امکان ایجاد تغییر در الگوی دموکراسی سیستم عصبی

تصویر: چه کسی تصمیم می‌گیرد؟
 
چگونه ساختار مغز و سلول‌های عصبی به ما اجازه‌ی انتخاب رفتارهای فردی مختلف را می‌دهند؟ دانشمندان از مدت‌ها قبل، از اصطلاح "دولت" برای توضیح سازماندهی سیستم‌های عصبی در هنگام تصمیم ‌گیری استفاده می‌کنند. آیا ذهن ما مانند شهروندان یک کشور دموکرات که در رأی دادن آزادند، ریشه‌ی دموکراسی دارد؟ یا مثل رهبر یک کشور مستبد که دستورهای پرتاب صادر می‌کند، دیکتاتور است؟ آیا مانند ارتش ترکیه، مجموعه‌ای از گروه‌های مخالف برای کنترل و تصمیم‌گیری با هم رقابت می‌کنند (جرگه سالاری)؟ یا طور دیگری است؟
 
در سال 1890، روانشناسی به نام ویلیام جیمزادعا کرد که در بدن هر یک از ما یک سلول‌ عصبی مرکزی و پایشگر وجود دارد که آگاهی ما در ارتباط با آن است. اما در سال 1941 سرچارلز شرینگتون، فیزیولوژیست و برنده‌ی جایزه‌ی نوبل، نظریه‌ای مخالف آن ارائه داد که به گفته‌ی او یک سلول مسئول مرکزی وجود ندارد بلکه  سیستم عصبی نوعی دموکراسی متشکل از میلیون‌ها جزء است که هر واحد آن یک سلول عصبی است.
 دیکتاتوری عصبی می‌تواند با عملکرد سریع، شروع رفتار را تحریک کند در حالی که سایر سلول‌های عصبی حرکات بعدی را تنظیم می‌کنند. کدام نظریه درست است؟
 
به دلایل اخلاقی، ما نمی‌توانیم تک تک سلول‌های عصبی در مغز افراد سالم را مانیتور ‌کنیم و زیر نظر بگیریم. اما در عوض می‌توانیم با بررسی و مطالعه‌ی بسیاری از حیوانات، به مکانیسم‌های سلولی مغز آن‌ها پی ببریم. همان طور که در کتاب "رفتار حاکم" گفته شده است، آزمایشات صورت گرفته طیف وسیعی از ساختارهای تصمیم ‌گیری در سیستم‌های عصبی را نشان می‌دهند که این الگوها می‌توانند از دیکتاتوری تا جرگه سالاری و دموکراسی متنوع باشند.
 

سیستم عصبی از نوع دیکتاتوری

برای برخی رفتارها، یک سلول عصبی به عنوان دیکتاتور و تصمیم گیرنده عمل می‌کند و از طریق ارسال سیگنال‌های الکتریکی، پیام‌هایی را منتقل می‌کند که باعث مجموعه‌ای از حرکات می‌شود. توسط متخصصان مغز و اعصاب به این سیگنال‌های الکتریکی، پتانسیل عمل یا پیام عصبی (اسپایک) گفته می‌شود. برای مثال، هنگامی که شما یک خرچنگ دریایی را لمس می‌کنید، پتانسیل عمل در سلول‌ عصبی جانبی این جاندار ایجاد گردیده و باعث می‌شود حیوان به سمت بالا بپرد و او را از خطر احتمالی دور می‌کند. این حرکات در حدود یک صدم ثانیه پس از لمس صورت می‌گیرد.
 یک سلول مسئول مرکزی وجود ندارد بلکه  سیستم عصبی نوعی دموکراسی متشکل از میلیون‌ها جزء است که هر واحد آن یک سلول عصبی است.  
تصویر: تصویر یک سلول عصبی بزرگ جانبی (به رنگ قرمز) در خرچنگ، که دنباله‌ی نورون‌های حسی که به آن آکسون گفته می‌شود (به رنگ سبز)، به آن وارد می‌شود و این سلول عصبی بزرگ به عنوان تصمیم گیرنده‌ی نهایی و مانند یک دیکتاتور عمل می‌کند.
نمونه‌های بسیاری از دموکراسی‌های عصبی وجود دارند.  
تصویر: خرچنگ دریایی با فرمانی که سلول عصبی بزرگ صادر می‌کند، از خطر فرار می‌کند. فاصله‌ی زمانی این ‌عکس‌ها از هم ده صدم ثانیه است.
به طور مشابه، پتانسیل عملی که در سلول عصبی غول پیکر در مغز یک ماهی به نام ماتنر ایجاد می‌شود، به ماهی دستور فرار می‌دهد و ماهی را به سرعت از تهدید دور می‌کند تا بتواند به سلامت شنا کند. (این تنها سلول عصبی فرمانده در یک مهره‌دار است.)
 
