اكتشاف آلية رسم الدماغ لخرائط المكان أثناء النوم

يعتمد نظام الملاحة في دماغ الإنسان على ما يسمى بـ"خلايا المكان" في الحُصين.

وقال ويي غو الأستاذ في قسم علوم الدماغ والإدراك في المعهد: "دعونا نفترض أنك زرت مكانا جديدا، في اليوم الأول، لا يدرك الدماغ المكان الذي وصلت إليه بشكل جيد لأن الخلايا العصبية تتذكر مواقع معينة فقط. ولكن بحلول اليوم الخامس، فإنها تكون جاهزة لتشكيل خريطة. وإذا كنت بحاجة إلى خريطة، فيجب أن تعمل جميع هذه الخلايا العصبية معا في مجموعة متناسقة".

وقد وضع العلماء الفئران في متاهات للبحث بدون تحفيزها بمكافأة. ثم راقبوا نشاط الخلايا في منطقة CA1 من الحُصين، معتمدين على ومضات ناتجة عن تراكم أيونات الكالسيوم. ويتم تسجيل ومضات خلايا المكان أثناء التجوال، وأيضا أثناء إعادة تمثيلها في النوم.

وبدأ نشاط هذه الخلايا يتطور على الفور وبقي مرتفعا بشكل ثابت خلال الأيام التالية. لكن النشاط بحد ذاته لا يعطي تفسيرا للعمليات المعقدة التي تحدث.

ودرس العلماء التفاعلات بين الخلايا العصبية الفردية باستخدام خوارزميات أبعاد البيانات، وحددوا بينها خلايا "ضعيفة الارتباط بالمكان"، والتي لا يرتبط نشاطها بذكريات موقع معين، بل بأنماط نشاط الخلايا الأخرى في الشبكة.

وقال الأستاذ غو:"في الأيام القليلة الأولى بعد زيارة المكان الجديد، يتم تشكيل خريطة إدراكية في الحُصين، وهي خريطة وهمية، وليست تخطيطية".

وأضاف ماثيو ويلسون رئيس المختبر الذي أجرى التجارب: "تضاف إلى تلك الخريطة ذكريات مرتبطة بالمكان. وهذه خصائص مميزة يمكن أن تكون بمثابة علامات مرجعية، وليس من المعروف الآن ما هي المعلومات بالضبط التي تبقى على الخريطة الذهنية لأن الفئران في هذه الدراسة تجولت في متاهات خالية من المعالم".

لكن تم الإثبات أن رسم الخرائط الذهنية يتطلب النوم بالضرورة، ومن أجل تأكيد هذا الأمر أراد علماء الأعصاب معرفة كيف يبني الدماغ خرائط للمكان أثناء النوم. واتضح أن الفئران كانت "تتدرب" في أحلامها على استكشافاتها الأخيرة وتحسين ذكرياتها عنها.

في وقت لاحق، كرر الباحثون التجربة مع إدخال تعديلات بسيطة على الشروط. وهذه المرة، كانت الفئران تكتشف متاهة جديدة مرتين في اليوم مع فترة راحة مدتها ثلاث ساعات بين المحاولتين. وسُمح لبعض الفئران بالنوم، بينما حُرِمَت أخرى. ونتيجة لذلك، تعمقت المفاهيم العامة لدى المجموعة الأولى عن المكان الجديد، بينما لم تُلاحظ تحسينات كبيرة لدى المجموعة الثانية.

ويبدو أن النوم يساعد خلايا الدماغ على "ضبط" نفسها بشكل أفضل لتعلم الأماكن الجديدة. ويعتزم علماء الأعصاب الآن إجراء المزيد من الأبحاث باستخدام متاهات أكثر تعقيدا وتفصيلا.