حکاکی مغز بدون تیغ و جراحی!

تحولی در یادگیری: نقش جدیدی در فعالیت‌های مغزی

تصور کنید که بتوانید یک الگوی جدید از فعالیت را در مغز یک فرد ثبت کنید که به او اجازه دهد سریع‌تر یاد بگیرد یا درمان بهتری برای اختلالات روانی و توسعه‌ای مانند افسردگی یا اوتیسم فراهم کند. حالا تصور کنید که بتوانید این کار را بدون نیاز به جراحی مغز یا هرگونه دستکاری فیزیکی انجام دهید. آیا به نظر شما این یک داستان علمی تخیلی است؟ هنوز هم هست. اما این دقیقاً همان چیزی است که کورا لین ایوردن، استادیار علوم مغز و شناخت و علوم اعصاب در دانشگاه روچستر، در حال کار بر روی آن است و برای اولین بار نشان داده که این کار می‌تواند برای یادگیری دسته‌های جدید بصری از اشیاء انجام شود.

به طور کلی، یادگیری زمانی اتفاق می‌افتد که مغز ما از طریق تجربه، مطالعه یا آموزش تغییر کند. اما ایوردن و همکارانش در دانشگاه‌های ییل و پرینستون موفق شدند یک رویکرد نوآورانه برای آموزش مغز انسان از طریق دستکاری‌های خارجی و بازخورد عصبی آزمایش کنند – چیزی که آن‌ها به آن «تراشیدن» الگوهای فعالیت مغزی می‌گویند. این تحقیق در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است. ایوردن می‌گوید: «با روش ما نه تنها می‌توانیم الگوهای پیچیده را در مغز به سمت الگوهای شناخته شده هدایت کنیم، بلکه برای اولین بار می‌توانیم به طور مستقیم یک الگوی جدید را در مغز بنویسیم و تأثیر آن را بر رفتار فرد اندازه‌گیری کنیم.»

تراشیدن مغز – رویکردی جدید برای یادگیری؟

دانشمندان از تصویربرداری عصبی در زمان واقعی و بازخورد عصبی ثانیه به ثانیه برای تغییر نحوه نمایش و پردازش اطلاعات بصری در مغز استفاده کردند. شرکت‌کنندگان در این مطالعه درون یک دستگاه تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) دراز کشیده و اشیاء را که بر روی یک آینه بالای سرشان پروجکت شده بود، مشاهده کردند. این اشیاء – شکلی انتزاعی که برخی از شرکت‌کنندگان آن را به عنوان گلبرگ، پیاز گیاه یا پروانه توصیف کردند – به آرامی بر روی آینه شرکت‌کنندگان می‌لرزیدند تا زمانی که آن‌ها توانستند با فرآیندهای ذهنی خود، آن را به الگوی فعالیتی که دانشمندان قبلاً انتخاب کرده بودند، «حرکت دهند» (که در زمان واقعی از طریق fMRI نظارت می‌شد).

محققان به شرکت‌کنندگان دستور دادند که «یک حالت ذهنی تولید کنند» که نوسان شکل را کاهش دهد، اما به آن‌ها آموزش نداده بودند که چگونه به چنین حالت ذهنی دست یابند. جاناتان کوهن، یکی از نویسندگان این تحقیق و عصب‌شناس شناختی در دانشگاه پرینستون، می‌گوید: «یکی از ویژگی‌های قابل توجه این مطالعه این است که پاسخ‌های عصبی و رفتار مربوط به دسته‌های جدید بدون آگاهی صریح از آن دسته‌ها رخ داد، که نشان می‌دهد یک سنت طولانی در روانشناسی در مورد پردازش ضمنی – یعنی توانایی پاسخ به اطلاعات به طور معنادار بدون آگاهی – همچنین به یادگیری و شکل‌گیری نمایه‌های عصبی جدید گسترش می‌یابد.»

