به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، یک مطالعه نشان می‌دهد چین و چروک‌هایی که به مغز انسان ظاهری شبیه گردو می‌دهد، تأثیر زیادی بر فعالیت مغز دارد، دقیقاً به همان شکلی که شکل زنگ کیفیت صدای آن را تعیین می‌کند. این یافته‌ها در تضاد با یک نظریه رایج در مورد اینکه کدام جنبه از آناتومی مغز عملکرد را هدایت می‌کند، است. نویسندگان این مطالعه تأثیر دو جزء ساختار فیزیکی مغز را مقایسه کردند: چین‌های بیرونی قشر ( ناحیه‌ای که بیشترین فعالیت مغز در سطح بالاتر در آن رخ می‌دهد ) و کانکتوم، شبکه اعصاب که نواحی مشخصی از قشر مغز را به هم پیوند می‌دهد. این تیم دریافتند که شکل سطح بیرونی پیش‌بینی‌کننده بهتری برای داده‌های امواج مغزی نسبت به کانکتوم است، برخلاف این پارادایم که کانکتوم نقش غالب در هدایت فعالیت مغز را دارد. جیمز پانگ، فیزیکدان دانشگاه موناش در ملبورن استرالیا، یکی از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید: «ما از مفاهیم فیزیک و مهندسی برای مطالعه اینکه چگونه آناتومی عملکرد را تعیین می‌کند، استفاده کردیم، زیرا آناتومی مغز لزوماً عملکرد آن را محدود می‌کند، اما با این وجود نحوه عمل دقیق آن مشخص نیست. پارادایم کلاسیک و غالب در علوم اعصاب این است که پویایی عصبی توسط برهمکنش‌های بین جمعیت‌های سلولی گسسته و تخصصی انجام می‌شود که توسط یک آرایه پیچیده از رشته‌های آکسونی به هم متصل شده‌اند.  با این حال، پیش‌بینی‌های نظریه میدان عصبی، یک چارچوب ریاضی تثبیت‌شده برای مدل‌سازی فعالیت‌های مغز در مقیاس بزرگ نشان می‌دهد که هندسه مغز ممکن است محدودیت اساسی‌تری را در دینامیک نسبت به اتصال پیچیده بین منطقه‌ای نشان دهد. نتایج  این مظالعه در 31 می در Nature منتشر شد.

چین‌خوردگی‌های مغز انسان

چین و چروک‌‌های کاملاً مشخص مغز انسان در نتیجه در‌هم‌فشردگی مکانیکی است که در هنگام رشد و بزرگ شدن آن ایجاد می‌شود. در مطالعه‌ای پژوهش‌گران با استفاده از مدل ژلاتینی که به صورت سه بعدی پرینت گرفته شده، نشان دادند نیروهایی که در طول بزرگ شدن مغز تولید می‌شوند، می‌توانند شکل چین و چروک خورده مغز را به وجود آورند. این مدل مکانیکی اولین بار در سال 1975 پیشنهاد شد، اما آزمایش این مدل همواره دشوار بوده است. مغز با چین‌خوردگی‌های بسیار زیاد تنها در گونه‌های اندکی از جانداران دیده شده است، مانند نخستی‌ها (شامل تمامی میمون‌ها و انسان‌ها)، دلفین‌ها، فیل‌ها و خوک‌ها. با گذشت زمان و تکامل علوم، دلیل چین خوردن مغز بسیار ساده به این صورت توضیح داده شده است: تعداد نورون‌هایی (یاخته‌های عصبی) که می‌توانند درون محیط فشرده شوند، به حداکثر مقدار خود می‌رسد و فاصله میان آن‌ها کاهش می‌یابد، که به این صورت کارکرد شناختی آن بهبود می‌یابد. در انسان‌ها، هنگامی که جنین حدود 23 هفته می‌شود، لایه بیرونی بافت مغز (ماده خاکستری یا همان «قشر مخ») شروع به چین خوردن می‌کند. این فرایند که قشر مخ حالت‌های ‌چین‌خوردگی خود را شکل می‌دهد، با عنوان «gyrification» یا «شکل‌گیری چین‌خوردگی‌ها» شناخته می‌شود، که تا دوران بزرگ‌سالی، که رشد مغز متوقف می‌شود، نیز ادامه می‌یابد. با توجه به این مطالب، حجم مغز حدود 20 برابر و اندازه سطح آن 30 برابر افزایش می‌یابد.

