كيف يستجيب الدماغ للأحداث المفاجئة

وجد الباحثون أن أحد الأدوار الرئيسية للمُعدِّل العصبي نورأدرينالين ، الذي ينتجه الموضع الأزرق ، هو مساعدة الدماغ على التعلم من النتائج المفاجئة.
عندما يحتاج عقلك إلى الانتباه إلى شيء مهم ، فإن إحدى الطرق التي يمكنه من خلالها القيام بذلك هي إرسال دفعة من النورأدرينالين ، وفقًا لدراسة جديدة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

يمكن أن يكون لهذا المُعدِّل العصبي ، الناتج عن بنية عميقة في الدماغ تسمى locus coeruleus ، تأثيرات واسعة النطاق في جميع أنحاء الدماغ. في دراسة أجريت على الفئران ، وجد فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن أحد الأدوار الرئيسية للنورأدرينالين ، المعروف أيضًا باسم النوربينفرين ، هو مساعدة الدماغ على التعلم من النتائج المفاجئة.

“ما يُظهره هذا العمل هو أن الموضع الأزرق (locus coeruleus) يشفر أحداثًا غير متوقعة ، كما أن الانتباه إلى تلك الأحداث المفاجئة أمر بالغ الأهمية بالنسبة للدماغ لتقييم بيئته ، كما تقول مريجانكا سور ، أستاذة العلوم العصبية في نيوتن في قسم الدماغ والإدراك بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. العلوم ، عضو معهد بيكوير للتعلم والذاكرة التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، ومدير مركز سيمونز للدماغ الاجتماعي.

بالإضافة إلى دوره في الإشارة إلى المفاجأة ، اكتشف الباحثون أيضًا أن النورأدرينالين يساعد في تحفيز السلوك الذي يؤدي إلى المكافأة ، خاصة في المواقف التي يكون فيها عدم اليقين بشأن تقديم مكافأة.

سور هو المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة ، التي تظهر اليوم في مجلة Nature. يعد فينسينت بريتون بروفينشر ، وهو باحث سابق لما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يعمل الآن أستاذًا مساعدًا في جامعة لافال ، وغابرييل دروموند ، طالبة دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، المؤلفين الرئيسيين لهذه الورقة.

تعديل السلوك

النورادرينالين هو أحد المُعدِّلات العصبية العديدة التي تؤثر على الدماغ ، إلى جانب الدوبامين ، والسيروتونين ، والأستيل كولين. على عكس النواقل العصبية ، التي تتيح الاتصال من خلية إلى أخرى ، يتم إطلاق المُعدِّلات العصبية على مساحات شاسعة من الدماغ ، مما يسمح لها بممارسة تأثيرات أكثر عمومية.

يقول سور: “يُعتقد أن المواد المعدلة للأعصاب تروي مناطق كبيرة من الدماغ وبالتالي تغير الدافع الاستثاري أو المثبط الذي تستقبله الخلايا العصبية بطريقة أكثر من نقطة إلى نقطة”. “هذا يشير إلى أنه يجب أن يكون لديهم وظائف بالغة الأهمية على مستوى الدماغ ومهمة للبقاء على قيد الحياة وتنظيم حالة الدماغ.”

بينما تعلم العلماء الكثير عن دور الدوبامين في التحفيز ومتابعة المكافأة ، لا يُعرف الكثير عن المعدلات العصبية الأخرى ، بما في ذلك النورأدرينالين. تم ربطه بالإثارة وزيادة اليقظة ، ولكن الإفراط في استخدام النورأدرينالين يمكن أن يؤدي إلى القلق.

أظهرت الدراسات السابقة للموضع الأزرق ، المصدر الأساسي للنورادرينالين في الدماغ ، أنه يتلقى مدخلات من أجزاء كثيرة من الدماغ كما أنه يرسل إشاراته على نطاق واسع. في الدراسة الجديدة ، شرع فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في دراسة دوره في نوع معين من التعلم يسمى التعلم المعزز ، أو التعلم عن طريق التجربة والخطأ.