بازخورد فوری در مطالعه و تأثیر آن بر یادگیری

بازخورد فوری که به شرکت‌کنندگان در این مطالعه داده شد، به این معنا بود که تصویر در آینه آن‌ها زمانی که موفق به نمایش شیء بصری به شکلی مشابه با الگوی فعالیت مغزی تعیین‌شده توسط محققان می‌شد، دیگر نوسان نمی‌کرد. به عبارت دیگر، دانشمندان روشی را توسعه داده بودند که باعث می‌شد افراد دسته‌های جدیدی از اشیاء بصری را یاد بگیرند، نه با آموزش مستقیم آن دسته‌ها، بلکه با تغییر نحوه عملکرد مغز آن‌ها هنگام مشاهده اشیاء فردی در آن دسته‌ها. ایوردان توضیح می‌دهد: “به جای اینکه چیزی به شما آموزش دهیم و تغییرات مغز شما را اندازه‌گیری کنیم، یک دسته جدید را در مغز شما نوشتیم که اگر خودتان آن را یاد می‌گرفتید، به‌وجود می‌آمد.” او ادامه می‌دهد: “سپس آزمایش کردیم که آیا شما آن دسته جدیدی را که وارد کرده بودیم، می‌بینید و مشخص شد که شما آن را دیدید.”

تشویق شرکت‌کنندگان به موفقیت

برای اطمینان از اینکه شرکت‌کنندگان در مطالعه به شدت برای موفقیت انگیزه دارند، اگر آن‌ها موفق به متوقف کردن نوسان تصویر می‌شدند، به صورت مالی پاداش می‌گرفتند که در طول شش جلسه روزانه می‌توانست به یک پاداش قابل توجه تبدیل شود.

کاربردهای آینده

دانشمندان در تلاشند تا بهتر بفهمند که چه اتفاقی برای عملکرد مغز در افرادی با اختلالات نوروسایکاتریک، توسعه‌ای یا روانی، مانند افسردگی شدید، آگنوزی‌های بصری (ناتوانی در شناسایی اشیاء روزمره) و اوتیسم می‌افتد. به گفته ایوردان، روشی مانند روش آن‌ها ممکن است در نهایت نقش مهمی در درمان بالینی ایفا کند، با تغییر الگوهای مغزی بیماران به گونه‌ای که بیشتر شبیه الگوهای مغزی در جمعیت نوروتیپیک باشد. این می‌تواند منجر به رویکردهای جدیدی برای درمان، چه به تنهایی و چه در کنار درمان‌های موجود شود.

نیکلاس ترک-براون، روانشناس دانشگاه ییل، می‌گوید: “این مطالعه یکی از قوی‌ترین نمایش‌ها از آموزش مغز با fMRI زمان واقعی است. دکتر ایوردان از نوروفیدبک استفاده کرد تا به انسان‌ها کمک کند دسته‌ای را در ذهن خود ایجاد کنند که سپس بر رفتار آن‌ها تأثیر گذاشت.”

دست‌یابی به بلوک‌های سازنده یادگیری

در اصل، توانایی دانشمندان برای دسترسی به مغز به شیوه‌ای است که قبلاً انجام نشده بود. ایوردان می‌گوید: “ما به‌طور اساسی یادگیری را وارونه کردیم و به مغز شما چیزی آموزش دادیم که باعث شد شما به‌طور غیرمستقیم اطلاعات کسب کنید، حتی اگر هرگز آن اطلاعات به‌طور صریح به شما داده نشده بود.” او ادامه می‌دهد: “این نشان می‌دهد که ما به بلوک‌های سازنده یادگیری در مغز به روشی دسترسی داریم که قبلاً نداشتیم — برای یادگیری چیزهایی که بسیار پیچیده‌تر هستند، مانند دسته‌های کامل اشیاء، چیزهای بصری پیچیده، یا حتی ممکن است روزی فراتر از آن.”

این مطالعه با حمایت مالی از بنیاد جان تمپلتون، شرکت اینتل و مؤسسات ملی بهداشت انجام شد.