بسیاری از مردم مغز انسان – با ۸۶ میلیارد نورون و صدها تریلیون اتصال – را پیچیدهترین چیز در جهان نامیدهاند. اما با تمام پیچیدگی، قدرت و زیباییاش، میتواند بهمریخته، تصادفی و ناکارآمد نیز باشد.
پیچیدگی مغز
اساسیترین افسانه در مورد مغز، این شهود عمیق است که مغز شاهکاری از طراحی عصبی است. مغز بسیار پیچیده است، اما به سادگی نتیجه نهایی میلیونها سال تکامل است. هر پیچیدگی در مغز ما ازتاریخچهای بسیار طولانی از ترفندهای کوچک – که هنوز در حال انجام هستند – ناشی شده است.
این ترفندها هم ناامیدکننده و هم شگفتانگیز هستند. آنها مسئول حافظه غربالمانند ما، خطاهایی که هنگام درک جهان و قضاوتهای عجولانهمان مرتکب میشویم، هستند. اما آنها همچنین به ما تخیل، لذت کشف توهمات و توانایی خارقالعاده ما در یافتن الگوها در همه چیز را میدهند.برای درک ترفندهایی که طبیعت در مغز ما اعمال کرده است، باید مسیر خود را در میلیونها سال تکامل در نظر بگیریم.اما یافتن شواهد قطعی برای تکامل ویژگیهای روانشناختی خاص یا نوروآناتومی بسیار دشوار است. ما فقط میتوانیم بر اساس آنچه میبینیم استنتاج کنیم. برای برخی از پاسخها، میتوانیم به مغز و رفتارهای سایر حیوانات و به شباهتها و تفاوتهای بین همنوعان خود نیز نگاه کنیم.
بسیار وسوسهانگیز است که برای یک داستان خوب به تکامل نگاه کنیم و با یک توضیح قانعکننده که ذهن ما “همینطوری” توسعه یافته است، فریب بخوریم. این نوع تفکر، این افسانه را تقویت میکند که انتخاب طبیعی در تمام مدت طرحی را در ذهن داشته است.
تغییرپذیری
وقتی صحبت از طراحی تطبیقی اما ناقص مغز ما میشود، طبیعت مادی باید با سلولهایی کار میکرد. در مغز، این سلولها نورون نامیده میشوند. نورونهای ما به فرآیند نه چندان کاملی اشاره میکنند که مغز انسان از آن پدید آمده است.
انتخاب طبیعی فرآیندی است که طی آن برخی از ویژگیها، که در کد ژنتیکی ما نوشته شدهاند، برای کسانی که آنها را دارند، مزیتی ایجاد میکنند. این افراد خوش شانس باید فرزندان بیشتری نسبت به همتایان کماستعدادتر خود از خود به جا بگذارند تا این ویژگی تکثیر شود.
با این حال، بدون تنوع در یک جمعیت، هیچ فرصتی برای عملکرد انتخاب طبیعی وجود ندارد. اگر همه ما در مورد یک ویژگی خاص یکسان باشیم، هیچ راهی وجود ندارد که مادر طبیعت بتواند برخی افراد را بر دیگران ترجیح دهد. بنابراین، تنوع ما کلید بقای طولانی مدت گونه ماست.
این تنوع و گوناگونی حتی در بین نورونها، بلوکهای سازنده مغز ما، نیز مشهود است. نورونها اندازهها و شکلهای متفاوتی دارند، نرخ شلیک پایه متفاوتی دارند، انواع مختلفی از اتصالات دارند و پاسخهای متفاوتی به مواد شیمیایی دخیل در سیگنالینگ سلولی (انتقالدهندههای عصبی) میدهند.نورونها سه بخش اساسی دارند: دندریتها که اطلاعات را دریافت میکنند؛بدنه سلولی که شامل تمام چیزهایی است که سلول برای زنده ماندن و تولید مثل به آنها نیاز دارد؛ و آکسون که اطلاعات را به سلولهای دیگر ارسال میکند.
برای برخی از نورونها، انتهای گیرنده مستقیماً با دنیای خارج تعامل دارد، همانطور که در چشم ما وجود دارد. این نوع نورونها به طور کلی بخشهای گیرنده نسبتاً سادهای دارند. اما سایر نورونها به این سادگی نیستند.
