کشف نورون های ریاضی در مغز

امروزه انجام محاسبات ساده ریاضی برای هر کدام از ما امری ساده و آسان است. بیشتر بچه های دبستانی احتمالاً از قبل می دانند که سه سیب به اضافه دو سیب به پنج سیب می رسد. با این حال، آنچه در مغز در طول چنین محاسباتی اتفاق می افتد هنوز تا حد زیادی ناشناخته است. لازم به ذکر است که با توجه به پژوهش های انجام شده تا کنون مشخص شده در پستاندارانی مانند میمون‌ها نورون‌های مخصوص قوانین محاسباتی خاص نیز در مغز آنها وجود دارد. با این حال، در انسان ها، به ندرت هیچ داده ای در این زمینه وجود دارد.

اکنون طبق نتایجی که در مجله Current Biology منتشر شده است بررسی جدید محققان دانشگاه   Tübingen  و Bonn نشان می دهدمغز دارای نورون هایی است که به طور خاص در طی برخی عملیات های ریاضی تحریک می شوند. یافته‌ها نشان می‌دهد که برخی از نورون‌های شناسایی ‌شده منحصراً در حین عملیات جمع فعال هستند، در حالی که برخی دیگر در حین تفریق کردن فعال می شوند. برای آنها مهم نیست که دستورالعمل محاسبه به عنوان یک کلمه یا نماد نوشته شود. در هر صورت پاسخ مناسب داده می شود.

برای این کار محققان از بخش صرع بیمارستان دانشگاه استفاده نمودند برخی بیماران تشنج از همان ناحیه مغز منشاء می گیرد. پزشکان برای شناسایی دقیق این ناحیه معیوب، چندین الکترود را در بیماران کاشت می کنند. از این probes  یا آشکارسازها می توان برای تعیین دقیق منشا اسپاسم استفاده کرد. علاوه بر این، فعالیت تک تک نورون ها را می توان از طریق الکترود های متصل بهم اندازه گیری کرد.پنج زن و چهار مرد در مطالعه حاضر شرکت کردند که درمغز آنها الکترودهایی برای ثبت فعالیت سلول های عصبی کاشته بودند.

در همین حال، شرکت کنندگان باید کارهای ساده محاسباتی را انجام می دادند. نتیجه به این صورت بود که نورون هایی که عملیات جمع را انجام می دهند با آن هایی که تفریق را انجام می دهند متفاوت هستند.اینطور نبود که برخی از نورون‌ها فقط به علامت «+» و برخی دیگر فقط به علامت «-» پاسخ دهند: حتی وقتی نمادهای ریاضی را با کلمات جایگزین کردیم، میزان تحریک پذیری نورون ها ثابت می ماند.این نشان می دهد که سلول های کشف شده در واقع یک دستورالعمل ریاضی برای عمل رمزگذاری می کنند.

بنابراین بررسی فعالیت مغز با دقت زیادی نشان داد که افراد مورد آزمایش در حال حاضر چه نوع عملیاتی را محاسبه می‌کنند: محققان الگوهای فعالیت سلول‌ها را به یک برنامه کامپیوتری خودآموز ارائه کردند. در همان زمان به نرم افزار گفتند که افراد شرکت کننده در حال حاضر چه عملیاتی را انجام می دهند. هنگامی که الگوریتم ارائه شده توسط نرم افزار را با داده های تجربی الکترود ها مقایسه کردیم، داده ها با هم منطبق بوده و این توانست به طور دقیق تشخیص دهد که هر کدام از سلول ها مشغول به انجام چه عملیاتی هستند. 

محققان ازتجزیه وتحلیل  آزمایشات این 2 گروه با پدیده جالبی مواجه شدند: یکی از مناطق مغزی که مورد مطالعه قرار گرفت، به اصطلاح قشر پاراهیپوکامپ parahippocampal cortex بود. در آنجا نیز محققان سلول های عصبی را یافتند که به طور خاص در حین جمع یا تفریق تحریک می شدند. با این حال، هنگام جمع ‌بندی، نورون‌های اضافی مختلف به طور متناوب در طول  یک محاسبه  مشابه فعال شدند. به بیان دیگر، گویی کلید پلاس (+) روی ماشین حساب مدام مکان خود را تغییر می دهد. در مورد تفریق هم همینطور بود.

محققان همچنین از این به عنوان “کدگذاری پویا” یا dynamic coding یاد می کنند.امید است این مطالعه  گام مهمی به سوی درک بهتر یکی از مهمترین توانایی های نمادین ما، یعنی محاسبه با اعداد باشد. همچنین می توان با نگرش بین رشته ای پس از درک کامل این فرآیند نرم افزارهای گوناگونی با الهام از عملکرد نورون ها تولید و اجرا کرد.   

منبع

:University of Bonn. (2022, February 14). ‘Math neurons’ identified in the brain: When performing calculations, some neurons are active when adding, others when subtracting. ScienceDaily. Retrieved February 20, 2022 from www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220214121241.htm