اسرار حیرت‌آور مغز چه می‌تواند باشد؟

در این گزارش، به لیتوانی، اتریش و فرانسه سفر می‌کنیم تا باهم نظری به آخرین پژوهش‌هایی بیاندازیم که در اروپا درباره مغز انجام می‌شود.

در نمایشگاهی در شهر بوردو در فرانسه، کودکان با اسرار مغز آشنا می‌شوند؛ هدف از برگزاری این نمایشگاه این است تا نشان داده شود چگونه پژوهشگران اروپایی تلاش می‌کنند تا پرده از ژرف‌ترین اسرار مغز و ظرفیت‌های حیرت‌آور آن بردارند.

این نمایشگاه «سروراما» (Cervorama) نام دارد و از دوم ماه مارس سال 2013 میلادی تا پنجم ماه ژانویه سال 2014 در شهر بوردو فرانسه برگزار می‌شود.

ونسان ژووانو، سرپرست نمایشگاه «سروامارا» گفت: «تکامل، منجر به خلق مغزهای بسیار متفاوت، با قابلیت‌های مختلف در حیوانات شده است؛ در انسان نیز مغز هرکس با دیگری فرق می‌کند. بسته به اینکه چه تجربه‌هایی را در زندگی از سر گذرانده‌ایم، مغزمان را چه طور به کار ببریم و همچنین بسته به اندوخته دانشمان، کارکردهای شناختی ِمغزمان بیشتر یا کمتر خواهد بود. همین قابلیتِ انعطافِ مغز است که آن را تبدیل به عضوی منحصر به فرد می‌کند، عضوی که مطابق با خصوصیت‌های هر فرد شکل می‌گیرد».

ونسان ژووانو، در ادامه درباره نوآوری‌های علمی برای مطالعه بر روی مغز گفت: «در گذشته تنها می‌توانستیم مغز را در جسد کسانی که می‌مردند، طی کالبد شکافی یا پس از آن بررسی کنیم؛ امروز به کمک تصویرسازیِ پزشکی می‌توانیم به مشاهده مغز در حال کار بپردازیم. این نوآوری‌های علمی به ما امکان می‌دهد بفهمیم مغزمان چگونه کار می‌کند».

سرپرست نمایشگاه «سروامارا» افزود: «واضح است که همه می‌ترسند به این اندام شکننده و ظریف انسان دست بزنند؛ جراحی مغز مانند جراحی آپاندیس نیست که بدون ضرر باشد. کارکردن روی مغز هنوز نگرانی‌های فراوان به همراه دارد».

در بیمارستان دانشگاه «ویلنیویس»، واقع درشهر ویلنیویس، پایتخت لیتوانی، آزمونی بی سابقه انجام می‌شود.

در اینجا به بیمارانی که ضربه مغزی شده‌اند، عینک‌هایی عجیب و پلاستیکی داده می‌شود که فشار روی بافت‌های مغزشان را اندازه می‌گیرد.

هدف از این اندازه‌گیری این است تا ببینیم آیا خطر آسیب بیشتر به مغز بیمار وجود دارد؟. تاکنون این نوع اندازه‌گیری نیاز به سوراخ کردن جمجمه داشت که عملی خطرناک و پرهزینه است؛ هزینه و خطرات این عمل باعث می‌شود هر ساله بیش از یک میلیون اروپایی که آسیب مغزی دیده‌اند، معاینه دقیق نشوند اما این وضعیت به زودی تغییر خواهد کرد.

سائولیوس روکا، جراح مغز و اعصاب این بیمارستان گفت: «این مجموعه سخت‌افزارها و نرم‌افزارها به ما جراحان اعصاب امکان می‌دهد تا بدون این که وارد بدن بیمار شویم بدانیم در مغز او چه رخ می‌دهد؛ اندازه‌گیری‌هایی که باید برای انجام شان جراحی انجام داد، این روزها در جراحی مغز و اعصاب عادی است اما مثلا نمی‌توانید روی بیماری که به هوش است، این اندازه‌گیری‌ها را انجام دهید. این تجهیزات ما را قادر می‌کند فشار بین مغز و جمجمه را با دقت بیشتر و خطر کمتری برای بیمار اندازه بگیریم».

این طرح «سلامت مغز» نام دارد و مجموعه سخت‌افزار و نرم افزار آن بر اساس فناوری فراصوت ساخته شده‌اند. سازندگان دستگاه گفتند که سیگنال فراصوت سریع و دقیق پردازش می‌شود؛ باریکه‌ای از پرتوهای فراصوتی به چشم فرستاده می‌شوند تا پارامترهای جریان خون را در 2 ناحیه مختلف سرخرگ چشم اندازه بگیرد.

