برای دههها دانشمندان تصور میکردند تواناییهای پیشرفته بینایی تقریباً منحصر به پستانداران است. آنها باور داشتند فقط قشرهای مخ بزرگ و چینخورده میتوانند تغییرات مهم محیط را بهطور دقیق تشخیص داده، تفسیر کنند.
اما پژوهش جدیدی نشان میدهد مغز لاکپشتها نیز از سیستم پردازش بینایی شگفتانگیزی برخوردار است. این سیستم میتواند رویدادهای دیداری جدید را حتی زمانی که حرکت سر یا چشم باعث جابهجایی تصویر روی شبکیه میشود تشخیص دهد. چنین یافتهای نشان میدهد تواناییهای کلیدی مغز صدها میلیون سال پیش تکامل یافتهاند.
ریشههای مشترک مغز خزندگان، پستانداران
خزندگان، پستانداران هر دو از نیای مشترکی منشأ گرفتهاند که حدود ۳۲۰ میلیون سال پیش زندگی میکرد. این جانوران اولیه که «آمنیوتها» نام دارند از نخستین مهرهدارانی بودند که زندگی کامل روی خشکی را تجربه کردند.
با انتقال حیات به خشکی، بینایی اهمیت بیشتری پیدا کرد. چشمها پیشرفتهتر شدند، سر آزادی حرکت بیشتری یافت، اطلاعات دیداری بیشتری به پیشمغز رسید؛ بخشی از مغز که با تفکر، حافظه در ارتباط است.
در پستانداران، قشر مخ که لایه بیرونی و مسئول پردازشهای شناختی است بزرگ، پیچیده شد.
در لاکپشتها ناحیهای مشابه به نام قشر پشتی (Dorsal Cortex) کوچکتر، سادهتر باقی ماند. این ناحیه مسئول پردازش اطلاعات بینایی است و بهدلیل آرایش سلولی سهلایهای، ساختاری سادهتر دارد.
با وجود اندازه کوچک، این بخش سیگنالهای بینایی را از ناحیهای انتقالی مشابه تالاموس بینایی دریافت میکند؛ بخشی که پیامهای چشمی را به مغز میفرستد.
همچنین به قشر میانی متصل است که عملکردی شبیه هیپوکامپ دارد؛ ناحیهای مرتبط با حافظه، مسیریابی. این اتصال نشان میدهد پردازش بینایی در لاکپشتها با بهخاطر سپردن مکانها نیز پیوند دارد.
آزمایش پردازش بینایی در مغز لاکپشت
دانشمندان فعالیت عصبی قشر پشتی را در لاکپشتهای بیدار ثبت کردند. حیوانات روی سکوی کوچکی مقابل نمایشگر قرار گرفتند.
در آزمایش، یک مثلث سفید بارها در یک موقعیت ثابت ظاهر شد. گاهی همان مثلث در موقعیتی متفاوت نمایش داده میشد. این روش «طراحی اودبال» نام دارد.
ثبتهای عصبی نشان داد وقتی محرک در موقعیت جدید ظاهر میشود، انفجار شدیدی از فعالیت مغزی رخ میدهد. اما با تکرار موقعیت، پاسخ مغز بهتدریج کاهش مییابد.
چند آزمایش ابتدایی هر جلسه نیز فعالیت بالایی ایجاد کرد؛ الگویی که حساسیت مغز به تازگی را نشان میدهد.
پژوهشگران سپس صحنهای طبیعیتر طراحی کردند. بهجای مثلث، تصویر سر یک لاکپشت روی پسزمینه برکه نمایش داده شد. حتی در این شرایط پیچیده نیز موقعیتهای جدید فعالیت مغزی قویتری ایجاد کردند.
آزمایشهای کنترل با موقعیتهای تصادفی نشان داد این پاسخ صرفاً ناشی از ترجیح یک بخش خاص صفحه نیست.
تشخیص تازگی با وجود حرکت
وقتی لاکپشت سر خود را حرکت میدهد، تصویر روی شبکیه جابهجا میشود. در بسیاری از بخشهای مغز، این جابهجایی میتواند شدت پاسخ نورونی را تغییر دهد.
در این مطالعه، میزان حرکت سر، چشمها با دقت اندازهگیری شد. نتایج نشان داد وقتی شیء جدیدی ظاهر میشود، مغز لاکپشت صرفنظر از جهت نگاه واکنش قوی نشان میدهد.
حرکت چشمها نیز حرکت سر را خنثی نمیکرد تا تصویر در نقطه ثابتی بماند. حتی با تغییر زاویه دید، مغز همچنان شیء جدید را تشخیص میداد.
دیدن یک شیء از زاویه تازه برای نخستین بار، پاسخ فوقالعاده قویتری ایجاد نکرد.