مورفولوژی – اندازه و شکل نورونها – یکی از متغیرهایی است که تکامل باید با آن کار کند. طول اتصالات – اینکه سیگنال یک نورون تا چه حد یا چقدر میرود – متغیر دیگری است.
بعضی از نورونها اطلاعات را فقط در فواصل بسیار کوتاه، در همان ناحیه مغز ارسال میکنند. سپس نورونهایی وجود دارند که آکسونهای آنها از یک سر مغز به سر دیگر حرکت میکنند، نواحی مختلف مغز را به هم متصل میکنند و شبکههایی را تشکیل میدهند که به ما امکان میدهند اطلاعات را از حواس مختلف ترکیب کنیم یا از اطلاعات چشمها و گوشهایمان برای تصمیمگیری در مورد اقدامات بعدی استفاده کنیم.
این تنوع در نورونهای ما و این تفاوتها مربوط به نقشهای مختلفی است که این نورونها در مغز دارند. برخی از نورونها رنگها را از یکدیگر تشخیص میدهند، در حالی که برخی دیگر عضلات شما را تقویت میکنند. برخی در شناخت پیچیده دخیل هستند، مانند تصمیمگیری در مورد اینکه به کدام حزب سیاسی رأی دهیم، در حالی که برخی دیگر خاطرات بلندمدت جدید را ذخیره میکنند.
اما یک نورون نمیتواند آنچه را که انجام میدهد یا نمیدهد کنترل کند. این موضوع در قلب یکی از بزرگترین سؤالات فلسفی قرار دارد: چگونه ذهن، که حداقل این احساس را به ما میدهد که میتوانیم اعمال خود را کنترل کنیم، از میلیاردها سلولی که خودشان هیچ کنترلی بر اعمال خود ندارند، پدیدار میشود؟
اینجاست که برای پاسخها به مادر طبیعت برمیگردیم. هم نورونهای رابط کوچک و محلی و هم نورونهای بزرگ و پیچیده در حیوانات دیگر مانند میمونها و موشها یافت میشوند. و مخچه در اکثر حیوانات دیگر دارای سیستم عصبی مشابه است. بنابراین، پیچیدگی مغز انسان، اگرچه چشمگیر است، اما یک ویژگی نوظهور از تغییرات کوچک بسیار زیادی است که در هر شاخه از درخت اجدادی ما رخ داده است.
تکامل
چند نوع مختلف نورون وجود دارد که به نظر میرسد در عملکردهایی مانند هماهنگی حرکتی ظریف، تعاملات اجتماعی و خودآگاهی نقش دارند، اما آنها در حیوانات دیگر نیز وجود دارند و ممکن است از طریق تنظیم متوالی نورون پایه ایجاد شده باشند. انتخاب طبیعی با مجموعهای از سلولهای جدید دستکاری شده به پایان رسید، نه یک پایه با طراحی دقیق که بتوان بر روی آن یک مغز کامل ساخت.
با این حال، وقتی روش پیچیده ارتباط نورونها را در نظر میگیریم، تصور اینکه چگونه ممکن است از موجودات تک سلولی که آغاز حیات بودهاند، تکامل یافته باشند، بار دیگر دشوار است. چگونه یک باکتری به یک نورون تبدیل میشود؟
اما پاسخ در واقع نسبتاً ساده است. مادهی سلولها در یک غشاء قرار دارد. غشاء باید ویژگیهای خاصی داشته باشد، مانند نگه داشتن میتوکندری در داخل و جلوگیری از ورود سموم ناخواسته و مواد خارجی. اما همچنین باید یک روزنه یا راهی برای ورود مولکولهای مطلوب داشته باشد.
اغلب، درون سلول در مقایسه با بیرون، بار الکتریکی کمی متفاوت دارد. در بیشتر سلولها، درون سلول حاوی یونها یا مولکولهای با بار منفی بیشتری نسبت به آنچه در بیرون سلول شناور است، است. این وضعیت به این معنی است که یک پتانسیل الکتریکی در سراسر غشای سلولی وجود دارد: نیروهای الکترواستاتیک وجود دارند به طوری که چیزهای با بار مثبت میخواهند وارد سلول شوند و چیزهای با بار منفی میخواهند سلول را ترک کنند تا تعادل را در غشاء برقرار کنند.