ادوارداس ساتکاوسکاس، مدیر مالی و هماهنگ کننده این طرح در لیتوانی گفت: «می‌خواهیم سرعت ذرات خون و پارامترهای دیگر را در عروق ریز مغز اندازه بگیریم؛ بزرگترین چالش، دقت اندازه‌گیری است. بنابراین مجموعه سخت‌افزارها و نرم افزارها باید بسیار حساس باشد. به همین دلیل است که نیاز به نوآوری‌های فنی مانند پردازش دیجیتال سیگنال و الگوریتم‌های فیلتر کردن سیگنال داریم که همه آنها تحت یک مجموعه سخت افزاری و نرم‌افزاری الکترونیک کار کنند».

اما مغز تنها اندامی ظریف و شکننده نیست؛ کودکانی که به نمایشگاه «سروامارا»می‌آیند، می‌آموزند که مغز قابلیت حیرت‌آوری برای افزایش توانایی‌های خود دارد اما با بالا رفتن سن، مغز می‌تواند با همان سرعت، این قابلیت را از دست بدهد.

ونسان ژووانو گفت: «به دنبال تصویر کردن مغز رانندگان تاکسی‌های لندن با ارسال امواج مغناطیسی، مشخص شد که آن بخش از مغز آنها که مسئول حافظه است، بیشتر از هیپوکامپوس افراد عادی رشد کرده است. چرا هیپوکامپوس راننده‌های تاکسی‌های لندن بیشتر رشد می‌کند؟ برای اینکه نقشه خیابان‌های لندن را از حفظ می‌دانند و در نتیجه این توانایی ذهنی در مغز آنها به وجود آمده است».

ونسان ژووانو افزود: «این انعطاف‌پذیری مغز دلایل زیادی دارد اما مهم‌ترین دلیل آن نورون هاست؛ نورون‌ها قابلیت خود ساماندهی دارند و شبکه می‌سازند. هر چه بیشتر نورون‌هایتان را تحریک کنید، این شبکه ها پیچیده‌تر و قابل اطمینان‌تر می‌شوند. بالعکس هر چه کمتر آنها را تحریک کنید این شبکه در نهایت، به ناگزیر نابود می‌شود».

شهر وین، پایتخت اتریش نیز یکی از شهرهای اروپایی است که در آن دانشمندان مشغول پژوهش بر روی مغز هستند؛ این طرح که در دانشکده پزشکی دانشگاه وین انجام می‌شود، «دِوِلیِج» نام دارد. هدف محققان در این آزمایشگاه پرده برداشتن از ژرف‌ترین اسرار مولکولی مغز سن یافته است؛ آنها به ویژه سعی دارند که بفهمند چرا برخی مغزها با افزایش سن، سالم می‌مانند و برخی دیگر دچار بیماری‌های برخاسته از تباهی عصب‌ها مثل بیماری آلزایمر می‌شوند.

گابور جی. کواکس، عصب‌شناس و متخصص آسیب‌شناسی عصب و مسئول هماهنگ کننده این طرح در این باره گفت: «نورون‌ها یعنی یاخته‌های عصبی که اتصال‌های زیادی بینشان برقرار است، ابتدا این اتصال‌ها را از دست می‌دهند.

پس از اینکه این اتصال‌ها از میان رفتند، یاخته‌های عصبی می‌میرند و به موازات این فرآیند، روی آنها پروتئین‌های پر آسیب جمع می‌شوند؛ در مغزِ بیمار آلزایمر چنین اتفاقی می‌افتد؛ چیزی که می‌خواهیم بدانیم این است که اولین مرحله این فرآیند چیست و پیش از اینکه این فرآیند آغاز شود، چه رخ می‌دهد.

وقتی که بیمار با علائم بیماری آلزایمر نزد پزشک می‌رود، نورون‌ها دیگر از بین رفته‌اند. می‌خواهیم به پنج سال یا هشت سال زودتر از آن، یعنی زمانی که بیماری واقعا آغاز می‌شود، برویم».

پژوهشگران گفتند که تاکنون چند نکته مهم را فهمیده‌اند؛ آنها گمان می‌کنند که همان پروتئین‌ها و ژن‌هایی که بر رشد مغز تأثیر دارند، با گذشت زمان در نابودی اعصاب مغز نیز نقش دارند.

به گفته دانشمندان، این کشف سرنخ‌های اساسی برای تشخیص بیماری آلزایمر و درمان آن به دست می‌دهد.

گابور جی. کواکس افزود: «خیلی اهمیت دارد که بفهمیم چرا بخشی از مردم دچار فراموشی نمی‌شوند و به اصطلاح «عادی» می‌مانند، می‌خواهیم بدانیم آیا این افراد ژن‌های خاصی دارند که از مغزشان محافظت می‌کند.

