المرونة المعرفية ضرورية للتنقل في عالم متغير – يُظهر بحث جديد على الفئران كيف يتعلم دماغك قواعد جديدة

التحلي بالمرونة وتعلم التكيف عندما يتغير العالم هو شيء تمارسه كل يوم. سواء أكنت تواجه موقع إنشاءات جديدًا واضطررت إلى إعادة توجيه تنقلاتك أو تنزيل تطبيق بث جديد وعليك إعادة تعلم كيفية العثور على برنامجك المفضل ، فإن تغيير السلوكيات المألوفة استجابة للمواقف الجديدة يعد مهارة أساسية.

لإجراء هذه التعديلات ، يغير دماغك أنماط نشاطه داخل بنية تسمى قشرة الفص الجبهي – وهي منطقة في الدماغ مهمة للوظائف الإدراكية مثل الانتباه والتخطيط واتخاذ القرار. لكن ما هي الدوائر المحددة التي “تخبر” قشرة الفص الجبهي بتحديث أنماط نشاطها من أجل تغيير السلوك غير معروفة.

نحن فريق من علماء الأعصاب الذين يدرسون كيفية معالجة الدماغ للمعلومات وما يحدث عندما تتعطل هذه الوظيفة. في بحثنا المنشور حديثًا ، اكتشفنا فئة خاصة من الخلايا العصبية في قشرة الفص الجبهي والتي قد تتيح سلوكًا مرنًا ، وعندما تتعطل ، قد تؤدي إلى حالات مثل الفصام والاضطراب ثنائي القطب.

الخلايا العصبية المثبطة وتعلم قواعد جديدة

تثبط الخلايا العصبية المثبطة نشاط الخلايا العصبية الأخرى في الدماغ. افترض الباحثون تقليديًا أنهم يرسلون مخرجاتهم الكهربائية والكيميائية إلى الخلايا العصبية القريبة فقط. ومع ذلك ، وجدنا فئة معينة من الخلايا العصبية المثبطة في قشرة الفص الجبهي التي تتواصل عبر مسافات طويلة مع الخلايا العصبية في نصف الكرة المعاكس للدماغ.

لقد تساءلنا عما إذا كانت هذه الاتصالات المثبطة طويلة المدى تشارك في تنسيق التغييرات في أنماط النشاط عبر قشرة الفص الجبهي اليمنى واليسرى. من خلال القيام بذلك ، قد يقدمون الإشارات الحاسمة التي تساعدك على تغيير سلوكك في الوقت المناسب.

لاختبار وظيفة هذه الاتصالات المثبطة طويلة المدى ، لاحظنا أن الفئران تؤدي مهمة تتطلب منهم تعلم قاعدة لتلقي مكافأة ثم التكيف لاحقًا مع قاعدة جديدة من أجل الاستمرار في تلقي المكافأة. في هذه المهمة ، تحفر الفئران في أوعية للعثور على طعام مخفي. في البداية ، قد تشير رائحة الثوم أو وجود رمل داخل وعاء إلى مكان وجود الطعام المخفي. سيتغير المؤشر المحدد المرتبط بالمكافأة لاحقًا ، مما يجبر الفئران على تعلم قاعدة جديدة.

وجدنا أن إسكات الروابط المثبطة طويلة المدى بين قشرة الفص الجبهي اليمنى واليسرى تسبب في تعثر الفئران أو المثابرة في قاعدة واحدة ومنعها من تعلم قواعد جديدة. لم يتمكنوا من تغيير التروس وتعلموا أن الإشارة القديمة أصبحت الآن بلا معنى وأن الإشارة الجديدة تشير إلى الطعام.

موجات الدماغ والسلوك المرن

لقد توصلنا أيضًا إلى اكتشافات مفاجئة حول كيفية إنشاء هذه الاتصالات المثبطة طويلة المدى مرونة سلوكية. على وجه التحديد ، يقومون بمزامنة مجموعة من “موجات الدماغ” تسمى اهتزازات جاما عبر نصفي الكرة الأرضية. تذبذبات جاما هي تقلبات إيقاعية في نشاط الدماغ تحدث حوالي 40 مرة في الثانية. يمكن اكتشاف هذه التقلبات خلال العديد من الوظائف المعرفية ، مثل أداء مهمة تتطلب الاحتفاظ بالمعلومات في ذاكرتك أو القيام بحركات مختلفة بناءً على ما تراه على شاشة الكمبيوتر.

