انرژی تاریک مغز

 براساس این فرضیه در چنین شرایطی وضعیت درونی مغز از بسیاری جهات شبیه به الگوی برفکی‌شکلی است که وقتی هیچ برنامه‌ای از یک شبکه تلویزیونی پخش نمی‌شود روی صفحه نمایشگر دیده می‌شود. بنابراین وقتی یک مگس روی دست شما فرود می‌آید مغز فعالیت خود را همچون وقتی که در حال هوشیاری کامل است برای از بین بردن این حشره مزاحم متمرکز می‌کند. اما نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل داده‌های به دست آمده از فناوری‌های جدیدی که در زمینه تصویربرداری از مغز از آنها استفاده می‌شود، حاکی از آن است که وقتی فردی در حال استراحت است و هیچ‌کاری انجام نمی‌دهد مجموعه‌ای از اتفاقات بسیار مهم در مغز رخ می‌دهد. بنابراین وقتی در طول روز روی صندلی و در هوای آزاد چرت می‌زنید و یا هنگامی که در شب به خواب عمیق رفته‌اید و حتی هنگامی که برای انجام یک عمل جراحی بیهوش شده‌اید و تصور می‌کنید که در این شرایط ذهن شما هم در حال استراحت است در بخش‌های پراکنده‌ای از مغز فعالیت‌هایی انجام می‌شود که موجب برقراری ارتباط بین این نواحی از مغز می‌شود. جالب است بدانید که در چنین شرایطی مقدار مصرف انرژی در این بخش همیشه فعال مغز که وظیفه انتقال پیام‌های عصبی را برعهده دارد 20 برابر انرژی مصرفی در شرایطی است که مغز به صورت خودآگاه و در حالت هوشیاری کامل نسبت به یک حشره مزاحم و یا یک محرک خارجی واکنش نشان می‌دهد. در حقیقت اغلب فعالیت‌های مغز در وضعیت هوشیاری مانند وقتی برای خوردن غذا روی صندلی می‌نشینیم و یا وقتی در یک جمع سخنرانی می‌کنیم در بخشی از مغز فرماندهی می‌شود که در منطقه‌ای دورتر از بخشی که فعالیت شبکه پیش فرض و از پیش تعیین شده مغز را فرماندهی می‌کند قرار گرفته است.

به نظر می‌‌رسد که داده‌های به دست‌آمده از مطالعه و بررسی فعالیت‌های عصبی در بخش‌هایی از مغز که در زمان استراحت یا به عبارتی عدم هوشیاری کامل افراد فعال هستند می‌تواند دربردارنده اطلاعات مهمی درباره اختلالات عصبی ایجاد شده در مغز و حتی وضعیت طبیعی مغز در هنگام هوشیاری باشد. این سیستم عصبی که پیش از این همچنان ناشناخته باقی مانده بود به عنوان شبکه عصبی پیش فرض و قراردادی مغز شناخته شده و همچنان محققان در تلاش هستند تا به یافته‌های جدیدی درباره نقش اصلی این شبکه عصبی در سازما‌ندهی فعالیت‌های عصبی مغز دست یابند.

گروهی از محققان تصور می‌کنند که ممکن است شبکه عصبی از پیش تعیین شده مغز وظیفه ایجاد هماهنگی و سازماندهی خاطرات و اطلاعات ثبت شده در حافظه و همچنین سیستم‌هایی که برای رویدادهای آتی نیازمند آمادگی قبلی هستند را برعهده داشته باشد. به عبارت دیگر شبکه عصبی پیش‌فرض مغز همزمان‌سازی بخش‌های مختلف مغز را برعهده دارد. اگر چنین فرض کنیم که شبکه عصبی پیش فرض مغز را برای انجام فعالیت در زمان هوشیاری آماده می‌کند می‌توانیم براساس اطلاعات به دست آمده از وضعیت مغز در چنین شرایطی به داده‌های مهمی درباره ماهیت و چگونگی آنچه در حالت هوشیاری و خودآگاه تجربه می‌کنیم، دست یابیم. باتوجه به این موضوع برخی از محققانی که در زمینه عصب‌شناسی به تحقیق پرداخته‌اند اعلام کرده‌اند که آسیب شبکه عصبی پیش‌فرض مغز می‌تواند علاوه بر این که منجر به خطاهای ذهنی ساده‌ای شود مجموعه‌ای از اختلالات مغزی پیچیده‌تر از بیماری آلزایمر تا ابتلا به افسردگی روحی و روانی را به همراه داشته باشد.

