دانشمندان مدت‌هاست که نواحی جداگانه‌ای در مغز را برای بینایی، شنوایی، لامسه، چشایی و بویایی شناسایی کرده‌اند. اما پژوهشی تازه نشان می‌دهد وقتی به‌طور دقیق بر یکی از این حواس تمرکز می‌کنیم، سیگنال‌های مغزی همگی به دو ساختار عمیق در مغز می‌رسند: ساختار شبکه‌ای ساقه مغز (Reticular Formation) و تالاموس مرکزی.
این کشف نشان‌دهنده وجود یک مسیر عصبی مشترک برای تمرکز و بیداری ذهن است؛ مسیری که می‌تواند الهام‌بخش روش‌های درمانی برای کما، صرع و اختلالات نقص توجه باشد.
یکی شدن حواس در یک ناحیه مغزی
تجربه حسی و فعالیت مغزی
تحقیقات یک قرن گذشته نشان داده‌اند که صحنه‌های بصری قشر پس‌سری (Occipital Cortex) را فعال می‌کنند، صداها لوب‌های گیجگاهی (Temporal Lobes) را روشن می‌کنند و به همین ترتیب، هر حس در ناحیه خاصی از مغز پردازش می‌شود.
«ما انتظار داشتیم فعالیت را در شبکه‌های مشترک ببینیم، اما اینکه تمام حواس در حالی که فرد روی آن تمرکز دارد، ناحیه‌های مرکزی یکسانی را فعال کنند، واقعاً شگفت‌انگیز بود.»
— آیا خلف، پژوهشگر نورولوژی در دانشکده پزشکی ییل و نویسنده اصلی مقاله
زیرساخت بیداری مغز
دو ناحیه‌ای که فعال می‌شوند، شامل ساختار شبکه‌ای ساقه مغز و هسته‌های درون‌لایه‌ای و میانی-پشتی تالاموس هستند. این نواحی بخشی از سامانه تحریک زیرقشری (subcortical arousal system) به شمار می‌روند. پیش‌تر، این سامانه با هوشیاری و بیداری ذهن در بیماران کما یا تشنج‌های غیاب مرتبط شده بود.
اما اغلب پژوهش‌ها تنها به یک نوع محرک می‌پرداختند؛ مثلاً فقط نور چشمک‌زن یا صداهای کوتاه. پژوهشگران ییل پرسش گسترده‌تری مطرح کردند: آیا حواس مختلف هنگام تمرکز آگاهانه، از مدارهای عصبی بیداری مشترک استفاده می‌کنند؟
داده‌کاوی در مقیاس عظیم
بررسی داده‌های MRI
برای پاسخ به این پرسش، تیم پژوهشی از پروژه عمومی Human Connectome و منابع دیگر استفاده کرد و تصاویر fMRI بیش از ۱۵۰۰ بزرگسال سالم را تحلیل کرد.
وظایف حسی متنوع
در ۱۱ وظیفه حسی مختلف، شرکت‌کنندگان اشکال متحرک را مشاهده کردند، داستان‌های صوتی گوش دادند، مایعات را مزه کردند یا بادهایی روی انگشتان خود احساس کردند. هر وظیفه شامل نشانه‌هایی ناگهانی برای تغییر تمرکز بود، مانند تغییر جهت ناگهانی تصویر یا صدای غیرمنتظره در میان نویز سفید.
نتایج مشخص
در هر حوزه حسی، زمانی که یک نشانه به تمرکز سریع نیاز داشت، سیگنال‌های اکسیژن خون در ساختار شبکه‌ای و تالاموس مرکزی افزایش چشمگیری یافتند. این افزایش هنگام تحریک غیرفعال مشاهده نشد یا بسیار کم بود. این موضوع اهمیت مشارکت فعال ذهن را نشان می‌دهد.
هوشیاری در مغز: چرا همه حواس به یک نقطه می‌رسند؟
فرضیه “سیگنال بیداری”
پژوهشگران معتقدند ساختار شبکه‌ای ساقه مغز، تغییرات ناگهانی حسی را تشخیص می‌دهد و یک سیگنال بیداری به تالاموس می‌فرستد. تالاموس نیز این سیگنال را به نواحی گسترده‌ای از قشر مغز منتقل می‌کند.
