كيف يعيد الدماغ توظيف الخلايا العصبية بين الذاكرة والخطة؟

تشير دراسة أجراها باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وجامعة برينستون إلى أن الدماغ لا يحتاج بالضرورة إلى تخصيص مجموعة منفصلة من الخلايا العصبية لكل نوع من المعلومات. فبعض مجموعات الخلايا في القشرة الجبهية الأمامية تبدو أشبه بوحدات قابلة لإعادة الاستخدام في الذاكرة العاملة؛ إذ يمكن للمجموعة نفسها أن تحفظ منبهًا حسيًا في موقف، ثم تُستخدم لاحقًا للاحتفاظ بخطة تنفيذ أو استجابة.

ماذا أظهرت تجارب الفئران؟

أدّت الفئران مهمة تُعرف باسم «المطابقة المؤجلة للعينة مع الإبلاغ المؤجل». سُمعت الفئران نغمة مرتفعة أو منخفضة، وكان عليها الاحتفاظ بالنغمة الأولى، ثم مقارنتها بنغمة ثانية، وبعد ذلك الاحتفاظ بالقرار أو خطة الفعل حتى لحظة الاستجابة. وسجّل الباحثون نشاط آلاف الخلايا العصبية في القشرة الجبهية الإنسية والقشرة الجدارية الخلفية.

وأظهر تحليل مجموعات النشاط العصبي وجود «مساحات فرعية» قابلة لإعادة الاستخدام، ترتبط بمعالجة المنبهات والحفاظ على المعلومات في الذاكرة.

الأهم أن مجموعات في القشرة الجبهية الأمامية حافظت على الذاكرة الحسية خلال فترة الانتظار الأولى، ثم أمكن توظيفها للحفاظ على خطة الفعل خلال فترة الانتظار التالية. ويشير ذلك إلى أن الدارة العصبية نفسها قد تنفذ العملية الحسابية ذاتها، لكن على محتوى مختلف.

في المقابل، بدت مجموعات القشرة الجدارية أكثر تخصصًا؛ إذ ساهمت بصورة أكثر ثباتًا في أنواع محددة من المعلومات، ولم تبدّل أدوارها بالطريقة نفسها. ويطرح هذا فرقًا محتملًا في توزيع العمل بين مناطق الدماغ: مرونة أكبر وإعادة استخدام في القشرة الجبهية، مقابل تخصص نسبي في القشرة الجدارية.

ماذا أضافت الشبكات العصبية الاصطناعية؟

درّب الباحثون شبكات عصبية متكررة على متطلبات مشابهة للمهمة، فطوّرت هذه النماذج بدورها تنظيمًا معياريًا قابلًا لإعادة الاستخدام. وعندما عُطّلت مجموعات محددة في النموذج، تضررت عمليات حسابية معينة، ما يدعم فكرة أن هذا التنظيم قد يكون حلًا مفيدًا من الناحية الحسابية، وليس مجرد سمة خاصة بالفئران التي خضعت للتسجيل.

«لبنات معرفية» تعيد تركيب السلوك

تُشبه هذه الفكرة أحيانًا بقطع البناء أو «ليغو معرفي»: مكونات صغيرة يمكن جمعها وإعادة جمعها لبناء مهام وسلوكيات متعددة من مورد عصبي محدود.

وقد تمنح هذه البنية الدماغ كفاءة أكبر في التعلم. فبدل أن يتعلم كل مهمة جديدة من الصفر، يمكنه إعادة استخدام عمليات سبق اكتسابها، ثم تغيير طريقة تركيبها أو نوع المعلومات التي تحملها.

كما قد تفسر هذه الآلية جانبًا من المرونة الإدراكية، مثل الانتقال السريع بين المهام والقواعد والذكريات والخطط. وهي تقدم أيضًا فكرة تصميمية لأنظمة الذكاء الاصطناعي، التي قد تحتاج في كثير من الحالات إلى تدريب واسع من جديد عند تعلم مهام مرتبطة، وقد تواجه مشكلة فقدان المهارات السابقة.

لكن النتائج لا تثبت آلية مكتملة للتفكير المرن الشبيه بالتفكير البشري. فالأدلة المستخلصة من الفئران ارتباطية في الأساس؛ أي إنها تكشف أنماط نشاط تتفق مع إعادة توظيف المجموعات العصبية، لكنها لا تثبت أن مجموعة بعينها تتسبب وحدها في السلوك.

ما الخطوة التالية؟ اختبارات سببية

يعتزم الباحثون إجراء تجارب سببية تتضمن التأثير بصورة انتقائية في مجموعات محددة من خلايا القشرة الجبهية الأمامية خلال فترات مختلفة من المهمة. وسيختبرون بذلك ما إذا كانت مساهمة المجموعة نفسها تنتقل فعلًا من الحفاظ على الذاكرة الحسية إلى الحفاظ على خطة الفعل.

والتوقع الأساسي هو أن تعطيل المجموعة نفسها قد يسبب خللًا في وظيفة معلوماتية مختلفة بحسب توقيت التدخل: فقد يؤثر في الذاكرة الحسية إذا حدث خلال فترة الانتظار الأولى، وفي خطة الفعل إذا حدث خلال الفترة اللاحقة. ولا تتضمن الأدلة المتاحة تفاصيل كافية لتحديد طريقة التدخل الدقيقة أو الجدول الزمني لهذه التجارب.

ماذا عن تمويل البحث؟

لا تقدم المصادر المتاحة دليلًا كافيًا لتحديد الجهة التي موّلت هذه الدراسة المشتركة بين MIT وبرينستون. أما بيان التمويل المنشور من برينستون، والذي يذكر مكتب مدير الاستخبارات الوطنية الأميركي والمعاهد الوطنية للصحة، فيتعلق بمشروع منفصل لرسم شبكة اتصالات عصبية لدى الفئران، ولا ينبغي نسبته إلى هذا البحث.