مغز همه موجودات زنده دائماً با اطلاعاتی که از محیط اطراف خود دریافت می کند از طریق اندام های حسی مانند چشم ، گوش ، بینی و پوست بمباران می شود. تمام این اطلاعات ابتدا در بخشی از قشر مغز که مسئولیت رفتارهای داوطلبانه ماست ، پردازش می شوند. سپس پردازش پیچیده تر می شود. اطلاعات از طریق چندین قسمت داخلی مغز فیلتر می شوند و سرانجام قشر حرکتی مغز حرکات متناسب با موقعیت را فرمان می دهد. این گونه است که ما پرواز را از ما یا به سمت غذا دور می کنیم. بعلاوه ، حالات درونی می تواند کاملاً و بدون ورودی حسی و بدون رفتار خروجی مانند رویاپردازی و یا بررسی وقایع روزانه در ذهن باشد. ، در مغز ایجاد می شوند. با تحقیق در زمینه علوم اعصاب در شبکه های مغز و رفتار حیوانات ، نگرش ما نسبت به ماهیت حالات داخلی مغز دائما در حال تغییر است. در گذشته حیوانات به عنوان ماشینهای پاسخگو به محرک تصور می شدند. اما اکنون می دانیم که چیزهای جالبی در مغز حیوانات اتفاق می افتد که نحوه پردازش ورودی های حسی و بنابراین رفتار خروجی حیوانات را تغییر می دهد. دو سال پیش ، دانشمندان می خواستند از فعالیت مغزی لارو های گورفریش ، طعمه بگیرند و تغییرات لرزش عصبی را مشاهده کنند. اندازه لارو گورفریش به اندازه یک مژه می رسد. آنها لاروهای گورفریش و مواد غذایی آنها را در یک ظرف آب در زیر میکروسکوپ قرار داده و در طی آزمایشات به سلولهای روانی اصابت کردند. سلولهایی که از لحاظ جسمی به یکدیگر متصل نیستند اما بر روی یکدیگر تأثیر می گذارند. آنها دریافتند که تعدادی از نورونها پیش بینی می کنند چه موقع لاروها به شکار و طعمه طعمه می روند. برخی از این سلولهای عصبی حتی چند ثانیه قبل از چشمان لاروها روی طعمه فعال شدند. اما عجیب ترین مشاهده فعال شدن طولانی مدت و غیرمعمول سلول های روانی بود. بیشتر نورونها به طور معمول برای چند ثانیه فعال می شوند ، اما این سلول ها برای چند دقیقه فعال بودند.
تحقیقات بیشتر نشان داد که این سلولها ممکن است وضعیت کلی مغز را تنظیم کنند. الگویی از فعالیت طولانی مدت مغز که باعث تحریک لاروها درگیر شدن در غذا در مقابل آنها می شود. دانشمندان پیشتر دریافتند که حالات درونی مغز رفتار یک حیوان را با رویکردهای گوناگون و در طول مطالعه گونه های مختلف حیوانات تغییر می دهد. حتی وقتی در محیط بیرونی او چیزی تغییر نکرده است. گروهی از دانشمندان در مورد کدگذاری حالتهای مغزی توسط سلولهای عصبی فرضیه می کنند. دانشمندان علوم اعصاب به دنبال درک زبان برنامه نویسی مغز هستند. آنها می دانند که چگونه شبکه ای از سلولها از طریق حواس پنج گانه به مشاهدات حسی پاسخ می دهند و چگونه رفتارهایی مانند صحبت کردن و حرکت انجام می شود. اما آنها جزئیات را نمی دانند. فعالیت گسترده اعصاب مانع از تشخیص الگویی می شود که منعکس کننده حالات و تمایلات حیوانات است و به کنترل رفتار آنها کمک می کند. روشهای جدید به دانشمندان این امکان را می دهد که پالس های الکتریکی را در مغز به طور کامل ردیابی کنند اجازه می دهد تا رفتار طبیعی حیوان در میلی ثانیه تعیین شود و الگویی از داده های به دست آمده تهیه شود. این الگوها می توانند ویژگی بارز وضعیتهای بی شماری درونی باشند که مغز می تواند از بین آنها انتخاب کند. اکنون چالش این است که بفهمیم این موقعیت ها به چه معنی است.
