن را قبل از آن که از طریق درک ارادی ثبت شود در ذهن تصویر کند و این هذیان را در شما ایجاد کند که افکار شما در حال پخش از تلویزیون است.

در صورتی که ضعف در تحلیل زمان واقعا علت بیشتر هذیان‌های روانی باشد، می‌تواند مشخصه مقصد اصلی در مغز یعنی مخچه باشد. برای چند دهه مخچه به عنوان مرکز زمانبندی حرکات ماهیچه‌ای شناخته شده است، اما برخی محققان گمان می‌کنند که شاید مخچه در هماهنگ کردن افکار و تجزیه و تحلیل حواس نیز نقش داشته باشد.

این مساله با شواهد علمی نیز مطابقت دارد. در طی طیف گسترده‌ای از فعالیت‌های مغزی افراد مبتلا به اسکیزوفرنی نسبت به افراد عادی خون‌رسانی کمتری به مخچه دارند. این عقیده نظر بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرده است. دیوید ایگلمن از دانشگاه پزشکی بایلو در تگزاس با استفاده از یک بازی رایانه‌ای مشابه بازی هواپیما افراد مبتلا به اسکیزوفرنی را مورد مطالعه قرار داده است. در این بازی ایگلمن می‌توانست بین اعمال داوطلبان و پاسخ آنها به دلخواه تاخیر ایجاد کند. وقتی او فواصل زمانی را تغییر می‌داد افراد مبتلا به اسکیزوفرنی نسبت به افراد سالم سخت‌تر با شرایط جدید سازگار می‌شدند.

او به این نتیجه رسید که مغز افراد مبتلا به اسکیزوفرنی در مقابل زمان غیرقابل انعطاف است. او به این امید است که می‌توان از چنین بازی‌هایی در آینده برای ارزیابی شدت اسکیزوفرنی یا پاسخ بیماران به درمان استفاده کرد.

دکتر امیر شیروانی

منابع:

New Scientist

inhabit

brain science