فعالیت‌های مرموز مغز در بیهوشی، دانش ما درباره هوشیاری را به چالش می‌کشد

حتی زمانی که فردی تحت بیهوشی عمومی کاملاً ناخودآگاه است، مغز او ممکن است همچنان کاری شگفت‌انگیز انجام دهد: پردازش زبان، تشخیص الگوها و حتی پیش‌بینی کلمات بعدی.

پژوهشگران کالج پزشکی بیلور کشف کرده‌اند که مغز در طول بیهوشی، علیرغم فقدان آگاهی هوشیارانه، توانایی‌های پیچیده و شگفت‌انگیزی را حفظ می‌کند. این یافته‌ها که در مجله نیچر منتشر شده‌اند، فرضیات سنتی درباره رابطه بین هوشیاری و تفکر را به چالش می‌کشند. همچنین این نتایج می‌توانند دیدگاه‌های جدیدی درباره نحوه پردازش خاطرات و زبان توسط مغز ارائه دهند و منجر به پیشرفت در فناوری‌هایی شوند که به افراد کمک می‌کنند پس از آسیب‌های عصبی ارتباط برقرار کنند.

«یافته‌های ما نشان می‌دهد که مغز در حالت ناخودآگاهی بسیار فعال‌تر و توانمندتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد، عمل می‌کند»، دکتر سمیر شت، استاد و صاحب کرسی بنیاد کالن در جراحی مغز و اعصاب و محقق مک‌نیر در کالج پزشکی بیلور اظهار داشت. «حتی زمانی که بیماران کاملاً بیهوش هستند، مغز آن‌ها همچنان به تحلیل جهان اطراف ادامه می‌دهد.»

برای بررسی آنچه در مغز ناخودآگاه رخ می‌دهد، شت که جراح مغز و اعصاب در مرکز پزشکی سنت لوک بیلور نیز هست، و همکارانش بیماران تحت جراحی صرع را در حالی که زیر بیهوشی عمومی بودند، مطالعه کردند.

این روش‌ها فرصتی غیرمعمول برای بررسی هیپوکامپ فراهم کرد؛ ساختاری در مغز که نقش عمیقی در یادگیری و حافظه دارد. هیپوکامپ که در لوب گیجگاهی مغز قرار گرفته است، به سازماندهی اطلاعات کمک می‌کند و نقش مهمی در تشکیل خاطرات جدید ایفا می‌کند.

پژوهشگران از دستگاه‌های ثبت پیشرفته‌ای به نام پروب‌های نوروپیکسل (Neuropixels) برای پایش سیگنال‌های الکتریکی از صدها نورون منفرد در هیپوکامپ استفاده کردند. این پروب‌های کوچک می‌توانند فعالیت بسیاری از سلول‌های عصبی را همزمان شناسایی کنند و تصویری دقیق از نحوه پاسخ گروه‌های نرونی به اطلاعات ارائه دهند.

به گفته پژوهشگران، این فناوری قبلاً برای بررسی این ناحیه خاص از مغز به این شیوه استفاده نشده بود. این امر به تیم امکان داد تا بررسی کند هیپوکامپ چگونه به صداها و زبان پاسخ می‌دهد، در حالی که بیماران ناخودآگاه هستند و قادر به گزارش تجربیات خود نیستند.

در اولین آزمایش، مجموعه‌ای از تون‌های تکرارشونده پخش شد که گاهی اوقات با صدایی متفاوت از سایرین قطع می‌شد.

علی‌رغم بیهوشی بودن بیماران، نورون‌های هیپوکامپ آن‌ها به صداهای غیرمنتظره پاسخ متفاوتی نشان دادند. حتی شگفت‌انگیزتر اینکه، سلول‌های مغزی با ادامه یافتن آزمایش، در تمایز این تون‌های غیرعادی بهتر شدند.

این بهبود نشان می‌داد که هیپوکامپ علائم پلاستیسیته عصبی (توانایی مغز برای تغییر پاسخ‌ها از طریق تجربه) را از خود بروز می‌دهد. به عبارت دیگر، برخی از فرآیندهای پایه مرتبط با یادگیری حتی بدون آگاهی هوشیارانه نیز فعال به نظر می‌رسیدند.

سپس پژوهشگران بررسی کردند که آیا مغز ناخودآگاه می‌تواند چیزی پیچیده‌تر از صداهای ساده را مدیریت کند یا خیر.