این که مغز می‌تواند به صورت پیوسته در حال انجام فعالیت باشد، یافته جدیدی نیست. پیش از این نیز هنس برگر مخترع سیستم‌های موج نگاری مغزی که امواج الکتریکی مغز را به‌صورت مجموعه‌ای از امواج روی یک منحنی به نمایش درمی‌آورد، این نظریه را مطرح کرده بود. او در مقاله‌ای که در سال 1992 منتشر ساخت به این نکته اشاره کرده بود که نوسان بی‌وقفه امواج الکتریکی مغز که در دستگاه موج نگار مغزی ثبت می‌شود نشان‌دهنده این است که سیستم عصبی مرکزی مغز نه‌تنها در هنگام بیداری بلکه همواره و تحت هرشرایطی در وضعیت نسبتا فعال قرار دارد. اما هیچ‌گاه پیش از این تحقیقاتی درباره چگونگی عملکرد مغز در این شرایط انجام نشده بود. نخستین تحقیقات در این زمینه از اواخر دهه 1970 میلادی و با استفاده از روش پرتونگاری از طریق انتشار ذرات پوزیترون (ذرات کوچک دارای بار مثبت) انجام شد. در این روش میزان متابولیسم گلوکز (قندخون)، فشارخون و جذب اکسیژن به عنوان معیاری برای سنجش حجم فعالیت‌های عصبی در مغز اندازه‌گیری می‌شود. این تحقیقات در سال 1992 با روش پرتونگاری از طریق رزونانس مغناطیسی یا MRI ادامه یافت اما از آنجایی که این فناوری‌ها نمی‌توانستند میزان فعالیت‌های مغز را مورد ارزیابی قرار دهند و نتیجه‌گیری‌ها تنها براساس تصاویر گرفته شده انجام می‌شد چنین تصور می‌شد که اغلب نواحی مغز تا قبل از این که فردی که در خواب است با نوعی محرک محیطی مواجه شود در حالت سکون و آرامش هستند. این در حالی است که آنها می‌توانستند براساس نتایج به دست آمده از بررسی مقایسه‌ای تصاویر، نواحی‌ای از مغز را که در انجام یک فعالیت بخصوص نقل و انتقال پیام‌های عصبی را برعهده دارند شناسایی کنند. آنها برای انجام چنین مطالعاتی فعالیت مغز را در جریان مواجه شدن با شرایط مرتبط مورد مقایسه قرار می‌دادند. برای مثال اگر آنها می‌خواستند نواحی‌ای از مغز را که در هنگام خواندن یک متن با صدای بلند توسط یک فرد و همچنین مواجه شدن با شرایطی مشابه مانند خواندن‌ همان متن در وضعیت بی‌صدا و از طریق تعقیب کلمات نوشته شده روی کاغذ به کمک چشم، نقش دارند شناسایی کنند به‌دنبال تفاوت‌ها در تصاویر گرفته شده از مغز در این شرایط بودند. بدون تردید فعالیت سلول‌های عصبی در این نواحی نقش بسیار مهمی در شکل‌گیری این رفتار خواهد داشت. به عبارت دیگر تا زمانی که فرد برای انجام یک فعالیت بخصوص به این نواحی نیاز نداشته باشد این قسمت از مغز به صورت غیرفعال باقی خواهد ماند. پس از گذشت سال‌ها از پی بردن به این موضوع، بتدریج سوالات جدیدی در ذهن محققان شکل گرفت. آنها براین باور بودند که اگر هر قسمت از مغز در انجام فعالیت بخصوصی و یا مواجه شدن با یک محرک خارجی نقش داشته باشد بنابر این تصور می‌شود در شرایطی که فرد هیچ کاری انجام نمی‌دهد و در حال استراحت است همه نواحی مغز نیز در حالت غیرفعال به سر خواهند برد و میزان فعالیت عصب‌های مغزی به حداقل کاهش خواهد یافت. اما مطالعاتی که در این زمینه انجام شده بود مباحثی را درباره