همه سلولهای زنده در مقایسه با آنچه درست بیرون است، غلظت یونهای متفاوتی در داخل خود دارند. اما نورونها و برخی سلولهای دیگر از این تفاوت برای هدفی نهایی بهره بردهاند. در مورد نورونها، هدف نهایی ارسال سیگنال به سلول مجاور است.
اگر سوراخی در غشای هر سلولی ایجاد کنید، مواد داخل سلول میتوانند بیرون بریزند. در مورد نورونها، چیزهایی که منفی هستند به بیرون نشت میکنند و چیزهایی که مثبت هستند به داخل نشت میکنند و باعث میشوند پتانسیل الکتریکی در آن قسمت از غشا دپلاریزه شود، یا کمتر منفی و بیشتر مثبت شود.
این دپلاریزاسیون در قلب نحوه ارتباط نورونها با یکدیگر قرار دارد. هنگامی که میزان دپلاریزاسیون از یک آستانه خاص عبور میکند، آبشاری از رویدادها را در سلول آغاز میکند که با ارسال یک پتانسیل عمل یا یک سیگنال الکتریکی کوچک به انتهای آکسون به اوج خود میرسد.
سپس این سیگنال میتواند مستقیماً به سلول دیگری منتقل شود یا میتواند باعث آبشار دیگری از رویدادها شود که منجر به آزادسازی انتقالدهندههای عصبی، مواد شیمیایی سیگنالدهنده سلول، به فضای بین یک نورون و نورون بعدی میشود.
بنابراین، میتوانیم ببینیم که چگونه هر سلولی با غشای قطبی میتواند در نهایت، طی سالها و تغییرات تدریجی فراوان، به یک نورون کاملاً کاربردی تبدیل شود. سپس، هنگامی که یک نوع نورون داریم، بقیه فقط نشاندهنده انواع مختلف شخصیت هستند.
شما ممکن است مایل باشید بپذیرید که این نوع تکامل چگونگی پیدایش نورونها را توضیح میدهد، اما هنوز در درک اینکه چگونه تغییرات کوچک میتواند منجر به ظهور تمام پیچیدگیهای مغز انسان شود، مشکل دارید.
تجربه
برای درک اینکه چگونه این اتفاق ممکن است در مقیاسی کمی بزرگتر رخ دهد، در نظر بگیرید که چگونه خودآگاهی و هویت در کودکان رشد میکند.آنها با همان خودآگاهی که در نهایت دوران نوجوانی آنها را فرا میگیرد، متولد نمیشوند. و این فرآیند به زمان و تجربه با محیط نیاز دارد، نه فقط یک فرآیند بیولوژیکی در خلاء. یک نوزاد از خود یا از افکار و احساسات و دنیای اطرافش مانند یک بزرگسال یا حتی یک کودک آگاه نیست. بیشتر تغییراتی که در دوران کودکی رخ میدهد و یک کودک ۱ ساله را از یک فرد ۱۸ ساله متمایز میکند، در ارتباطات بین نورونها است، نه در تعداد آنها.
یکی از نشانههای رشد سالم مغز در دوران کودکی، هرس شدن یا مرگ نورونهایی است که اتصالات مناسب را پیدا نمیکنند. نورونی که پیامهایش به فضای خالی ارسال میشود، یا نورونی که سیگنالهای کافی دریافت نمیکند، خودکشی میکند. تا زمانی که مغز به طور کامل رشد کند، هیچ نورونی وجود ندارد که بخشی از یک شبکه نباشد – زیرا یک نورون جدا شده میمیرد.
اما از دیدگاه یک نورون نوزاد، سرنوشت کاملاً تصادفی به نظر میرسد. چه چیزی تعیین میکند که آیا یک نورون خاص به عنوان بخشی از سیستم بینایی در پشت مغز، یا مجری مرکزی در قشر جلوی مغز، یا شبکه برجستگی عاطفی در وسط مغز، در نهایت تبدیل شود؟ پاسخ در ترکیبی از سیگنالهای شیمیایی و داربستی است که شبکه سلولهای کمکی، به نام گلیا، میسازد.