هر یک از این سلول‌های عصبی که مانند دیکتاتور عمل می‌کنند، به طور غیر معمول از نظر سایز بزرگ هستند، به خصوص دنباله‌ی این سلول‌ها که آکسون نام دارد، قسمتی باریک و دراز است که پتانسیل‌های عمل را در مسافت‌های طولانی منتقل می‌کند. هر کدام از سلول‌های عصبی دیکتاتور در طی رده بندی مخصوصی، سیگنال‌های بسیاری را از سلول‌های عصبی حسی دریافت و با هم ادغام می‌کند و سپس دستورات خود را به مجموعه‌ی بزرگی از سلول‌های عصبی تحت فرمان خود ارسال می‌کند و در نهایت باعث انقباضات ماهیچه‌ای می‌گردد.
 برای برخی رفتارها در بعضی حیوانات، می‌توان با ایجاد تغییر در انتخابات، الگوی دموکراسی سیستم عصبی را آزمایش کرد.سلول‌های دیکتاتور برای حرکات فرار به ویژه در بی مهره‌ها کاربرد دارند. آن‌ها همچنین انواع دیگری از حرکات را کنترل می‌کنند که این حرکات تکراری و یکسان هستند، مثالی از این نوع حرکات، جیر جیر در جیر جیرک است.
 

الگوی اداره‌ی سلول‌ها توسط تیم کوچکی از سلول‌های عصبی

اما این سلول‌های دیکتاتور تمام ماجرا نیستند. خرچنگ دریایی می‌تواند از طریق مجموعه‌ی کوچک دیگری از سلول‌های عصبی دم خود را حرکت دهد. مجموعه‌ی این سلول‌ها به عنوان گروه سلول‌های اولیگارشی عمل می‌کنند به این معنی که به جای یک سلول عصبی، مجموعه‌ای از سلول‌ها فرماندهی و تصمیم گیری را به عهده دارند.
 
فرارها و حرکات این چنینی که فرمان آن توسط مجموعه‌ی کوچکی از سلول‌ها صادر می‌شود، بسیار شبیه همان فرارهایی است که مسئول آن سلول‌های عصبی بزرگ هستند. تفاوت آن‌ها در زمان شروع حرکت است که این حرکات کمی بعد شروع می‌شوند و در جزئیات انعطاف پذیری بیشتری دارند. بنا بر این، هنگامی که خرچنگ متوجه می‌شود که در معرض خطر است و زمان بیشتری برای پاسخ به این خطر دارد، معمولاً به جای استفاده از سلول عصبی بزرگ، از مجموعه‌ای از سلول‌های خود به عنوان الگوی اولیگارشی یا جرگه سالاری استفاده می‌کند و فرمان از آن‌ها صادر می‌شود.
 
به همین ترتیب، حتی اگر سلول عصبی ماتنر در مغز ماهی از بین برود، ماهی همچنان می‌تواند از موقعیت‌های خطرناک فرار کند. این تیم سلولی، می‌تواند به سرعت اما با کمی تأخیر حرکات مشابه فرار ایجاد کند.
 
این که سلول‌های بزرگ فرمانده و مجموعه‌ی کوچک سلول‌ها هر دو قادر به ایجاد پیام یکسان هستند، مسأله ای منطقی است زیرا اتکا و اعتماد به یک نورون واحد برای صدور فرمان فرار، کاری خطرناک است. و اگر جانور از نیروی پشتیبان استفاده نکند یا اینکه نورون واحد دچار اختلال عملکرد شود، زندگی جاندار می‌تواند با تهدید رو به رو شود. بنا بر این در سیر تکاملی روش‌های مختلفی برای ایجاد حرکت فرار در جانوران به وجود آمده است.
 
اولیگارشی‌های یا مجموعه‌های کوچک عصبی همچنین می‌توانند به سطح درک بالای ما کمک کنند، مثل زمانی که می‌توانیم چهره‌ی انسان را تشخیص ‌دهیم.
 

