مغز برای پیش‌‌بینی آینده از دو زمان‌‌سنج داخلی بهره می‌‌برد

اگر درست لحظه‌‌ای پیش از سبز‌‌شدن چراغ راهنمایی‌­ورانندگی، پدال گاز را می‌‌فشارید یا می‌‌توانید لحظه‌‌ای پیش از شروع یک موسیقی، ضرب‌آهنگ آن را تشخیص دهید، علت آن پیش‌‌بینی‌‌های زمانی است.

یک نوع از این زمان‌‌سنجی‌‌ها، براساس خاطرات فرد از تجربیات گذشته و نوع دیگر براساس ریتم عمل می‌‌کند؛ با این حال، هر دوی آن‌ها در توانایی ما برای تعامل و لذت بردن از جهان حیاتی هستند.

پژوهش تازه‌‌ای از سوی پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در برکلی نشان می‌دهد شبکه‌های عصبی که مسئول کارکرد هر یک از این زمان‌‌سنج‌‌ها هستند، بسته به وظیفه‌ی محول‌‌شده، به دو بخش مختلف از مغز تقسیم می‌شوند.

آساف برسکا، پژوهشگر ارشد علوم اعصاب در دانشگاه کالیفرنیای برکلی گفت:

مطالعه‌‌ی ما در تمامی موارد شامل ورزش، موسیقی، سخنرانی یا حتی هنگام تمرکز کردن، نشان می‌دهد که زمان‌‌بندی یک فرآیند واحد نیست؛ بلکه دو روش متمایز وجود دارد که به‌‌وسیله‌‌ی آن‌‌ها ما می‌توانیم پیش‌بینی‌هایی در زمان انجام دهیم. این فرایندها به بخش‌های مختلف مغز وابسته هستند.

این یافته‌ها که به‌‌صورت آنلاین در مجموعه‌‌ مقالات مجله‌‌ی آکادمی ملی علوم منتشر شده‌اند، دیدگاه جدیدی را نسبت به نحوه‌‌ی محاسبات انجام‌‌شده توسط مغز انسان‌ هنگام انجام وظایف ارائه می‌دهند.

ریچارد آیوری، نویسنده‌‌ی ارشد این مطالعه و عصب‌‌شناس دانشگاه کالیفرنیای برکلی می‌گوید:

با کمک این دو سیستم‌ در مغز، می‌‌توانیم علاوه بر زندگی در زمان حال، به‌‌طور فعالانه‌‌ای آینده را نیز پیش‌بینی کنیم.

برسکا و آیوری شروع به مطالعه‌‌ی نقاط قوت و ضعف این نوع توانایی در بیماران مبتلا به پارکینسون و زوال مخچه کردند.

آن‌ها «زمان‌بندی ریتمیک» را در ارتباط با عملکرد غدد عصبی مرکزی دانسته و «زمان‌بندی وقفه‌‌ای» (که یک تایمر داخلی برمبنای حافظه‌‌ی ما از تجارب قبلی است) را حاصل عملکرد مخچه قلمداد می‌‌کنند. این دو از بخش‌‌های اصلی مغز به حساب می‌آیند که مسئول فعالیت‌‌های حرکتی و شناختی ما نیز هستند.

علاوه بر این، نتایج نشان می‌دهد که از لحاظ تئوریک، چنانچه در عملکرد یکی از این ساعت‌های عصبی اختلالی به‌‌وجود آید، دیگری می‌تواند به‌عنوان جایگزین وارد عمل شود.

برسکا گفت:

مطالعه‌‌ی ما نه‌‌تنها مشکلاتی را شناسایی می‌‌کند که در بخش توانایی پیش‌‌بینی بیماران عصبی به‌‌وجود می‌‌آید؛ بلکه هم‌‌اکنون می‌‌توانیم قابلیت‌‌های مغزی سالم را نیز در این بیماران تشخیص دهیم؛ درنتیجه قادر خواهیم بود محیط زندگی این دسته از افراد را به‌‌گونه‌‌ای اصلاح کنیم تا آن‌ها نیز بتوانند با جهان اطراف خود تعامل بهتری داشته باشند.

او می‌‌افزاید که راه‌حل‌های غیردارویی برای بیماری‌‌های مربوط به زمان‌بندی عصبی می‌تواند شامل بازی‌های رایانه‌ای آموزشی، برنامه‌های گوشی‌‌های هوشمند، تحریک عمیق مغزی و اصلاحات در طراحی محیطی باشد.

برای رسیدن به نتیجه‌‌ی نهایی، برسکا و آیوری به بررسی و مقایسه‌‌ی عواملی پرداختند که بیماران مبتلا به پارکینسون و زوال مخچه از آن‌‌ها برای تمرکز حواس خود بهره می‌‌بردند.

برای این بیماران، تصاویری از مربع‌های قرمز، سفید و سبز با سرعت‌‌هایی متفاوت روی یک صفحه‌‌ی نمایش، نشان داده شد و از آن‌‌ها درخواست شد به‌محض مشاهده‌ی مربع سبزرنگ، دکمه‌ای را فشار دهند. این آزمایش به‌‌گونه‌‌ای طراحی شده بود که مربع‌های سفید، در حکم علامت هشداری برای ظاهر شدن مربع‌‌های سبز باشند.

در یکی از این توالی‌‌ها، نمایش مربع‌های قرمز، سفید و سبز از یک ریتم ثابت تبعیت می‌‌کرد و مشخص شد که بیماران مبتلا به زوال مخچه، واکنش بهتری نسبت به این علائم ریتمیک دارند.

در توالی دیگر، مربع‌های رنگی در یک الگوی پیچیده‌تر و با وقفه‌‌هایی متغیر بین مربع‌های قرمز و سبز به نمایش درآمدند. تشخیص این نوع توالی‌‌ها برای بیماران مبتلا به پارکینسون ساده‌‌تر بود و این گروه توانستند عملکرد موفقیت‌‌آمیزتری در این بخش از آزمایش داشته باشند. آیوری می‌‌گوید:

ما ثابت کردیم که بیماران مبتلا به زوال مخچه، در تشخیص نشانه‌های غیرریتمیک مشکل دارند؛ این در حالی است که بیماران دارای اختلال در عملکرد غدد عصبی مرکزی (نظیر بیماران مبتلا به پارکینسون) در تشخیص نشانه‌های ریتمیک با مشکل مواجه می‌‌شوند.

نتایج نهایی تأیید می‌کنند که مغز از دو مکانیزم متفاوت برای زمان‌بندی پیش‌بینی‌‌های خود بهره می‌‌برد. این یافته‌‌ها، نظریه‌‌های پیشین را مبنی بر اینکه مغز از یک سیستم منفرد برای کنترل نیازهای زمان‌بندی استفاده می‌‌کند، به چالش می‌‌کشد. برسکا می‌گوید:

نتایج ما حداقل وجود دو سازوکار مختلف را اثبات می‌‌کند که مغز برای پیش‌بینی آینده از آن‌‌ها بهره می‌‌برد. یک سیستم مبتنی بر ریتم که به اتفاقات تکرارشونده در جهان واکنش می‌‌دهد (نظیر ریتم گفتار و موسیقی) و یک سیستم وقفه‌‌ای که توانایی‌‌های پیش‌بینی کلی‌‌تری را به ما می‌‌دهد و بیشتر به وجود نظم زمانی (حتی در غیاب نشانه‌‌های ریتمیک) حساس است.