نورونها تنها سلولهای مغز نیستند. در واقع، تقریباً به تعداد نورونها، سلولهای پشتیبان در مغز وجود دارد، اگر بیشتر نباشد. این تفاوت دیگری بین مغز و اکثر اندامهای دیگر است. بسیاری از سلولهای بدن ما در مقایسه با نورونها، که مانند افراد مشهور هستند و به دستیارانی برای کمک به عملکردهای اولیه خود نیاز دارند، بسیار خودکفاتر هستند. اما استعداد آنها در سیگنالدهی و در نهایت تولید افکار، احساسات و سایر مهارتهای استثنایی است که مغز ما دارد.
همه سلولها از یک نوع شروع میشوند – به عنوان دختران سلولهای بنیادی – ودر ابتدا، با رشد مغز، تغییرات سریع هستند و به نظر میرسد که تقریباً به شانس واگذار شدهاند. این ممکن است درست باشد، یا ممکن است ما ندانیم چه عواملی باعث میشود یک سلول پیشساز به یک نورون و دیگری به یک سلول پشتیبان تبدیل شود.
اما در نهایت، سرعت تغییر کند میشود و نورونها با ارسال سیگنال به همسایگان خود و فهمیدن اینکه چه کسی مایل به صحبت است، جایگاه خود را پیدا میکنند. آنهایی که پیامهایشان برگردانده نمیشود، میمیرند.
این سطح خرد است. در سطح کلان، وقتی به چگونگی شکلگیری ارتباطات در مغز فکر میکنیم، این فرآیند بزرگنمایی میشود، اما همچنان میتوانید ببینید که چگونه شناخت پیچیده از فرآیندهای سادهتر پدیدار میشود.مغزها با تجربه توسعه مییابند و سیمکشی میشوند، و این روش دیگری است که تنوع بین افراد مختلف و مناطق مختلف مغز اتفاق میافتد. اما این فقط به تدریج اتفاق میافتد.سیمکشی مغز ما به دور از طراحی کامل، در واقع به شدت به محیط و تجربه – و حتی به نحوه استفاده، تحریک و توسعه مغز ما در گذشته – وابسته است.
سر و صدا(Noise)
علاوه بر شکلگیری توسط ترفندهای تکاملی و تجربیات زندگی شخصی، عامل دیگری که مغز ما را از کامل بودن دور میکند، سر و صدا یا تصادفی بودن است – به عنوان مثال، شلیک تصادفی پتانسیلهای عمل.
نورونها یک نرخ شلیک پایه دارند. آنها سیگنالهای تصادفی ارسال میکنند که در واقع معنایی ندارند – حداقل، معنایی که ما تاکنون نتوانستهایم کشف کنیم. و بیشتر انرژی مورد استفاده مغز صرف حفظ پتانسیل الکتریکی در غشای سلول میشود تا این شلیک امکانپذیر باشد.
ما پتانسیل عمل را نتیجه مجموع سیگنالهای ورودی از سلولهای دیگر میدانیم. اما حقیقت این است که پتانسیلهای عمل همیشه به طور تصادفی شلیک میشوند و سیگنال، یعنی پیام معنادار، تغییری از این شلیک پایه است.بنابراین، مقدار زیادی انرژی صرف این شلیک پایه ثابت میشود، اما خود شلیک لزوماً هیچ معنایی ندارد. این فقط تغییری است که معنا دارد.
بیشتر انرژی که مغز مصرف میکند، اساساً یک فعالیت تصادفی و بیمعنی را پشتیبانی میکند. با این حال، این تصادفی بودن همچنین ماده اولیهای است که در ذهن شکل میگیرد: هم توسط مادر طبیعت، که در طول میلیونها سال دستکاری شده است، و هم توسط تجربیات خودمان در طول یک عمر.
منبع:
Brain Myths Exploded_ Lessons from Neuroscience-The Teaching Company Professor Indre Viskontas