مغز انسان زیر بیهوشی هم کلمات را پردازش می‌کند؛ کشفی تازه که درک ما از آگاهی را به چالش می‌کشد

به گزارش آماج، پژوهشگران دانشکده پزشکی بیلور در آمریکا به شواهدی دست یافته‌اند که نشان می‌دهد مغز انسان حتی در شرایط بیهوشی عمومی نیز ممکن است توانایی پردازش زبان، تشخیص دسته‌های مختلف کلمات و پیش‌بینی واژه‌های بعدی در یک داستان را حفظ کند. این یافته‌ها درک سنتی از رابطه میان آگاهی و پردازش اطلاعات را به چالش می‌کشند و نشان می‌دهند که فعالیت‌های مغز در نبود آگاهی هشیارانه می‌تواند پیچیده‌تر از تصورات پیشین باشد.

این پژوهش که نتایج آن در مجله علمی Nature منتشر شده، می‌تواند به درک بهتر سازوکارهای حافظه، یادگیری و پردازش زبان کمک کند. محققان همچنین معتقدند این یافته‌ها ممکن است در آینده برای توسعه فناوری‌هایی مانند رابط‌های مغز و رایانه و ابزارهای کمکی گفتار اهمیت داشته باشند.

ثبت فعالیت مغز در زمان بیهوشی عمومی

برای بررسی عملکرد مغز در شرایطی که فرد آگاهی هشیارانه ندارد، تیم پژوهشی به سرپرستی دکتر سمیر شث، جراح مغز و اعصاب و استاد دانشکده پزشکی بیلور، فعالیت مغزی بیمارانی را بررسی کرد که برای جراحی صرع تحت بیهوشی عمومی قرار داشتند.

این جراحی‌ها فرصتی کم‌نظیر برای مطالعه مستقیم هیپوکامپ فراهم کردند؛ ساختاری در بخش گیجگاهی مغز که نقش مهمی در یادگیری، سازمان‌دهی اطلاعات و شکل‌گیری خاطرات جدید دارد.

پژوهشگران با استفاده از ابزارهای پیشرفته‌ای به نام پروب‌های Neuropixels، سیگنال‌های الکتریکی صدها نورون را به‌طور هم‌زمان ثبت کردند. این ابزارها امکان بررسی دقیق‌تر واکنش سلول‌های عصبی به صداها و زبان را فراهم می‌کنند؛ حتی زمانی که بیمار بیهوش است و نمی‌تواند تجربه خود را گزارش دهد.

مغز به صداهای غیرمنتظره واکنش نشان داد

در نخستین آزمایش، مجموعه‌ای از صداهای تکراری برای بیماران پخش شد و گاهی صدایی متفاوت میان آن‌ها قرار گرفت. با وجود بیهوشی، نورون‌های هیپوکامپ به صداهای غیرمنتظره واکنش متفاوتی نشان دادند. افزون بر این، با ادامه آزمایش، سلول‌های عصبی در تشخیص صداهای متفاوت عملکرد متمایزتری پیدا کردند.

این تغییر می‌تواند نشانه‌ای از نوعی انعطاف‌پذیری عصبی باشد؛ قابلیتی که به مغز اجازه می‌دهد بر اساس تجربه، پاسخ‌های خود را تغییر دهد. به بیان دیگر، برخی فرایندهای پایه مرتبط با یادگیری ممکن است حتی در غیاب آگاهی هشیارانه نیز فعال باقی بمانند.

البته واکنش نورون‌ها به محرک‌های صوتی به‌تنهایی نشان نمی‌دهد که فرد صداها را آگاهانه شنیده یا معنای آن‌ها را درک کرده است. برای تفسیر نتایج باید میان فعالیت عصبی و تجربه ذهنی تفاوت قائل شد.

پردازش زبان و پیش‌بینی کلمات در مغز بیهوش

در مرحله بعد، پژوهشگران داستان‌های کوتاهی را برای بیماران بیهوش پخش کردند و هم‌زمان فعالیت نورون‌های هیپوکامپ را زیر نظر گرفتند. نتایج نشان داد الگوهای ثبت‌شده فعالیت عصبی حاوی اطلاعاتی درباره دسته‌های مختلف کلمات، از جمله اسم‌ها، فعل‌ها و صفت‌ها بودند.