میزان فعالیت‌های پشت صحنه در مغز افراد مطرح ساخته بود. آنها می‌گفتند بخش‌هایی از مغز که در هر دو شرایط مشابه برای انجام یک فعالیت علی‌رغم تغییرات ایجاد شده در چگونگی انجام این فعالیت همچنان فعال هستند نواحی‌ای از مغز هستند که انجام فعالیت‌های درونی پیش فرض و از پیش تعیین شده را برعهده دارند. علاوه براین مطالعات انجام شده در این زمینه نشان می‌داد که انجام یک فعالیت بخصوص مصرف انرژی در مغز را در مقایسه با شرایطی که به عنوان مبنای اندازه‌گیری مصرف انرژی در نظر گرفته می‌شود تنها حدود 5 درصد افزایش خواهد داد. این در حالی است که بخش عمده فعالیت‌های درونی مغز که 60 تا 80 درصد انرژی مصرفی مغز را به خود اختصاص می‌دهند در بخشی از مدارهای عصبی مغز اتفاق می‌افتند که در مواجه شدن یا هیچ نوع محرک خارجی نقش ندارند. این گروه از محققان این گروه از فعالیت‌های درونی پیش فرض مغز را باتوجه به ناشناخته بودن آنها و همچنین مخفی بودن آنها در زمینه فعالیت‌هایی که در مغز انجام می‌شود، انرژی تاریک مغز نامگذاری کرده‌اند. چگونگی انتقال اطلاعات بسیار جزیی دریافت شده به وسیله حواس پنجگانه به مراکز پردازش داخلی مغز نیز می‌تواند تاییدی بر وجود انرژی تاریک یا نهفته عصبی در مغز باشد. برای مثال وقتی اطلاعات دیداری از چشم به کورتکس دیداری مغز ارسال می‌شوند، حجم این اطلاعات بتدریج به میزان قابل توجهی کاهش پیدا می‌کند. از مجموعه‌ای از اطلاعات دیداری نامحدودی که در دنیای اطراف ما وجود دارند در هر ثانیه حدود 10 میلیارد بیت اطلاعات (واحد انتقال اطلاعات) به شبکیه که در پشت چشم قرار گرفته است منتقل می‌شود. از آنجایی که توان ارتباطی خروجی سلول‌های عصب بینایی که به شبکیه متصل هستند تنها یک میلیون است بنابر این در هر ثانیه فقط 6‌میلیون بیت از اطلاعات دیداری دریافتی از شبکیه وارد مغز می‌شود و این در حالی است که از این اطلاعات نیز در هر ثانیه تنها حدود 10 هزار بیت اطلاعات دیداری به کورتکس دیداری مغز ارسال می‌شود. پس از پردازش اطلاعات، اطلاعات دیداری دریافت شده به نواحی‌ای از مغز فرستاده می‌شود که در شکل‌گیری قوه ادراک ما نسبت به محرک‌های محیطی نقش دارند. جالب است بدانید که حجم اطلاعاتی که قوه ادراک ما را تشکیل می‌دهند کمتر از 100بیت برثانیه است. در صورتی که همه قسمت‌های مغز در تفسیر این اطلاعات وارد عمل نشوند حجم اطلاعات دریافتی در این مرحله به قدری ناچیز است که این قسمت از مغز نمی‌تواند به تنهایی این اطلاعات را درک کند. بنابر این به نظر می‌رسد که فعالیت‌های درونی پیش‌فرض مغز نقش بسیار مهمی در دریافت اطلاعات ارسال شده از محیط اطراف داشته باشد. علاوه بر این تعداد سیناپس‌های عصبی (محل تماس دو عصب باهم) در کورتکس دیداری مغز که به اطلاعات دیداری دریافت شده اختصاص پیدا می‌کند کمتر از 10 درصد سیناپس‌های عصبی موجود است. این در حالی است که ارتباطات عصبی موجود در این ناحیه می‌تواند نشان دهنده ارتباطات داخلی در بین سلول‌های عصبی این بخش از مغز باشد.