على الرغم من أن العلماء لاحظوا وجود تذبذبات جاما لعدة عقود ، إلا أن وظيفتها كانت مثيرة للجدل. يعتقد العديد من الباحثين أن مزامنة هذه التقلبات الإيقاعية عبر مناطق الدماغ المختلفة لا تخدم أي غرض مفيد. تكهن البعض الآخر بأن التزامن عبر مناطق الدماغ المختلفة يعزز التواصل بين تلك المناطق.

وجدنا دورًا محتملاً مختلفًا تمامًا لمزامنة جاما. عندما تقوم الوصلات المثبطة طويلة المدى بمزامنة تذبذبات جاما عبر قشرة الفص الجبهي اليمنى واليسرى ، يبدو أنها أيضًا بوابة الاتصال بينهما. عندما تتعلم الفئران تجاهل القاعدة الموضوعة سابقًا والتي لم تعد تؤدي إلى المكافأة ، فإن هذه الوصلات تزامن تذبذبات جاما ويبدو أنها تمنع أحد نصفي الكرة الأرضية من الحفاظ على أنماط النشاط غير الضرورية في النصف الآخر. بعبارة أخرى ، يبدو أن الوصلات المثبطة بعيدة المدى تمنع المدخلات من أحد نصفي الكرة الأرضية من “الوقوف في طريق” النصف الآخر عندما يحاول تعلم شيء جديد.

على سبيل المثال ، يمكن لقشرة الفص الجبهي الأيسر “تذكير” قشرة الفص الجبهي الأيمن بالطريق المعتاد للعمل. ولكن عندما تقوم الاتصالات المثبطة طويلة المدى بمزامنة هاتين المنطقتين ، يبدو أيضًا أنها تغلق هذه التذكيرات وتمكن أنماطًا جديدة من نشاط الدماغ تتوافق مع تنقلاتك الجديدة.

أخيرًا ، تؤدي هذه الوصلات المثبطة طويلة المدى أيضًا إلى تأثيرات طويلة الأمد. تسبب إيقاف هذه الوصلات مرة واحدة فقط في أن تواجه الفئران صعوبة في تعلم قواعد جديدة بعد عدة أيام. وعلى العكس من ذلك ، فإن تحفيز هذه الاتصالات بشكل إيقاعي لمزامنة تذبذبات جاما بشكل مصطنع يمكن أن يعكس أوجه القصور هذه ويعيد التعلم الطبيعي.

المرونة المعرفية وانفصام الشخصية

تلعب الروابط المثبطة طويلة المدى دورًا مهمًا في المرونة الإدراكية. عدم القدرة على تحديث القواعد التي تم تعلمها مسبقًا بشكل مناسب هو أحد السمات المميزة للضعف الإدراكي في الحالات النفسية مثل الفصام والاضطراب ثنائي القطب.

لاحظ البحث أيضًا وجود أوجه قصور في مزامنة جاما والتشوهات في فئة من الخلايا العصبية المثبطة قبل الجبهية ، والتي تشمل الخلايا التي درسناها ، لدى الأشخاص المصابين بالفصام. في هذا السياق ، تقترح دراستنا أن العلاجات التي تستهدف هذه الاتصالات المثبطة طويلة المدى قد تساعد في تحسين الإدراك لدى الأشخاص المصابين بالفصام عن طريق مزامنة تذبذبات جاما.

لا تزال العديد من التفاصيل حول كيفية تأثير هذه الروابط على دوائر الدماغ غير معروفة. على سبيل المثال ، لا نعرف بالضبط أي الخلايا داخل قشرة الفص الجبهي تتلقى مدخلات من هذه الاتصالات المثبطة طويلة المدى وتغير أنماط نشاطها لتعلم قواعد جديدة. كما أننا لا نعرف ما إذا كانت هناك مسارات جزيئية محددة تنتج تغييرات طويلة الأمد في النشاط العصبي. يمكن للإجابة على هذه الأسئلة أن تكشف كيف يتحول الدماغ بمرونة بين الحفاظ على المعلومات القديمة وتحديثها وربما يؤدي إلى علاجات جديدة لمرض انفصام الشخصية والحالات النفسية الأخرى.