مقایسه کمی بین چارچوب مرجع سیگنال‌های شنوایی و بینایی، بین سه ناحیه‌ی چند مدالیته‌ای مغزی

در بررسی که محققین روی نواحی درگیر در سیستم حرکتی چشمی انجام داده‌اند، مشاهده شد که مختصات سیستم رمزنگاری نورون‌ها نسبت به محرک صوتی، بجز در زمان حرکت چشم در طول ساکاد در کولیکلوس فوقانی، بصورت ترکیبی از مرکزیت سر و چشم‌ها باقی می‌ماند.

سیستم‌های حسی متفاوت نظیر بینایی و شنوایی، با روش‌های متفاوتی محل مربوط به قرارگیری محرک را تشخیص می‌دهند اما نتیجه آن درک یکسان و پاسخ رفتاری مشابه است. تفاوت بین مکان‌یابی صوتی و تصویری به ماهیت متفاوت محرک‌ها بازمی‌گردد. نور از مناطقی مختلف با شدت و فرکانس متفاوت به سلول‌های رتینا رسیده و باعث تشکیل تصویر می‌شود؛ این تصویر باعث ایجاد نقشه‌هایی می‌شود که در آن‌ها فاصله هر چیزی که در میدان دید قرار گرفته است نسبت به چشم‌ها سنجیده می‌شود. این تصاویر از طریق ارتباطات نورونی به مناطق بالاتر قشری منتقل می‌شوند. در مقابل، برای محاسبه و تعیین محل منبع صوت نسبت به گوش خارجی، مغز از محاسبه اختلاف در شدت صوت و همچنین زمان رسیدن متفاوت صوت به هر دو گوش کمک می‌گیرد. این محاسبات براساس مختصاتی صورت می‌گیرد که در آن بجای چشم‌ها، وسط سر به عنوان مرکز مختصات در نظر گرفته شده است. با وجود این تفاوت در مرکز مختصات که در دریافت صوت و تصویر وجود دارد مغز دو برداشت متفاوت از یک جسم ندارد. اینکه نورون‌ها در مغز چطور این دو مختصات متفاوت را با یکدیگر ترکیب می‌کنند به نحوه کدگذاری آن‌ها مربوط می‌شود که هنوز هم برای محققان ناشناخته باقی مانده است. همین دلیل باعث شده تا تحقیقات متفاوتی در این زمینه انجام شود.

یکی از تازه‌ترین مطالعات در این حوزه را محققین دانشگاه دوک با همکاری مرکز رشد و شکوفایی انسان، روی میمون‌ها به انجام رساندند. در این مطالعه شش میمون به کمک محققین آمدند و الکترودهایی در نواحی داخلی قشر آهیانه (LIP/MIP)، ناحیه بینایی پیشانی (FEF) و کولیکلوس فوقانی (SC) آن‌ها کاشته شد و توسط MRI محل کاشت الکترود مورد بررسی قرار گرفته و از صحت آن اطمینان حاصل شد. پس از پایان مراحل کاشت و اطمینان از سلامت نمونه‌ها، در حین اجرای تکالیف مکانی‌یابی، پاسخ نورون‌های نواحی مورد نظر در مواجهه با محرک صوتی و بصری ثبت شد. این‌ نواحی نسبت به ساکاد (حرکت مردمک چشم بین دو نقطه غیر مجاور از میدان دید) حساس بوده و نورون‌های موجود در این نواحی نسبت به حرکات چشم واکنش نشان داده و فعال می‌شوند. در مجموع برای این مطالعه سیگنال‌های مربوط به 324 سلول از نواحی راست و چپ بینایی پیشانی دو میمون، 179 سلول از کولیکلوس فوقانی راست و چپ دو میمون دیگر و 275 سلول از نواحی داخلی قشر آهیانه چپ و راست دو میمون باقی مانده مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت.

مطالعات قبلی نشان داده بود که نواحی شنوایی در قشر آهیانه داخلی مرجع مختصات بصورت ترکیبی است؛ یعنی مرکز مختصات محاسبات برای بخشی از نورون‌ها چشم و برای بخشی دیگر سر است. در حالیکه سیگنال‌های صوتی در کولیکلوس فوقانی در زمان نواخته شدن صوت بصورت ترکیبی و در زمان حرکت چشم، تنها مرجع چشم‎ها هستند. همچنین نشان داده شده که در ناحیه بینایی پیشانی، حرکت چشم بر روی سیگنال صوتی اثر می‌گذارد اما کیفیت این تاثیر مشخص نبود.

در مطالعه جدید مختصات صوتی و تصویری در بین این نواحی با یکدیگر مقایسه شده و نشان داده شده است که در تمامی این مناطق، در زمان نواخته شدن محرک صوتی تمامی مختصات دارای مراجع ترکیبی هستند و تنها در زمان آغاز حرکت چشم این مختصات در کولیکلوس فوقانی غالباً نسبت به چشم‌ها مقایسه می‌شود. تا پیش از این نقطه، در مقایسه با سیگنال‌های تصویری، مرجع اکثر سیگنال‌های صوتی مرکز سر است ولی نورون‌ها در تمامی این نواحی در مواجهه با سیگنال‌های تصویری بصورت ترکیبی واکنش نشان می‌دهند. هرچند در حرکت از قشر آهیانه به ناحیه پیشانی بینایی و از آنجا به کولیکلوس فوقانی، مختصات تصویری بصورت تدریجی تبدیل به مختصات با مرکزیت چشم‌ها می‌شود، اما مختصات صوتی -بجز در زمان ساکاد- بصورت ترکیبی باقی می‌مانند.

ترکیب مراکز مختصات متفاوت می‌تواند نتیجه استفاده از سیستم‌های رمزنگاری متفاوت در نورون‌های منفرد باشد که با گذشت زمان، برای مدت زمانی مشخص بین مراکز متفاوت سویچ می‌کنند. در حالیکه پاسخ‌های اندازه‌گیری شده در این مطالعه، بین ترایال‌ها و زمان‌های متفاوت و از نورون‌های مختلفی گرفته شده که ممکن است از چارچوب مشخصی تبعیت کنند.

به نظر می‌رسد این مطالعه باعث تغییر در این نگرش می‌شود که باید چارچوب مرجع یکتا و خالصی برای هریک از سیگنال‌های صوتی و تصویری وجود داشته باشد. با این وجود هنوز مشخص نیست چه مکانیسمی باعث تغییر در چارچوب مرجع‌های مورد استفاده می‌شود و این مسیری است که باید توسط محققین جسور این حوزه طی شود که همواره بدنبال یافتن ناشناخته‌ها هستند.

منبع: Cold Spring Harbor Laboratory

مترجم: عباس پورهدایت، عضو شاخه دانشجویی نقشه برداری مغز