آن‌ها داستان‌های کوتاهی را برای بیماران بیهوش پخش کردند و همزمان فعالیت نورون‌های هیپوکامپ را ثبت نمودند.

نتایج سطح شگفت‌انگیزی از پردازش زبان را آشکار کرد. الگوهای متمایز فعالیت عصبی حاوی اطلاعاتی درباره دسته‌بندی‌های مختلف کلمات، از جمله اسم، فعل و صفت بود. این موضوع پیشنهاد می‌کرد که هیپوکامپ به ویژگی‌های معنادار زبان پاسخ می‌دهد، نه صرفاً تشخیص وقوع صداها.

اما جذاب‌ترین کشف یک قدم فراتر رفت.

پژوهشگران دریافتند که فعالیت عصبی همچنین حاوی اطلاعاتی بود که می‌توانست برای پیش‌بینی کلمات بعدی در جمله استفاده شود. اگرچه بیماران ناخودآگاه بودند، مغز آن‌ها به نظر می‌رسید که ادامه زبان در حال شکل‌گیری اطرافشان را پیش‌بینی می‌کند.

«مغز به نظر می‌رسد که آنچه بعداً در داستان خواهد آمد را حتی بدون آگاهی هوشیارانه پیش‌بینی می‌کند»، شت که مدیر آزمایشگاه‌های بنیاد تحقیقات نورولوژی کودکان گوردون و مری کین در مؤسسه تحقیقات نورولوژیک دانکن در بیمارستان کودکان تگزاس نیز هست، گفت.

این توانایی مرتبط با فرآیندی به نام کدگذاری پیش‌بینانه است. مغز به جای دریافت منفعلانه اطلاعات، به طور مداوم از الگوها و تجربیات قبلی برای پیش‌بینی آنچه ممکن است بعداً اتفاق بیفتد، استفاده می‌کند. برای مثال، هنگام گوش دادن به صحبت کسی، مغز می‌تواند از کلمات شنیده شده انتظاراتی درباره آنچه احتمالاً بعداً خواهد آمد، ایجاد کند.

دانشمندان معمولاً این نوع پیش‌بینی پیچیده را در افرادی که هوشیار و توجه دارند مطالعه کرده‌اند. یافتن شواهدی از آن در طول بیهوشی عمومی نشان می‌دهد که حداقل برخی از فرآیندهای عصبی زیربنایی می‌توانند مستقل از آگاهی هوشیارانه عمل کنند.

«این نوع کدگذاری پیش‌بینانه چیزی است که ما آن را با هوشیاری و توجه مرتبط می‌دانیم، اما اینجا در حالت ناخودآگاهی در حال رخ دادن است»، دکتر بنجامین هایدن، استاد جراحی مغز و اعصاب در کالج پزشکی بیلور اظهار داشت.

این یافته‌ها پرسش‌های مهمی را درباره آنچه هوشیاری واقعاً به توانایی مغز برای پردازش اطلاعات اضافه می‌کند، مطرح می‌سازند.

هوشیاری معمولاً با آگاهی ذهنی مرتبط است، شامل تجربه شنیدن، فکر کردن و درک جهان اطراف ما. با این حال، این مطالعه نشان می‌دهد که برخی فرآیندهای عصبی دخیل در تفسیر زبان و پیش‌بینی اطلاعات آینده می‌توانند حتی در غیاب آن آگاهی ادامه یابند.

این لزوماً به این معنا نیست که بیماران بیهوش شده داستان‌های پخش شده برای آن‌ها را به صورت هوشیارانه درک کرده‌اند. بلکه نشان می‌دهد که مغز می‌تواند جنبه‌های پیچیده‌ای از پردازش زبان را بدون اینکه فرد از انجام آن آگاه باشد، انجام دهد.

این تمایز می‌تواند به پژوهشگران کمک کند تا بهتر بفهمند هوشیاری چگونه پدیدار می‌شود.

یکی از احتمالات این است که آگاهی نه تنها به فعال ماندن نواحی منفرد مغز بستگی دارد، بلکه به هماهنگی و اشتراک‌گذاری اطلاعات در شبکه‌های بزرگ‌تر نواحی مغزی وابسته است.

بر اساس این دیدگاه، ساختاری مانند هیپوکامپ ممکن است به تحلیل اطلاعات ادامه دهد، حتی زمانی که ارتباط گسترده‌تر بین نواحی مغزی مورد نیاز برای تجربه هوشیاری مختل شده است.