ارتباطات مغزی

 نورون‌های برانگیخته در قشر مغز می‌توانند این حالت برانگیختگی یا پیام خود را به همسایه‌های نزدیک در همان سطح منتقل کنند. اما هر نورون همچنین دارای یک رشته طولانی به نام آکسون است که آن را به یک منطقه دور در داخل یا خارج از قشر مغز متصل می‌کند و به نورون‌ها اجازه می‌دهد پیام‌های تحریک‌کننده را به سلول‌های دوردست مغز ارسال کنند. در دو دهه گذشته، دانشمندان علوم اعصاب با زحمت این شبکه اتصالات - کانکتوم - را در مجموعه ای از موجودات از جمله انسان ترسیم کرده اند. نقشه مغز معروف "همونکولوس" یا آدمک مغزی. در .اقع با این ترسیم نویسندگان می‌خواستند بفهمند که چگونه فعالیت مغز تحت تأثیر هر یک از راه‌هایی است که تحریک عصبی می‌تواند گسترش یابد: در سطح مغز یا از طریق اتصالات دوردست. برای انجام این کار، محققان - که پیشینه ای در فیزیک و علوم اعصاب دارند - از نظریه ریاضی امواج استفاده کردند.

نظریه امواج مغزی

پدیده‌های طبیعی انواع مختلفی از امواج را شامل می‌شوند، از امواج لرزه ای زلزله تا امواج الکترومغناطیسی نور. اما همه این پدیده‌ها با همان معادله ریاضی ساده گرفته می‌شوند. این معادله محققان را قادر می‌سازد تا الگوهای امواج در سراسر یک سطح را منحصراً بر اساس هندسه آن محاسبه کنند. این الگوها را می‌توان به اجزای اساسی به نام حالت‌ها تقسیم کرد که تحت تأثیر هندسه یک جسم قرار می‌گیرند. برای مثال، برای امواج ارتعاشاتی که در سراسر یک کره منتشر می‌شوند، حالت‌های اصلی شامل یک برآمدگی است که از نیمکره بالایی به سمت پایین حرکت می‌کند و دیگری از چپ به راست حرکت می‌کند. اما یک زنگ فاقد نیمکره پایینی است و بنابراین حالت‌هایی متفاوت از حالت‌های یک کره دارد. هندسه یک شی نیز بر فرکانس‌های مشخصه حالت‌ها و بلندی نسبی آن تأثیر می‌گذارد. تحریک عصبی مغز همچنین می‌تواند به صورت امواجی باشد که می‌تواند در سراسر مغز پخش شود و در نوسانات دوره ای به عقب برگردد.

شیوه محاسبات امواج مغزی

در این مطالعه محققان موفق شدند که حالت‌های انتشار امواج مغزی را برای سطح قشر مغز و کانکتوم محاسبه کنند. به عنوان مدلی از کانکتوم، آنها از اطلاعات جمع آوری شده از تصویربرداری تشدید مغناطیسی انتشار (MRI) استفاده کردند که آناتومی مغز را تصویر می‌کرد. آنها سپس داده‌های بیش از 10000 رکورد MRI عملکردی را بررسی کردند که فعالیت مغز را بر اساس جریان خون تصویر می‌کند. محققان دریافتند که این تجزیه و تحلیل نشان داد که حالت‌های امواج مغزی در مغز در حال استراحت و همچنین در طول فعالیت‌های مختلف - مانند پردازش محرک‌های بینایی - با مدل هندسه سطح بهتر توضیح داده می‌شوند تا با مدل اتصال.

اشکالات مطالعه

دیوید ون اسن، عصب‌شناس دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، میسوری، که پروژه اتصال را رهبری می‌کند، می‌گوید که داده‌های ام‌آرآی انتشاری که تیم مورد استفاده قرار دادند دارای اشکالات مستندی است که مقایسه را «عادلانه» نمی‌کند. به گفته ون اسن، این تیم همچنین باید فعالیت مغز را از طریق محرک‌های ساده ای که فقط مناطق محلی قشر مغز را فعال می‌کند، بررسی می‌کرد. او می‌گوید: «بسیار بعید است که مدل موج سیار مورد علاقه نویسندگان بتواند چنین الگوهایی را تکرار کند. پنگ می‌گوید که آزمایش مدل‌های آن‌ها با چنین محرک‌هایی جالب خواهد بود، و تحلیل‌هایی که او و همکارانش تاکنون انجام داده‌اند «اثباتی از اصل» بوده است.

برای این مطالعه، نویسندگان یک ساختار مغز ایده آل را مدلسازی کردند، اما پیچیدگی‌های گردو مانند قشر مغز از فردی به فرد دیگر متفاوت است. تکنیک‌های نویسندگان می‌تواند به کشف چگونگی تأثیر چنین تغییراتی بر حالت‌های مربوطه کمک کند.

پایان مطلب/.