این پالس، ریتم‌های مغزی را هم‌زمان کرده و مغز را برای دریافت اطلاعات جدید آماده می‌سازد. این فرضیه با مطالعات کلاسیک حیوانی نیز همخوانی دارد؛ مطالعاتی که نشان دادند تحریک الکتریکی ساختار شبکه‌ای باعث بیداری رفتاری و کاهش هم‌زمانی قشر مغز می‌شود، در حالی که آسیب به این ناحیه منجر به حالت نیمه‌بیهوشی می‌شود.
«این یافته نشان می‌دهد این ناحیه چقدر برای بازگرداندن هوشیاری اهمیت دارد.»
— آیا خلف
«این کار همچنین به ما کمک کرده بفهمیم مغز در حالت طبیعی چگونه عمل می‌کند. گامی مهم در درک هوشیاری است.»
— هال بلومنفلد، نویسنده ارشد مقاله
کاربردهای درمانی: از بیداری مغز تا بهبود تمرکز
درمان اختلالات گوناگون
از آنجا که این نواحی مغزی بدون توجه به نوع حس فعال می‌شوند، درمان‌هایی که آن‌ها را هدف قرار دهند می‌توانند طیف متنوعی از اختلالات را بهبود بخشند:
- داروهای تقویت‌کننده انتقال عصبی در تالاموس: مفید برای بهبود تمرکز در اختلال نقص توجه
- کاهش فعالیت بیش‌از‌حد مدار بیداری: مفید برای درمان بی‌خوابی
- تحریک تالاموس با اولتراسوند یا الکترود عمیق: برای بیماران دارای اختلالات هوشیاری
در صورتی که تمرکز، تالاموس را برای فعال‌سازی قشر مغز تحریک می‌کند، تحریک مستقیم تالاموس می‌تواند بیماران نیمه‌هوشیار را بیدار کند.
بازنگری در توانبخشی حسی
فراتر رفتن از تمرینات حسی سنتی
این کشف، برنامه‌های توانبخشی حسی سنتی را که فقط بر یک حس تمرکز دارند به چالش می‌کشد. برای مثال:
- بازتوانی بینایی پس از سکته مغزی می‌تواند با افزودن نشانه‌های لمسی یا شنوایی، مدار مشترک بیداری را فعال‌تر کند.
- درمان‌های واقعیت مجازی با شگفتی‌های چندحسی می‌توانند کنترل توجه را به شکل مؤثرتری تقویت کنند.
مسیرهای آینده پژوهش
بررسی دقیق‌تر زمان‌بندی و فرکانس‌ها
تیم ییل قصد دارد با استفاده از مگنتوانسفالوگرافی (MEG) که دقت زمانی در حد میلی‌ثانیه دارد، زمان دقیق فعال‌سازی این نواحی را مشخص کند. آن‌ها همچنین قصد دارند بررسی کنند که کدام باندهای فرکانسی (گاما یا آلفا) مسئول انتقال پیام بیداری هستند.
مقایسه بیماران با افراد سالم
در ادامه، واکنش افراد سالم با بیماران دارای نقص توجه یا افرادی که تازه از بیهوشی خارج شده‌اند مقایسه خواهد شد. اگر مشخص شود که سیگنال تالاموسی در این بیماران ضعیف یا دیررس است، می‌توان از آن به عنوان نشانگر زیستی برای هوشیاری مختل‌شده استفاده کرد.
نتیجه‌گیری: مغز و دروازه مشترک حواس
در حال حاضر، این پژوهش نشان می‌دهد که ساختار شبکه‌ای ساقه مغز و تالاموس مرکزی به‌عنوان ایستگاه مرکزی ورود آگاهانه حواس عمل می‌کنند – حداقل در زمان تمرکز ذهنی.
با تأکید بر این که «همه حواس ناحیه‌های مرکزی یکسانی را فعال می‌کنند»، این تحقیق نشان می‌دهد که هوشیاری تنها به نقشه‌های قشری خاص وابسته نیست، بلکه به یک دروازه مشترک در اعماق مغز نیز وابسته است.
درمان‌هایی که این دروازه را هدف قرار می‌دهند، ممکن است در آینده به بازگرداندن آگاهی یا افزایش تمرکز ذهنی کمک کنند.
این مطالعه در نشریه NeuroImage منتشر شده است.