این موضوع نشان میدهد مغز لاکپشت صرفاً به محل افتادن تصویر روی شبکیه واکنش نشان نمیدهد، بلکه «تازگی در محیط» را تشخیص میدهد.
غافلگیریهای کوچک، قویتر از حرکات بزرگ
حرکت سر یا چشم تغییر بزرگی در تصویر شبکیه ایجاد میکند. انتظار میرود مغز به این تغییر واکنش شدید نشان دهد. اما چنین نشد.
زمانی که لاکپشت حرکت میکرد بدون آنکه شیء جدیدی ظاهر شود، فعالیت مغزی پایین باقی ماند.
در مقابل، ظاهر شدن یک شیء کوچک، غیرمنتظره فعالیت مغزی بسیار قویتری ایجاد کرد. یعنی مغز به «غافلگیری» بیش از «حرکت» واکنش نشان داد.
مقایسه سیگنالهای مغزی نشان داد:
- رویدادهای دیداری رایج پاسخ قوی داشتند
- رویدادهای نادر پاسخ قویتر داشتند
- حرکت بهتنهایی پاسخ ضعیفتری ایجاد کرد
این یافته نشان میدهد مغز لاکپشت فقط به حرکت حساس نیست، بلکه به تغییرات مهم محیط توجه میکند.
بازنگری در تکامل قشر مغز
سالها تصور میشد درک بینایی در مغز بهصورت مرحلهای ساخته میشود. در پستانداران، نواحی اولیه بینایی به نقاط دقیق میدان دید پاسخ میدهند.
با انتقال اطلاعات به نواحی عمیقتر، پاسخها انعطافپذیرتر، مستقلتر از موقعیت میشوند.
اما در لاکپشتها وضعیت متفاوت است. قشر پشتی مستقیماً اطلاعات بینایی را دریافت میکند، بااینحال میتواند تازگی را حتی در موقعیتهای مختلف تشخیص دهد.
این یعنی زنجیره طولانی نواحی بینایی مانند پستانداران وجود ندارد.
این یافته فرضیه قدیمی را به چالش میکشد که بینایی انعطافپذیر فقط در نواحی پیشرفته مغز شکل گرفته است. احتمالاً این توانایی بسیار زودتر در تاریخ تکامل حیوانات ایجاد شده است.
پیوند با حافظه، مسیریابی
قشر پشتی ارتباط نزدیکی با قشر میانی دارد؛ ناحیهای مشابه هیپوکامپ در پستانداران.
هیپوکامپ به جانوران کمک میکند مکانها را به خاطر بسپارند، نقشه ذهنی بسازند.
اگر لاکپشت بتواند نشانههای محیطی را از زوایای مختلف تشخیص دهد، میتواند هنگام حرکت نقشه پایداری از محیط حفظ کند. این موضوع مسیریابی را دقیقتر، قابلاعتمادتر میکند.
پاسخ قوی مغز به تازگی شبیه سیگنالی است که در مغز پستانداران هنگام رخداد غیرمنتظره دیده میشود.
این سیگنال زمانی ایجاد میشود که واقعیت با پیشبینی مغز همخوانی ندارد. بهبیان ساده، مغز آنچه انتظار دارد ببیند را با آنچه واقعاً میبیند مقایسه میکند. اختلاف میان این دو، واکنش قوی ایجاد میکند.
این فرایند به ساخت، بهروزرسانی تصویر درونی از جهان کمک میکند.
پنجرهای به اعماق زمان تکامل
مغز کوچک لاکپشت پنجرهای ارزشمند به کارکردهای اولیه قشر مغز ارائه میدهد. حتی بدون قشر بزرگ، چینخورده، قشر پشتی میتواند رویدادهای جدید را مستقل از موقعیت شبکیه تشخیص دهد.
این توانایی احتمالاً سنگبنای تکامل قشر مغز بوده است.
نتایج نشان میدهد محاسبات عصبی لازم برای تشخیص تغییرات مهم محیط، بسیار پیش از ظهور پستانداران وجود داشته است.
به بیان دیگر، پردازش پیشرفته بینایی ناگهان در مغزهای مدرن بزرگ ظاهر نشد، بلکه ریشه آن به نیاکان باستانی بازمیگردد که نخستین گامها را روی خشکی برداشتند.
این پژوهش در نشریه علمی Science Advances منتشر شده است.
جمعبندی
مطالعه مغز لاکپشتها نشان میدهد پردازش پیشرفته بینایی قدمتی صدها میلیون ساله دارد، توانایی تشخیص تازگی محیط بسیار زودتر از تصور دانشمندان تکامل یافته است.
نظر شما درباره تواناییهای شناختی خزندگان چیست؟ دیدگاه خود را بنویسید، این مقاله را با علاقهمندان علم به اشتراک بگذارید.