اکثریت برنده می‌شود

با این حال، سیستم‌های عصبی فرمان بسیاری از رفتارها را از طریق دموکراسی صادر می‌کنند.
 
برای مثال، زمانی که میمون دست خود را دراز می‌کند، مجموعه‌ای از تعداد زیادی سلول‌ عصبی در قشر حرکتی مغز پتانسیل عمل یا پیام عصبی تولید می‌کند. هر سلول عصبی پیام‌های عصبی‌ برای حرکت در جهات مختلف تولید می‌کند اما هر کدام برای یک جهت خاص پیام بیشتری صادر می‌کند.
 هر سلول عصبی تا حدودی به همه‌ی نواحی عصب رسانی می‌کند اما بیشترین پیام عصبی را به ناحیه‌ای که بیشتر از همه بر آن مؤثر است، منتقل می‌کند.در فرضیه‌ای که محققان مطرح کرده‌اند، هر سلول عصبی تا حدودی به همه‌ی نواحی عصب رسانی می‌کند اما بیشترین پیام عصبی را به ناحیه‌ای که بیشتر از همه بر آن مؤثر است، منتقل می‌کند. برای درک این مطللب، محققان سلول‌های عصبی بسیاری را بررسی کردند و از معادلات ریاضی برای پیش‌بینی رفتار آن استفاده کردند.
 
محققان سرعت پیام عصبی را در سلول‌های عصبی مختلف در زمان دستیابی میمون به هدف‌های متفاوت اندازه گیری کردند. سپس برای هر هدف واحد، هر سلول عصبی را با یک بردار نشان‌ دار کردند به طوری که زاویه‌ی آن نشان‌ دهنده‌ی جهتی است که سلول عصبی بیشتر به آن سمت است و طول آن سرعت نسبی ایجاد پیام برای این هدف خاص را نشان می‌دهد. محققان عملکرد سلول‌های عصبی را با استفاده از معادلات ریاضی خلاصه کردند و توانستند نتیجه‌ی تمام پیام‌هایی را که سلول‌های عصبی ارسال می‌کنند، با اطمینان پیش‌بینی کنند.
   
تصویر: نمودار برداری نشان‌دهنده‌ی انتقال پیام عصبی هنگام حرکات میمون
 
این اتفاق مانند این است که در سیستم عصبی یک انتخابات در جریان است که در آن برخی از سلول‌های عصبی بیشتر از بقیه رأی می‌دهند. در شکل یک نمونه به عنوان مثال نشان داده شده است. خطوط بنفش کم رنگ نمایانگر آرای سلول‌های عصبی مجزا به نفع حرکت است. خط نارنجی، بردار جمعیت، جهت حرکت کلی را نشان می‌دهد، که کاملاً شبیه پیش‌بینی بردار جمعیت است. محققان این روش را کدگذ اری جمعیت می‌نامند.
 
برای برخی رفتارها در بعضی حیوانات، می‌توان با ایجاد تغییر در انتخابات، الگوی دموکراسی سیستم عصبی را آزمایش کرد. به عنوان مثال، میمون‌ها و افراد می‌توانند با حرکات سریع چشم‌ها، از یک نقطه‌ی ثابت به نقطه‌ی دیگر نگاه کنند. دستور این حرکات سریع توسط سلول‌های عصبی در بخشی از مغز به نام کولیکولوس فوقانی صادر می‌شود. مانند مثال میمون که پیشتر گفته شد، این سلول‌های عصبی هر کدام برای طیف وسیعی از این حرکات سریع پیام عصبی می‌فرستند اما هر کدام برای یک جهت و فاصله‌ی خاص پیام بیشتری تولید می‌کنند. اگر رأی دهندگان به یک قسمت از کولیکولوس فوقانی رأی ندهند، تمام حرکات سریع مربوط به آن قسمت به سمت دیگر منحرف می‌شوند. اکنون می‌توان گفت انتخابات دستکاری شده است.
 این که سلول‌های بزرگ فرمانده و مجموعه‌ی کوچک سلول‌ها هر دو قادر به ایجاد پیام یکسان هستند، مسأله ای منطقی است زیرا اتکا و اعتماد به یک نورون واحد برای صدور فرمان فرار، کاری خطرناک است.دستکاری تک سلولی‌ها نشان داده است که زالوها نیز انتخابات برگزار می‌کنند. در مقابل لمس پوست، زالو بدن خود را خم می‌کند. این حرکت به دلیل تأثیرات جمعی از سلول‌های عصبی است که برخی از آن‌ها به نفع این نتیجه رأی دادند و برخی دیگر به نتیجه‌ی مخالف رأی دادند.
   
