قوانین پایه‌ای کنترل حرکت توسط مغز
مغز انسان یک ابررایانه‌ی اسرارآمیز است. هزاران میلیون سلول عصبی در شبکه‌ای درهم‌پیچیده در حال تکاپو هستند که ...
مغز انسان یک ابررایانه‌ی اسرارآمیز است. هزاران میلیون سلول عصبی در شبکه‌ای درهم‌پیچیده در حال تکاپو هستند که همه‌ی افکار، احساسات و حرکات فرد تحت کنترل آن‌ها قرار دارد و این پژوهش اخیرا به بررسی نحوه‌ی عملکرد آن پرداخته است.
پژوهشگران Northeastern's Center for Complex Network Research (CCNR) برای غلبه بر معمای ذهن انسان ابتدا مدل‌های ساده‌تر را مورد بررسی قرار می‌دهند. به عنوان مثال، مغز یک کرم لوله‌ای(nematode worm) حدودا دارای 300 سلول عصبی و 2200 سیناپس است را بررسی کردند.
دانشمندان CCNR با استفاده از کرم لوله‌ای به عنوان یک سیستم آزمایشی، چند سال اخیر را صرف شناخت نحوه‌ی کنترل یک شبکه‌ی خود کنترل شونده نموده‌اند-به عنوان نمونه، این مسئله که کدام سلول‌های عصبی در مغز کرم مسئول خزیدن به عقب هستند. در یک بررسی که به صورت آنلاین در Nature انتشار یافته است، آن‌ها برای نخستین بار به توانایی خود در پیش‌بینی، آزمایش، و تأیید دقیق نحوه‌ی کنترل حرکت یک کرم لوله‌ای توسط مغز اشاره کرده‌اند.
Albert-László Barabási، پروفسور علوم شبکه و استاد دانشگاه برجسته‌ی فیزیک، چنین عنوان داشت که "با افتخار، نخستین تأییدیه‌ی تجربی مستقیم اصول کنترل را ارائه می‌کنم و همچنین هیجان زده‌ام از این که بررسی صورت گرفته راه را برای پیش‌بینی سیستماتیک دقیق سلول‌های عصبی مرتبط با فرایندهای خاص گشوده است."
پژوهشگران لابراتوار Barabási's مغز کرم لوله‌ای، که سلول به سلول و سیناپس به سیناپس نقشه‌برداری شده بود، را مورد مطالعه قرار دادند. آن‌ها نظریه‌ای را برای پیش‌بینی دقیق این امر ارائه نمودند که کدام سلول‌های عصبی کنترل‌کننده انواع خاصی از حرکات کرم، ازجمله لولیدن یا سرخوردن، هستند. سپس، همکاران آن‌ها در لابراتوار بیولوژی سلولی انجمن پژوهش پزشکی کمبریج انگلستان پیش‌بینی‌های صورت گرفته را با انهدام سلول‌های عصبی مجزا در مغز کرم لوله‌ای توسط لیزر مورد آزمایش قرار دادند. پس از آن، اثرات این "جراحی‌های میکروسکوپی" را روی رفتار کرم ارزیابی نمودند.
به گفته‌ی William Schafer، یکی از دانشمندان لابراتوار MRC که آزمایشات لیزر را نیز هدایت نموده است: "پیش‌بینی‌ها به میزان قابل توجهی مورد تأیید قرار گرفته‌اند و این از نظریه پشتیبانی می‌کند و نکات جدیدی را درباره‌ی نحوه‌ی کنترل حرکات بدن توسط سلول‌های عصبی روشن می‌سازد".
این گام نخستِ خیلی مهم در جهت چیزی است که Emma Towlson، پژوهشگر فوق دکترای CCNR و یکی از پژوهشگران اصلی این مطالعات، آن را "رویا" می‌خواند. روزی پژوهشگران خواهند توانست نسخه‌ای از مدل کنترل کرم لوله‌ای را به مغز انسان اعمال کنند. این پیشرفت می‌تواند تغییری عمده در زندگی مبتلایان به فلج مغزی، بیماری Lou Gehrig، و سایر بیماری‌هایی که به از دست رفتن عملکرد عضلات می‌انجامند پدید آورد.
به گفته Towlson، "ما در نظریه می‌توانیم غیرقابل‌کنترل را به قابل‌کنترل تبدیل کنیم. این نهایت آرزوی ما است، اما بین این دو فاصله عظیمی نهفته است".
Towlson برای شناخت مغز کرم لوله‌ای نقشه‌ای از اتصالات بین سلول‌های عصبی و عضلات تهیه نمود. سادگی نسبی این مدل، که از صفر و یک‌های نشانگر وجود یا عدم وجود اتصال تشکیل یافته بود، وی را متعجب ساخت. پژوهشگران همچنین فرضیاتی در رابطه با پارامترهای بیولوژیکی ارائه نموده‌اند.
Towlson می‌گوید، "و این هنوز در سطح معینی از پیش‌بینی قرار دارد. شگفت‌انگیز است. در ذهن خود می‌گویم در حال نزدیک شدن به نکته‌ای اساسی هستیم."
Towlson در مسیر پیشرفت خود به سمت بررسی دقیق‌تر مغز کرم لوله‌ای است. او می‌داند کدام سلول‌های عصبی کنترل‌کننده چه عضلاتی و چه نوع حرکاتی هستند. اما هر خزیدن رو به جلو در قیاس با دیگری به چه میزان انرژی و زمان نیازمند است و آیا این امر نحوه‌ی حرکت کرم‌ها را توضیح می‌دهد؟
Towlson همچنین می‌خواهد این اصول کنترل را در مدل‌های دیگر اعمال نماید. Towlson می‌گوید، "فکر می‌کنم منطقاً بررسی گورخرماهی گام بعدی ما خواهد بود، و بعد از آن شاید موش، و سپس انسان". "مغز انسان همیشه رویای نهایی ما است".
نوشته های مرتبط