حافظه فعال چیست و مغز چطور بر آنچه در ذهن است، تمرکز می‌کند؟

به گزارش گروه دانش و فناوری اقتصاد ۱۰۰ و به نقل از گجت نیوز، حافظه فعال به طور کلی، وظیفه نگهداری و یا دستکاری آگاهانه اطلاعات جدید را در سریع‌ترین حالت ممکن برعهده دارد. به طور مشخص، نورون‌های شرکت‌کننده در قشر جلوی مغز، به طور هم‌زمان با یکدیگر همکاری دارند تا افکارمان را متمرکز کنند.

محققان مستقر در موسسه یادگیری و حافظه Picower در دانشگاه MIT، در مطالعه‌ای جدید نشان داده‌اند که چگونه فرآیند تمرکز بر افکار شکل می‌گیرد. معیار کلیدی که در مقاله منتشر شده اخیر در ژورنال Scientific Reports بررسی شده، تغییرپذیری فعالیت نورون‌ها است. دانشمندان اکنون بر سر این موضوع که تنوع کم‌تر فعالیت‌ به معنای هماهنگی متمرکزتر با کار است، به توافق رسیده‌اند.

در واقع، محاسبات انجام شده بر روی این متغیرها حاکی از آن است که وقتی انسان‌ها و حیوانات در طول فعالیت‌های حافظه فعال در آزمایشگاه تمرکز می‌کنند، تغییرپذیری کاهش می‌یابد. در چندین مطالعه بین سال‌های ۲۰۱۶ و ۲۰۱۸، میکائیل لوندکویست، نویسنده ارشد و ارل کی. میلر، نویسنده همکار از طریق اندازه‌گیری مستقیم صدها نورون و مدل‌سازی دقیق نشان دادند که انفجار ریتم‌های فرکانس گاما در قشر جلو مغز، نمایش عصبی اطلاعات در مغز را هماهنگ می‌کنند.

تئوری جدید که میلر از آن با عنوان «حافظه فعال ۲.۰» یاد می‌کند، این باور قدیمی که نورون‌ها اطلاعات حافظه فعال را از طریق فعالیت یکنواخت و مداوم حفظ می‌کنند، به چالش کشیده است. پیشتر طرفداران مدل قدیمی، از میانگین اندازه‌گیری انجام شده در تعداد کمی نورون که از طریق مدل‌سازی مبتنی بر رایانه از فعالیت مغز انجام می‌شود، استدلال کرده بودند که کاهش تغییرپذیری نمی‌تواند از انفجارهای متناوب فعالیت ریتمیک پدیدار شود.

اما اکنون مطالعه جدید نشان می‌دهد که تغییرپذیری کاهش یافته پدیدار می‌شود. پروفسور میلر، از بخش مغز و علوم شناختی MIT می‌گوید:

ما با استفاده از فعالیت عصبی واقعی ثبت شده از قشر جلوی مغز، نشان دادیم که انفجارهای ریتمیک، تغییرپذیری را زمانی که حیوانات بر روی یک کار تمرکز می‌کنند، کاهش می‌دهد.

وی افزود:

از میان تمام پدیده‌هایی که طبق تصور ما برای حافظه فعال مهم هستند، انفجارهای گاما همان کاری که باید را انجام می‌‌دهند. وقتی حیوانات در حال انجام یک تکلیف فکری فعال هستند، همه چیز بیشتر متمرکز شده و این فرآیند به طور طبیعی تغییرپذیری را کاهش می‌دهد. این یافته نشان می‌دهد که چگونه این عناصر ریتمیک حافظه فعال با مغز شما که فعالیت خود را بر روی کار مورد نظر متمرکز می‌کنند، سازگار است.

مشاهدات مستقیم در ارتباط با حافظه فعال

در این مطالعه، هنگامی‌که شش حیوان در حال انجام سه بازی حافظه فعال هستند، لوندکویست و تیمش انفجارهای گاما و اسپایک‌های عصبی فردی را در میان صدها نورون اندازه‌گیری کردند. آنها هم‌چنین با استفاده از محاسباتی به نام «عامل فانو»، میزان تفاوت آن فعالیت از آزمایشی به آزمایش دیگر را تجزیه و تحلیل کردند.