تصویر: تغییر در انتخابات سیستم عصبی جهت تعیین فرمان حرکت. سمت چپ: محققان، پوست حیوان را در محلی که با فلش مشخص شده است، لمس کردند. هر خط جهتی را که زالو بدن خود را خم می‌کند، نشان می‌دهد. تصویر وسط: تحریک الکتریکی نورون حسی متفاوت، باعث شد زالو در جهت دیگری خم شود. تصویر راست: محققان پوست زالو را لمس و هم زمان سلول عصبی را تحریک کردند و در نتیجه زالو در جهت‌های میانی خود را خم کرد.
 
اگر زالو را از بالا لمس کنید، تمایل دارد به گونه‌ای خم ‌شود که از این لمس دور شود. در صورت تحریک الکتریکی سلول عصبی که معمولاً به لمس‌ در ناحیه تحتانی واکنش نشان می‌دهد، زالو به سمت مخالف خم می‌شود. (تصویر میانی) اگر این لمس و تحریک الکتریکی هم زمان رخ دهند، زالو در جهت میانی خم می‌شود. (تصویر سمت راست)
 به جای یک سلول عصبی، مجموعه‌ای از سلول‌ها فرماندهی و تصمیم گیری را به عهده دارند.این نتیجه برای هیچ یک از محرک‌های فردی مطلوب و ایده آل نیست اما با این حال نتیجه‌ی انتخابات، نوعی سازش و سازگاری بین دو بی‌نهایت است. این وضعیت مانند حالتی است که حزب‌های سیاسی دور هم گرد می‌آیند تا زیر ساخت واحدی تشکیل دهند. با در نظر گرفتن خواسته‌ی بخش‌های مختلف حزب‌ها می‌توانند به نتیجه‌ای بینابینی مورد توافق همگان دست پیدا کنند.
 
نمونه‌های بسیاری از دموکراسی‌های عصبی وجود دارند. این الگوهای دموکراسی‌ در انواع جانداران از جیرجیرک‌ها و مگس‌های میوه تا انسان، آن چه که می‌بینیم، می‌شنویم، احساس و استشمام ‌می‌کنیم، را تعیین می‌کنند. برای مثال ما رنگ‌ها را از طریق مجموع پیام‌های دریافتی از سه نوع گیرنده‌ی نوری متفاوت درک می‌کنیم که هر یک از این گیرنده‌ها به طول موج‌های مخصوصی از نور واکنش نشان می‌دهند. این نظریه را فیزیکدان و پزشکی به نام توماس یانگ در سال 1802 ارائه داد. یکی از مزایای دموکراسی‌های عصبی این است که در این سیستم رأی گیری میانگین در نظر گرفته می‌شود هرچند که پیام‌های عصبی متغیر باشند، بنابر این ادراک جانداران و حرکات آن‌ها دقیق‌تر از آن است که به یک یا چند نورون محدود وابسته باشد. همچنین اگر بعضی سلول‌های عصبی آسیب ببینند، سایر سلول‌ها این کمبود را جبران می‌کنند.
 
برخلاف کشورها، سیستم‌های عصبی می‌توانند به اشکال مختلف بدن را اداره‌ کنند. دیکتاتوری عصبی می‌تواند با سیستم مجموعه‌ای یا دموکراسی هم زیستی داشته باشد. دیکتاتوری عصبی می‌تواند با عملکرد سریع، شروع رفتار را تحریک کند در حالی که سایر سلول‌های عصبی حرکات بعدی را تنظیم می‌کنند. تا زمانی که پیامدهای رفتارهای این چنینی با افزایش شانس بقا و تولید مثل همراه هستند، نیازی نیست برای اداره‌ی سلول‎‌ها الگوی واحدی وجود داشته باشد.
 سلول‌های عصبی که مانند دیکتاتور عمل می‌کنند، به طور غیر معمول از نظر سایز بزرگ هستند.
منبع: آری برکوویتز، University of Oklahoma