این موضوع نشان می‌داد که پاسخ مغز صرفاً به شنیدن صدا محدود نبوده و احتمالاً ویژگی‌های معنادار زبان نیز در الگوهای فعالیت عصبی بازتاب پیدا می‌کردند.

یکی از یافته‌های جالب‌تر این بود که سیگنال‌های عصبی حاوی اطلاعاتی درباره کلمات احتمالی بعدی جمله نیز بودند. به عبارت دیگر، فعالیت هیپوکامپ ظاهراً نشان می‌داد که مغز می‌تواند بر اساس بخش‌های شنیده‌شده داستان، درباره ادامه احتمالی آن پیش‌بینی‌هایی انجام دهد.

دکتر شث این نتیجه را نشانه‌ای از توانایی مغز برای پیش‌بینی ادامه روایت، حتی بدون آگاهی هشیارانه، دانسته است. با این حال، این یافته به معنای اثبات درک آگاهانه داستان از سوی بیماران نیست؛ بلکه نشان می‌دهد برخی سازوکارهای عصبی مرتبط با پردازش زبان ممکن است بدون تجربه آگاهانه نیز فعال باشند.

رمزگذاری پیش‌بینانه چیست؟

این توانایی با فرایندی به نام «رمزگذاری پیش‌بینانه» ارتباط دارد. در این رویکرد، مغز صرفاً اطلاعات دریافتی را منفعلانه پردازش نمی‌کند، بلکه با استفاده از تجربه‌های قبلی و الگوهای موجود، درباره رویدادها یا اطلاعات بعدی انتظارهایی شکل می‌دهد.

برای مثال، هنگام شنیدن یک جمله، واژه‌های قبلی می‌توانند احتمال آمدن برخی کلمات را افزایش دهند. پژوهشگران معمولاً چنین توانایی‌هایی را در افراد بیدار و هشیار بررسی کرده‌اند؛ بنابراین مشاهده نشانه‌هایی از این فرایند در زمان بیهوشی، پرسش‌های تازه‌ای درباره وابستگی پردازش اطلاعات به آگاهی ایجاد می‌کند.

دکتر بنجامین هایدن، استاد جراحی مغز و اعصاب در دانشکده پزشکی بیلور، تأکید کرده است که این نوع پردازش پیش‌بینانه معمولاً با بیداری و توجه مرتبط دانسته می‌شود، اما نتایج جدید نشان می‌دهد برخی از سازوکارهای زیربنایی آن ممکن است در شرایط بیهوشی نیز ادامه پیدا کنند.

آیا پردازش اطلاعات به معنای آگاه بودن است؟

یکی از مهم‌ترین پرسش‌هایی که این پژوهش مطرح می‌کند، تفاوت میان فعالیت مغز و تجربه آگاهانه است. آگاهی معمولاً به تجربه ذهنی فرد از شنیدن، فکرکردن و درک محیط اشاره دارد؛ اما مطالعه جدید نشان می‌دهد که برخی فرایندهای عصبی مرتبط با تحلیل زبان و پیش‌بینی اطلاعات ممکن است حتی زمانی ادامه یابند که فرد از محیط اطراف خود آگاهی ندارد.

این یافته به معنای آن نیست که افراد بیهوش داستان‌های پخش‌شده را به‌طور آگاهانه دنبال می‌کنند. احتمال دارد بخش‌هایی از مغز همچنان اطلاعات را پردازش کنند، درحالی‌که ارتباط و هماهنگی گسترده‌تر میان نواحی مغزی که برای تجربه آگاهانه ضروری است، مختل شده باشد.

از این منظر، آگاهی ممکن است تنها به فعال‌بودن یک ناحیه مغزی وابسته نباشد، بلکه به نحوه تبادل و یکپارچه‌شدن اطلاعات در شبکه‌های گسترده‌تر مغز نیز ارتباط داشته باشد. این مطالعه به‌تنهایی چنین توضیحی را اثبات نمی‌کند، اما می‌تواند به بررسی دقیق‌تر این فرضیه کمک کند.

شباهت‌هایی با هوش مصنوعی؛ با یک تفاوت اساسی

این پژوهش از جنبه دیگری نیز توجه‌برانگیز است: توانایی پیش‌بینی کلمات در مغز، یادآور یکی از عملکردهای مدل‌های زبانی بزرگ در هوش مصنوعی است. این مدل‌ها با استفاده از الگوهای آموخته‌شده از داده‌های زبانی، واژه‌ها و بخش‌های بعدی متن را پیش‌بینی می‌کنند.