این کشف همچنین شباهت جذابی بین فعالیت مغز انسان و هوش مصنوعی (AI) را برجسته می‌کند.

مدل‌های زبانی بزرگ، فناوری پشت بسیاری از چت‌بات‌های مدرن هوش مصنوعی، متن را با استفاده از الگوهای یاد گرفته شده از حجم عظیمی از داده‌های زبانی تولید می‌کنند تا آنچه باید بعداً بیاید را پیش‌بینی نمایند.

پژوهشگران توانایی پیش‌بینی مشابهی را در هیپوکامپ مشاهده کردند، جایی که سیگنال‌های عصبی حتی در طول ناخودآگاهی اطلاعاتی درباره کلمات بعدی را بازتاب می‌دادند.

اگرچه مغزهای بیولوژیکی و مدل‌های هوش مصنوعی به روش‌های بنیادین متفاوتی عمل می‌کنند، هر دو می‌توانند از الگوهای زبانی برای پیش‌بینی اطلاعات آینده استفاده کنند. مطالعه این شباهت‌ها ممکن است به دانشمندان کمک کند تا بهتر بفهمند پیش‌بینی در سیستم‌های طبیعی و مصنوعی چگونه کار می‌کند.

این یافته‌ها همچنین می‌توانند پیامدهای عملی برای رابط‌های مغز و کامپیوتر داشته باشند که از سیگنال‌های ثبت شده از مغز برای ارتباط با دستگاه‌های خارجی استفاده می‌کنند.

یکی از کاربردهای بالقوه شامل پروتزهای گفتاری است؛ فناوری‌هایی طراحی شده برای کمک به افراد جهت برقراری ارتباط زمانی که آسیب‌ها یا شرایط عصبی توانایی صحبت کردن آن‌ها را مختل کرده است.

اگر دانشمندان بتوانند سیگنال‌های زبانی معنادار را به طور قابل اعتماد در مغز شناسایی کنند، آن سیگنال‌ها ممکن است در نهایت برای حمایت از فناوری‌های ارتباطی برای بیمارانی که توانایی گفتار خود را از دست داده‌اند، استفاده شوند.

«آیا می‌توانیم از این سیگنال‌ها برای استقرار و اجرای یک پروتز گفتاری برای برخی از بخش‌های مغز که توسط سکته یا آسیب آسیب دیده‌اند، استفاده کنیم؟ این‌ها سؤالاتی هستند که اکنون می‌توانیم در رابطه با این بخش از مغز در نظر بگیریم»، دکتر ویگی کتلویتز، نویسنده اول و متخصص مقیم جراحی مغز و اعصاب در کالج پزشکی بیلور گفت.

علی‌رغم نتایج چشمگیر، پژوهشگران تأکید می‌کنند که چندین سؤال بی‌پاسخ باقی مانده است.

آزمایش‌ها تحت یک نوع خاص از بیهوشی عمومی انجام شدند، بنابراین نمی‌توان یافته‌ها را به طور خودکار به سایر روش‌های بیهوشی یا حالات ناخودآگاهی تعمیم داد.

همچنین مشخص نیست که آیا پردازش زبان مشابهی در طول خواب یا کما رخ می‌دهد؛ دو حالت که تفاوت‌های قابل توجهی با ناخودآگاهی القاء شده پزشکی دارند.

یک محدودیت مهم دیگر این است که پژوهشگران بر هیپوکامپ تمرکز کردند. مطالعات بیشتری لازم است تا تعیین شود آیا توانایی‌های مشابهی در سایر نواحی مغز باقی می‌مانند و این نواحی چگونه در غیاب هوشیاری با یکدیگر تعامل می‌کنند.

با این حال، نتایج شواهد قانع‌کننده‌ای ارائه می‌دهند که ناخودآگاهی لزوماً به این معنا نیست که مغز پردازش اطلاعات پیچیده را متوقف کرده است.

در عوض، مغز ممکن است به تحلیل الگوها، پاسخ به رویدادهای غیرمنتظره و پیش‌بینی زبان ادامه دهد، حتی زمانی که فرد هیچ آگاهی هوشیارانه‌ای از جهان اطراف ندارد.

«این کار ما را وادار می‌کند تا دوباره فکر کنیم که هوشیاری بودن چه معنایی دارد»، شت گفت. «مغز در پشت صحنه کارهای بسیار بیشتری انجام می‌دهد تا آنچه ما کاملاً درک می‌کنیم.»