براساس این شواهد می‌توان وجود زندگی درونی اسرارآمیزی را در مغز مورد اثبات قرار داد. اما لازم است در این زمینه اطلاعات بیشتری درباره فیزیولوژی و چگونگی انجام فعالیت‌های درونی پیش‌فرض مغز و همچنین نحوه تاثیرگذاری آن بر قوه ادراک و رفتارهای فرد نسبت به محرک‌های محیطی به دست آید. در اواسط دهه 1990 میلادی محققان به طور کاملا تصادفی متوجه شدند زمانی که افراد فعالیت‌های بخصوصی را انجام می‌دهند سطح فعالیت‌های درونی مغز که از فعالیت‌های ثابت و مداوم مغز در هنگام استراحت و عدم‌هوشیاری کامل آنها هستند در بخش‌های بخصوصی از مغز به میزان قابل توجهی کاهش پیدا می‌کند. در این نواحی و بخصوص در بخشی از کورتکس میانی آهیانه‌ای مغز که ناحیه‌ای در نزدیکی قسمت میانی مغز است و در به یادآوردن وقایع شخصی افراد نقش دارد، در حالی که دیگر نواحی مغز در حال پردازش‌‌ داده‌های عصبی مربوط به انجام یک فعالیت بخصوص مانند خواندن یک متن با صدای بلند هستند. فعالیت‌های درونی بشدت کاهش پیدا می‌کند. براساس نتایج به‌دست آمده از آزمایشاتی که به روش پرتونگاری از طریق انتشار ذرات پوزیترون انجام شده است وقتی مغز فعالیت هوشیارانه بخصوصی را انجام نمی‌دهد به این معنی نخواهد بود که قسمت‌های مختلف مغز درآن زمان در حال استراحت هستند. در حقیقت بسیاری از نواحی مغز تا زمانی که فعالیت‌های مغز برای انجام یک کار بخصوص متمرکز نشده باشند همچنان بی‌وقفه و مداوم فعال خواهند بود و درست زمانی که فعالیت ذهنی جدیدی در مغز راه‌اندازی می‌شود فعالیت‌های درونی مغز در این نواحی کاهش خواهد یافت. علاوه بر کورتکس میانی آهیانه‌ای، کورتکس میانی قسمت جلویی مغز که علاوه بر حدس زدن درباره آنچه دیگران به آن فکر می‌کنند در وضعیت احساسی افراد نقش دارد نیز از وضعیت مشابهی برخوردار است. این دو قسمت از مغز به عنوان مراکز اصلی شبکه عصبی پیش‌فرض مغز هستند. تا پیش از این محققانی که در زمینه عصب‌شناسی تحقیق می‌کردند هرگز فکر نمی‌کردند که این نواحی نیز همچون یک سیستم مجزا از عملکردی مشابه سیستم‌های دیداری یا حرکتی مغز برخوردار باشند بلکه آنها براین باور بودند که این نواحی مجموعه‌ای از نواحی مجزا هستند که برای انجام یک عمل بخصوص با یکدیگر همکاری می‌کنند.

اما وقتی آنها به وجود یک شبکه عصبی از پیش تعیین شده در مغز پی بردند به داده‌های جدیدی درباره فعالیت‌های درونی مغز دست یافتند. اما آیا این ویژگی تنها مختص شبکه عصبی پیش‌فرض مغز است یا این که دیگر نواحی مغز نیز وضعیت مشابهی را در هنگام استراحت تجربه می­­‌کنند؟ از آنجایی که روش تصویربرداری MRI بر مبنای تغییرات ایجاد شده در سطح اکسیژن مغز در نتیجه تغییرات و نوسانات فشارخون انجام می‌شود،‌ می‌توان از نتایج به دست آمده از آن به عنوان معیاری برای تعیین سطح اکسیژن در قسمت‌های مختلف مغز استفاده کرد. علائم سیاه‌رنگی که در تصویر MRI گرفته شده از قسمت‌های مختلف مغز در وضعیتی که فرد در حال استراحت بوده است نشان‌دهنده نوساناتی جزئی است که در چرخه‌هایی که هر 10 ثانیه تکرار می‌شود که به نظر می‌رسد این نوسانات جزئی که به مقدار اندکی فعالیت‌های مغز را در هنگام استراحت کاهش می‌دهند ناشی از وجود اختلالاتی در شبکه عصبی مغز باشد و این به آن معنی نخواهد بود که در هنگام استراحت بخش‌های مختلف مغز نیز در حال استراحت خواهند بود. در حقیقت محققان بر این باور بودند که پارازیت‌های محیطی که عاملی تحریک‌کننده محسوب می‌شوند حتی هنگامی که فرد در حال استراحت است نیز موجب