في هذه الدراسة ، قام الباحثون بتدريب الفئران على دفع رافعة عندما سمعوا نغمة عالية التردد ، ولكن ليس عندما سمعوا نغمة ذات تردد منخفض. عندما استجابت الفئران بشكل صحيح للنغمة عالية التردد ، تلقوا الماء ، ولكن إذا ضغطوا على الرافعة عندما سمعوا نغمة منخفضة التردد ، فقد تلقوا نفخة من الهواء غير سارة.

تعلمت الفئران أيضًا دفع الرافعة بقوة أكبر عندما تكون النغمات أعلى. عندما كان الحجم أقل ، كانوا أكثر ثقة بشأن ما إذا كان ينبغي عليهم الدفع أم لا. وعندما قام الباحثون بتثبيط نشاط الموضع الأزرق ، أصبحت الفئران أكثر ترددًا في دفع الرافعة عندما سمعت نغمات منخفضة الحجم ، مما يشير إلى أن النورادرينالين يشجع على اغتنام فرصة الحصول على مكافأة في المواقف التي يكون فيها المردود غير مؤكد.

يقول سور: “إن الحيوان يدفع لأنه يريد مكافأة ، ويقدم الموضع الأزرق إشارات مهمة ليقول ، ادفع الآن ، لأن المكافأة ستأتي”.

وجد الباحثون أيضًا أن الخلايا العصبية التي تولد إشارة النورأدرينالين تبدو وكأنها ترسل معظم نواتجها إلى القشرة الحركية ، مما يقدم المزيد من الأدلة على أن هذه الإشارة تحفز الحيوانات على اتخاذ الإجراءات.

مفاجأة في إشارة

بينما يبدو أن هذا الاندفاع الأولي للنورأدرينالين يحفز الفئران على اتخاذ الإجراءات ، وجد الباحثون أيضًا أن الدفقة الثانية تحدث غالبًا بعد انتهاء التجربة. عندما تلقت الفئران مكافأة متوقعة ، كانت هذه الرشقات صغيرة. ومع ذلك ، عندما كانت نتيجة المحاكمة مفاجأة ، كانت الرشقات النارية أكبر بكثير. على سبيل المثال ، عندما تلقى فأر نفخة من الهواء بدلاً من المكافأة التي كان يتوقعها ، أرسل الموضع الأزرق دفعة كبيرة من النورأدرينالين.

في التجارب اللاحقة ، سيكون من غير المرجح أن يدفع هذا الفأر الرافعة عندما يكون غير مؤكد أنه سيحصل على مكافأة. يقول سور: “إن الحيوان يعدل سلوكه باستمرار”. “على الرغم من أنها تعلمت بالفعل التاس

، إنه يعدل سلوكه بناءً على ما فعلته للتو “.

أظهرت الفئران أيضًا رشقات نارية من النورأدرينالين في التجارب عندما تلقت مكافأة غير متوقعة. يبدو أن هذه الدفقات تنشر النورأدرينالين إلى أجزاء كثيرة من الدماغ ، بما في ذلك قشرة الفص الجبهي ، حيث يحدث التخطيط والوظائف الإدراكية العليا الأخرى.

يقول سور: “يبدو أن وظيفة التشفير المفاجئ للموضع الأزرق (locus coeruleus) أكثر انتشارًا في الدماغ ، وقد يكون ذلك منطقيًا لأن كل ما نقوم به يتم تعديله على حين غرة.

يخطط الباحثون الآن لاستكشاف التآزر المحتمل بين النورادرينالين والمعدلات العصبية الأخرى ، وخاصة الدوبامين ، الذي يستجيب أيضًا للمكافآت غير المتوقعة. كما يأملون في معرفة المزيد حول كيفية تخزين قشرة الفص الجبهي للذاكرة قصيرة المدى للمدخلات من الموضع الأزرق لمساعدة الحيوانات على تحسين أدائها في التجارب المستقبلية.

تم تمويل البحث جزئيًا من قبل صناديق أبحاث كيبيك ، ومجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا ، وجائزة محقق NARSAD الشاب من مؤسسة أبحاث الدماغ والسلوك ، والمعاهد الوطنية للصحة ، ومبادرة Simons Foundation لأبحاث التوحد من خلال Simons مركز الدماغ الاجتماعي ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين ، ومبادرة NIH BRAIN