در این حین که حیوانات به فعالیت‌های فکری خود می‌پردازند، انفجارهای گاما و نرخ اسپایک تفاوت‌های آشکاری را نسبت به دوره پایه نشان دادند که مطابق با نوع فعالیت تعدیل می‌شد. برای مثال، در طول یک فعالیت، در هر موردی که باید به خاطر سپرده می‌شد اسپایک به اوج خود می‌رسید و سپس زمانی که قرار بود حافظه حیوانات آزمایش شود نیز این فرآیند، تکرار می‌شد.

در حالی‌که فعالیت به نسبت نوع کار تعدیل می‌شد، تغییرپذیری از آزمایشی به آزمایش دیگر نیز تعدیل می‌شد. در هر فعالیت مشخص شد که تغییرپذیری قبل از شروع کار، به بالاترین میزان می‌رسد. این یک وضعیت پایه است که در آن حیوانات می‌توانند به هر چیزی که می‌‌خواهند فکر کنند. اما وقتی آنها دوباره مجبور شدند روی یک فعالیت خاص تمرکز کنند، انفجار گاما و اسپایک عصبی آنها شباهت بسیاری با آنچه در دفعه قبل یا بعد انجام شده بود، پیدا کرد.

علاوه بر این، کاهش تغییرپذیری با لحظات مهم فعالیت (برای مثال، ارائه چیزی که به خاطر سپرده شده) با شدت دنبال می‌شود. لوندکویست که اکنون محقق اصلی موسسه کارولینسکا در اسکهلم سوئد است، می‌گوید:

یافته‌های جدید نشان می‌دهند که رویدادهای فراوان انفجاری گاما که توسط رشته‌های شناختی مختلف انجام می‌شوند، همیشه وجود دارند. زمانی که ما بر روی یک فعالیت خاص متمرکز می‌شویم، رویدادهای انفجاری مرتبط با سایر رشته‌های شناختی خاموش می‌شوند. در نتیجه، اسپایک زدن تک نورون بیشتر توسط آن کار خاص دیکته می‌شود.

کاهش تغییرپذیری نه تنها در زمان، بلکه در مکان نیز صادق بود. مناطقی از قشر جلوی مغز که در آن انفجارهای گاما و اسپایک کردن اطلاعات فعالیت را نشان می‌دهند، نسبت به مناطقی که این وظیفه را برعهده ندارند، کاهش بسیار بیشتری را در تغییرپذیری نشان دادند.

در حالی‌که اندازه‌گیری‌های مستقیم حاکی از کاهش در تغییرپذیری متناسب با نیازهای کاری برای تفکر متمرکز بود، محققان هم‌چنین بررسی کردند که آیا کاهش تغییرپذیری اسپایک‌ها نتیجه کاهش تغییرپذیری در انفجار گاما است یا خیر. محققان با استفاده از اندازه‌گیری‌های انفجار گاما و تغییرپذیری آنها، با انجام محاسباتی بر روی شبیه‌سازی اسپایک‌ها بررسی‌هایی انجام دادند تا ببینند آیا کاهش در تغییرات انفجار گاما لزوما منجر به کاهش تغییرات اسپایک می‌شود یا خیر.

لوندکویست می‌گوید:

ما از یک مدل ساده استفاده کردیم و بسته به اینکه آیا در حال حاضر یک رویداد انفجار گاما در حال انجام است یا نه، به نورون‌ها دو نرخ آتش مجزا دادیم. سپس، صرفاً بر اساس زمان‌بندی رویدادهای انفجار گامای ثبت‌ شده، هزاران قطار اسپایک ساختیم. این قطارهای اسپایک مصنوعی در تغییرپذیری با آنچه در ابتدا ثبت شده بود، تغییرات بسیار مشابهی را نشان دادند. بدین معنا که مشارکت در رویدادهای جمعیتی تا حد زیادی باعث این کاهش می‌شود.

در مجموع، دانشمندان دریافتند که تغییرپذیری با تقاضای وظایف حافظه فعال کاهش می‌یابد، و این فرآیند با زمان‌بندی و قرارگیری انفجارهای ریتم گاما هدایت می‌شود.

نویسندگان در مقاله خود نوشتند:

ما دریافتیم که نوسان مرتبط انفجارهای اسپایک و توان گاما در طول فعالیت حافظه فعال، منجر به کاهش متقابل در تغییرپذیری فعالیت عصبی می‌شود. علاوه بر این، به این نتیجه رسیدیم که یک رابطه مستقیم بین کاهش تغییرپذیری انفجار گاما و کاهش تغییرپذیری اسپایک وجود دارد. آنها هم در زمان و هم در مکان اتفاق افتادند.