البته مغز زیستی و سامانه‌های هوش مصنوعی از نظر ساختار و شیوه عملکرد تفاوت‌های بنیادی دارند. شباهت مشاهده‌شده به معنای یکسان‌بودن سازوکارهای آن‌ها یا برخورداری هوش مصنوعی از آگاهی نیست؛ بلکه می‌تواند زمینه‌ای برای مطالعه تطبیقی نحوه پیش‌بینی و پردازش الگوها در سامانه‌های طبیعی و مصنوعی فراهم کند.

کاربردهای احتمالی در فناوری‌های ارتباطی مغز

یکی از کاربردهای احتمالی این یافته‌ها، توسعه رابط‌های مغز و رایانه و ابزارهای کمکی گفتار است. این فناوری‌ها با ثبت و تحلیل سیگنال‌های مغزی تلاش می‌کنند امکان برقراری ارتباط را برای افرادی فراهم کنند که به‌دلیل سکته مغزی، آسیب عصبی یا بیماری‌های دیگر توانایی صحبت‌کردن را از دست داده‌اند.

اگر پژوهشگران بتوانند سیگنال‌های عصبی مرتبط با ویژگی‌های معنادار زبان را با دقت و اطمینان بیشتری شناسایی کنند، شاید در آینده بتوان از این اطلاعات برای بهبود سامانه‌های گفتار مصنوعی یا ابزارهای ارتباطی استفاده کرد.

دکتر ویجی کاتلوویتز، نویسنده اول مقاله و دستیار تخصصی جراحی مغز و اعصاب، این پرسش را مطرح کرده است که آیا می‌توان از چنین سیگنال‌هایی برای توسعه ابزارهای کمکی گفتار در افرادی بهره گرفت که بخش‌هایی از مغزشان بر اثر سکته یا آسیب عصبی دچار اختلال شده است. بااین‌حال، این کاربرد همچنان در حد یک مسیر پژوهشی احتمالی است و به مطالعات بیشتری نیاز دارد.

محدودیت‌های پژوهش و پرسش‌های بی‌پاسخ

با وجود نتایج قابل‌توجه، این مطالعه محدودیت‌هایی دارد. آزمایش‌ها با یک روش مشخص بیهوشی عمومی انجام شده‌اند؛ بنابراین نمی‌توان نتایج را بدون بررسی بیشتر به همه داروهای بیهوشی یا سایر وضعیت‌های کاهش آگاهی تعمیم داد.

همچنین هنوز مشخص نیست که آیا فرایندهای مشابه در هنگام خواب یا کما نیز رخ می‌دهند. این وضعیت‌ها از نظر سازوکارهای مغزی با بیهوشی پزشکی تفاوت دارند و باید جداگانه بررسی شوند.

محدودیت دیگر، تمرکز پژوهش بر هیپوکامپ است. مطالعات آینده باید مشخص کنند که آیا نواحی دیگر مغز نیز در زمان بیهوشی چنین قابلیت‌هایی دارند و ارتباط میان این نواحی چگونه بر پردازش اطلاعات اثر می‌گذارد.

مغز در نبود آگاهی چه می‌کند؟

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که بیهوشی لزوماً به معنای توقف همه فرایندهای پیچیده پردازش اطلاعات در مغز نیست. حتی در نبود آگاهی هشیارانه، ممکن است برخی نورون‌ها به محرک‌های غیرمنتظره واکنش نشان دهند، الگوهای زبانی را بازتاب دهند و اطلاعاتی درباره ادامه احتمالی یک جمله یا داستان رمزگذاری کنند.

بااین‌حال، فعالیت عصبی، پردازش زبان و تجربه آگاهانه سه مفهوم یکسان نیستند. پژوهش‌های بیشتر برای روشن‌شدن رابطه میان آن‌ها ضروری است. این یافته‌ها گامی در جهت درک بهتر فعالیت‌های پنهان مغز به شمار می‌روند، اما هنوز پاسخ نهایی به این پرسش که آگاهی چگونه شکل می‌گیرد، ارائه نمی‌کنند.

برای پیگیری تازه‌ترین یافته‌های علمی درباره مغز، آگاهی و فناوری‌های پزشکی، به آماج مراجعه کنید.