تحریک عصب‌های مغزی می‌شوند که این اتفاق منجر به کاهش ناگهانی فعالیت‌های درونی پیش‌فرض مغز و بازگشت مجدد آن به وضعیت پیشین و ایجاد نوساناتی در این چرخه می‌شود، اما از آنجایی که فردی که در حالت بیهوشی عمومی قرار داشت در مقایسه با فردی که خواب کوتاهی را تجربه می‌کرد وضعیت مشابهی را تجربه می‌کرد به نظر می‌رسد که این نوسانات از ویژگی‌های مشخصه عملکرد مغز بوده و ناشی از پارازیت‌ها و عوامل محرک محیطی نباشند. پس از آن مشخص شد که اگرچه شبکه عصبی پیش‌فرض مغز از مهم‌ترین نواحی مغز است که بی‌وقفه به فعالیت خود ادامه می‌دهد و وظیفه انجام فعالیت‌های درونی اسرارآمیز مغز را در حالت عدم هوشیاری کامل افراد بر عهده دارد، اما چنین شرایط مشابهی را همه قسمت‌ها و سیستم‌های مختلف مغز تجربه می‌کنند. عملکرد شبکه عصبی مغز شبیه به یک ارکسترسمفونی بزرگ است که در نهایت از هماهنگی سازهای مختلفی که براساس آهنگ یکسانی نواخته می‌شوند موسیقی زیبایی را می‌سازد. امواج الکترونیکی درونی مغز یا به عبارتی دیگر نوسان پتانسیل‌های درونی مغز شبیه به همان چوب عصایی‌شکلی است که رهبر ارکستر برای ایجاد هماهنگی میان نوازندگان در دست می‌گیرد. علائم ارسال شده از این نوسانات دسترسی هریک از سیستم‌های مغزی به حافظه و همچنین اطلاعات دیگری که برای ادامه حیات انسان در این دنیای پیچیده‌ای که دائم در حال تغییر است لازم و ضروری است،‌ هماهنگ می‌کند. به عبارت دیگر نوسانات پتانسیل درونی مغز انجام محاسبات دقیق به صورت کاملا هماهنگ و یکنواخت و همچنین به موقع را در مغز تضمین می‌کند، ‌اما نکته قابل توجه این است که مغز بسیار پیچیده‌تر از یک ارکستر سمفونی بزرگ است و به همین علت هر سیستم مغزی اختصاصی از سیستم مغزی که کنترل بینایی را برعهده دارد تا سیستمی که ماهیچه‌ها و عضلات بدن را تحریک می‌کند، از الگوی پتانسیل درونی منحصر به فردی برخوردار است. اما از آنجایی که عملکرد هر سیستم با سیستم دیگر متفاوت است، متفاوت بودن الگوی پتانسیل درونی آنها موجب ایجاد اختلال در فعالیت آنها نخواهد شد. ارسال علائم الکتریکی از برخی از قسمت‌های مغز در مقایسه با دیگر بخش‌ها در اولویت است. در صدر این سلسله مراتب شبکه عصبی پیش‌فرض و از پیش تعیین شده مغز قرار دارد که مشابه رهبر یک ارکستر سمفونی بزرگ عمل کرده و عدم ایجاد هرج و مرج و بی‌نظمی و در نتیجه عدم ایجاد اختلال در میان علائم ارسال شده از سوی سیستم‌های مختلف را تضمین می‌کند. مغز در مقایسه با دیگر سیستم‌ها به صورت مستقل عمل نمی‌کند بلکه در حقیقت مغز اتحادیه‌ای از اجزای مرتبط به هم است. گاهی فعالیت درونی مغز همزمان باید پاسخگوی نیازهایی باشد که برحسب شرایط محیطی برای فرد مطرح می‌شوند. برای مثال وقتی مغز به طور غیرمنتظره و اتفاقی با داده‌های ورودی جدیدی مواجه می‌شود که لازم است برای پردازش این اطلاعات از هوشیاری کامل برخوردار باشد سطح پتانسیل‌های درونی در بخش شبکه عصبی پیش‌فرض مغز به میزان قابل توجهی کاهش خواهد یافت. این در حالی است که به محض این‌که تمرکز او برای انجام یک فعالیت بخصوص کاهش پیدا می‌کند انتقال علائم الکتریکی در قسمت داخلی مغز دوباره از سر گرفته می‌شود و سطح پتانسیل‌های درونی افزایش می‌یابد. بنابراین باید گفت که مغز با توجه به شرایطی که با آن مواجه می‌شود برای بروز واکنش‌هایی از پیش برنامه‌ریزی شده یا لزوم پاسخگویی سریع و بی‌درنگ نسبت به آنچه اتفاق افتاده است دائم در حال کشمکش است.

فرانک فراهانی

منبع:‌ Scientific American