بنابراین در پروژه‌مان فقط به عوامل خطرزا در ژِنوم (شناسنامه ژنتیکی) افراد اکتفا نمی‌کنیم و سعی می‌کنیم عواملی را که باعث محافظت از مغز می‌شوند نیز بشناسیم و اینکه بدانیم چه ساختار ژنتیکی باعث حافظت از مغز در برابر بیماری آلزایمر می‌شود.

اگر این ترکیب خاص ژنتیک را پیدا کنیم، می‌توانیم بفهمیم چه پروتئین‌هایی در محافظت مغز نقش دارند؛ سپس می‌توانیم نشانگر بسازیم یا می‌توانیم مسیرهایی را که منجر به بیماری می‌شوند، برای درمان، هدف بگیریم؛ زیرا در آن صورت فهمیده‌ایم که چه چیزی از مغز محافظت می‌کند و آن گاه می‌توانیم چیزی بسازیم که برای افراد دیگر نیز مفید باشد».

از سوی دیگر مغز تواناهایی‌های عظیم و حیرت‌آوری دارد که هنوز بررسی نشده است.

پژوهشگران روش‌های پیچیده‌ای را که به «رابط‌های مغز و کامپیوتر» معروفند، به کار می‌برند تا امکان و امید به حرکت را برای افرادی که در حرکت دست‌ها یا پاهایشان محدودیت دارند یا اصلاً قادر به انجام هیچ حرکتی نیستند، به وجود آورند.

ونسان ژووانو گفت: «افراد بیشتری را می‌بینیم که دچار فلج هستند اما می‌توانند با مغزشان به کمک کامپیوتر، به ماشین‌ها فرمان بدهند. می‌دانیم که مغز چنین قابلیت‌های باورنکردنی‌ دارد و بسته به اینکه این ماشین‌ها را به کجا متصل کنید، مغز قادر خواهد بود که با آنها ارتباط برقرار کند، بنابراین واقعاً نمی‌شود گفت که چه محدودیت‌هایی برای مغز ما وجود دارد».

در یک آزمایشگاه واقع در شهر لینتس اتریش می‌توانید با مغزتان چراغ را خاموش روشن کنید؛ الکترودهایی که به دور جمجمه نصب می‌شوند، تشخیص می‌دهند که مغز چه هنگام کم و بیش فعال است. یک کامپیوتر فعالیت‌های مغز را ثبت می‌کند و بر اساس آنها به چراغ‌ها فرمان می‌دهد که روشن نشوند اما پژوهشگران می‌توانند مغز را به انجام کارهای بسیار پیچیده‌تر وادارند.

مثلاً می‌توان بین مغز افراد افلیج و بازی‌های کامپیوتری یا بازی‌هایی که روی تخته انجام می‌شوند، برهم کنش برقرار کرد یا حتی می‌توان کاری کرد که مغز از دور به در، فرمان بازشدن بدهد.

استفان پارکر، متخصص علوم رایانه در دانشگاه یوهانس کپلر و هماهنگ کننده این طرح موسوم به «آستریکس» گفت: «ارتباط بین مغز و کامپیوتر اساساً به این شکل است که الکترودهایی دارید که باید در جای درست قرار دهید تا بتوانید امواج مغزیِ خاصی را اندازه بگیرید. برای سیستم ما تنها تغییر یک سیگنال مغز برای فرمان کامپیوتری کافی است؛ همانطور که می‌توانید با زدن یک کلید کنترل خاصی را فعال کنید، می‌توانید تنها با یک سیگنال، کنترل خاصی را در برخی ماشین‌ها فعال کنید».

پژوهشگران مدتی است مشغول بررسی این امکان هستند تا با ترکیب حسگرهای بیناییِ کامپیوتری و امواج مغزی، به هواپیماهای پیچیده فرمان بدهند.

آنها می‌گویند کاربردهای عادی‌تر و بسیار عملی نیز در راه هستند؛ گرهارد نوسبائوم، متخصص علوم رایانه در این زمینه گفت: «یک نمونه آن کنترل صندلی چرخدار به شکل دقیق و قابل اطمینان با مغز یا سرعت دادن به عملکرد کامیپوتر با فرمان مغز است حتی می‌توانیم تصور کنیم که در آینده سیگنال‌های مغز، ارتوز (وسیله‌ای که به عملکرد اندام یا عضو کمک می‌کند و در برخی موارد استفاده از آن سبب کاهش درد در اندام شده و از پیشرفت بدشکلی آن جلوگیری می‌کند) را کنترل می‌کنند و به افراد فلج امکان می‌دهد دوباره اشیا را در دست بگیرند».

به گفته دانشمندان، این آینده چندان دور نیست اما حل معماهایی که مغز، این عضو شکننده، پیچیده و حیرت آور بدن انسان پیش روی دانشمندان می‌گذارد، هنوز به پژوهش‌های بسیاری نیاز دارد.