چارچوب های مغزی
برخلاف نظر گروهی از روانشناسان که معتقدند از آنجا که حیوانات نمی توانند احساسات خود را با کلمات ابراز کنند ، بنابراین این احساسات به هیچ وجه قابل مطالعه نیست ، گروهی از محققان نظریه ای را برای حالات داخلی مغز ارائه می دهند که بیانگر احساسات است. آنها حدس می زنند که ویژگی های ارتباط بین مدارهای عصبی و حالات درونی مغز وجود دارد. آنها بر این باورند که یک وضعیت درونی مغز باید طولانی تر از محرک اصلی است که آن را ایجاد کرده است. از این رو ویژگی اصلی مدار عصبی که در چنین شرایطی قرار دارد ، استمرار آن است. اگر مار را در کوه دیدید ، ممکن است از ترس پرش کنید. ده دقیقه بعد ، وضعیت درونی مغز شما با ترس هنوز فعال است و اگر تکه ای از چوب را در مسیر خود مشاهده کنید ، ممکن است دوباره پرش کنید. ویژگی های دیگر حالت درونی قابلیت تعمیم و مقیاس پذیری است. تعمیم پذیری به این معنی است که محرکهای مختلف باید قادر به تحریک موقعیتهای مشابه باشند ، و مقیاس پذیری بدان معنی است که محرکهای مختلف می توانند حالتهایی با دوام متفاوت ایجاد کنند.
توسعه فن آوری های عصبی برای این آزمایش ها از سال 2014 آغاز شد و امکان ثبت فعالیت تعداد زیادی از نورون ها به طور همزمان و جداگانه وجود داشت. یکی از این ابزارها پروب های نوروپیکسل است. این سوزن های سوزنی به شکل ده میلی متر هستند که می توانند به طور مستقیم فعالیت صدها نورون در مناطق مختلف مغز را ثبت کنند. تصویربرداری از کلسیم همچنین می تواند فعالیت دهها هزار نورون فعال در مغز را نشان دهد. بابا کلسیم برای بسیاری از سلولها به ویژه سلولهای عصبی یک نشانگر مولکولی است. نورونها به طور معمول سطح کلسیم کمی دارند و با تولید یک پالس الکتریکی ، کلسیم درون سلول جریان می یابد. با مارک کردن کلسیم با ??مولکول های فلورسنت ، نحوه ارتباط نورون ها با یکدیگر را نشان می دهد. مانیتورهای جدید بطور خودکار رفتار آزاد حیوانات را برای چند ساعت ضبط می کنند و حرکات در هر میلی ثانیه را تجزیه و تحلیل می کنند. این رفتارها سپس با داده های عصبی ضبط شده مطابقت می یابد تا فعالیت آنی مغز با هر حرکت مشخص شود. بنابراین ، دانشمندان علوم اعصاب با کمک پیشرفت در یادگیری ماشین ، هوش مصنوعی و ابزارهای جدید ریاضی ، از GIGABYTE داده ها و ترابایت داده های تولید شده در این آزمایشات گرد هم می آیند و الگوهای فعال سازی عصبی را نشان می دهند که حالت های چرخشی مغز را نشان می دهد.
نمای کلی از عملکرد مغز
دانشمندان علوم اعصاب نورون ها را در قسمت های مختلف مغز که به طور مداوم فعال هستند ، مطالعه می کنند. لارو مارها با 80000 سلول مغزی نسبت به مگس ها پیچیده تر هستند. علاوه بر این ، جنین این ماهی شفاف است و می توان فعالیت همه نورون ها را همزمان با استفاده از تصویربرداری از کلسیم مشاهده کرد. آنها یک میکروسکوپ فلورسانس را در بالای یک ظرف آزمایشگاهی قرار دادند که در آن لاروها شنا می کنند تا از هر حرکت لارو و فعال شدن نورون عکس بگیرند. علاوه بر این ، آنها در همان زمان فیلمبرداری کردند. هر فیلم 90 دقیقه ای معادل 4.5 ترابایت است که می تواند در هر ثانیه به یک فعالیت عصبی تبدیل شود. دانشمندان سه گروه نورون را در مغز لاروها یافتند: آنهایی که همیشه در موقعیت شکار فعال هستند ، آنهایی که هنگام شناسایی محیط فعال می شوند و گروه سوم که با تغییر موقعیت ماهی یک لحظه فعال می شوند. با کمال تعجب ، گرسنگی تاثیری در حالات ماهی ندارد که هر چند دقیقه تغییر می کند. متخصصان مغز و اعصاب که با حیوانات پیشرفته تری کار می کنند نمی توانند یکباره کل مغز را کنترل کنند. اما با وجود شبکه های گسترده ای که در مغز توزیع می شود ، می توانند حالت های داخلی مغز را تشخیص دهند. در آزمایش موش ، آنها از تصویربرداری کلسیم برای ثبت فعالیت هزاران نورون استفاده کردند و یک الکترود تک نوروپیکسل را درون مغز قرار دادند تا فعالیت صدها نورون را ثبت کند.
