كيف تسمح بنية الدماغ والخلايا العصبية لكل منا باختيار الخيارات السلوكية الفردية؟ استخدم العلماء منذ فترة طويلة استعارة الحكومة لشرح كيف يعتقدون أن النظم العصبية منظمة لصنع القرار. هل نحن في وضع ديمقراطي ، مثل المواطنين البريطانيين الذين يصوتون لصالح خروج بريطانيا من الاتحاد الأوروبي؟ ديكتاتورية ، مثل الزعيم الكوري الشمالي يأمر بإطلاق صاروخ؟ مجموعة من الفصائل المتنافسة من أجل السيطرة ، مثل تلك الموجودة داخل الجيش التركي؟ أو أي شيء آخر؟
In 1890 ، عالم النفس ويليام جيمس زعم أنه في كل واحد منا "[هنا] هنا ... خلية عصبية مركزية أو بابوية يرتبط بها وعينا". 1941 ، الفيزيولوجي والحائز على جائزة نوبل ، السير تشارلز شيرينجتون جادل ضد فكرة خلية pontifical واحدة في تهمة ، مما يوحي بدلا من ذلك أن الجهاز العصبي هو "ديمقراطية مليون ضعف كل وحدة هي خلية".
إذن من كان على حق؟
لأسباب أخلاقية ، نادرًا ما نبرر مراقبة الخلايا الفردية في أدمغة الأشخاص الأصحاء. ولكن من الممكن الكشف عن الآليات الخلوية للدماغ في العديد من الحيوانات غير البشرية. كما أسرد في كتابي "السلوك الحاكم" كشفت التجارب عن مجموعة من البُنى المعمِّقة لصنع القرار في الأنظمة العصبية - من الديكتاتورية ، إلى الأوليغارشية ، إلى الديمقراطية.
ديكتاتورية عصبية
بالنسبة لبعض السلوكيات ، تعمل خلية عصبية واحدة بمثابة دكتاتور ، مما يؤدي إلى إطلاق مجموعة كاملة من الحركات عبر الإشارات الكهربائية التي تستخدمها لإرسال الرسائل. (نحن أخصائيو البيولوجيا العصبية نسمي تلك الإشارات إمكانات العمل، أو المسامير.) خذ على سبيل المثال من لمس جراد البحر على ذيله. يؤدي الارتفاع المفاجئ في الخلايا العصبية العملاقة إلى ظهور ذيل سريع يتدفق من الحيوان إلى أعلى من خطر محتمل. تبدأ هذه الحركات خلال حوالي مائة ثانية من اللمسة.
وعلى نحو مشابه ، يؤدي الارتفاع المفاجئ الوحيد في الخلايا العصبية العملاقة "ماوثنر" في دماغ إحدى الأسماك إلى حدوث حركة هروب تحول بسرعة السمكة بعيدا عن التهديد حتى تتمكن من السباحة إلى بر الأمان. (هذا هو "عصبون الأمر الوحيد" المؤكد في الفقاريات).
إن كل خلية من هذه الخلايا العصبية الدكتاتورية كبيرة بشكل غير معتاد - خاصةً محورها ، وهو الجزء الطويل والضيق من الخلية الذي ينقل المسامير عبر مسافات طويلة. يجلس كل عصبون دكتاتوري في أعلى التسلسل الهرمي ، ويدمج الإشارات من العديد من الخلايا العصبية الحسية ، وينقل أوامره إلى مجموعة كبيرة من الخلايا العصبية الخاملة التي تسبب نفسها تقلصات العضلات.
هذه الدكتاتورية الخلوية شائعة في حركات الهروب ، خاصة في اللافقاريات. كما أنها تتحكم في أنواع أخرى من الحركات التي تكون متطابقة بشكل أساسي في كل مرة تحدث فيها ، بما في ذلك النقيق لعبة الكريكيت.
نهج فريق صغير
لكن هذه الخلايا الدكتاتورية ليست القصة كلها. يمكن جراد البحر تحريك الذيل الوجه طريقة أخرى أيضا - عبر مجموعة صغيرة أخرى من الخلايا العصبية ذلك تعمل بفعالية كأوليغاركية.
هذه الهروب "غير العملاقة" مشابهة جدا لتلك التي تسببها الخلايا العصبية العملاقة ، ولكنها تبدأ في وقت متأخر قليلا وتسمح بمرونة أكبر في التفاصيل. وهكذا ، عندما يدرك جراد البحر أنه في خطر ولديه المزيد من الوقت للرد ، فإنه يستخدم عادة الأوليغارشية بدلاً من ديكتاتورها.
وبالمثل ، حتى إذا تم قتل عصبون ماعزر في الأسماك ، فلا يزال بإمكان الحيوان الهروب من المواقف الخطيرة. يمكن أن تجعل حركات الهروب مماثلة بسرعة مجموعة صغيرة من الخلايا العصبية الأخرى، على الرغم من أن هذه الإجراءات تبدأ في وقت لاحق قليلا.
هذا التكرار أمر منطقي: سيكون من الخطر الشديد أن نتمكن من الوثوق بالهروب من حيوان مفترس إلى خلية عصبية واحدة ، دون أن يكون هناك أي إصابة احتياطية أو خلل في ذلك العصبون عندئذ سيؤدي إلى تهديد الحياة. لذلك قدم التطور طرقًا متعددة لبدء الهروب.
قد تتوسط الأوليغارشية العصبية أيضًا تصوراتنا عالية المستوى ، كما هو الحال عندما نكون التعرف على وجه بشري.
الأغلبية يفوز
لكن بالنسبة للعديد من السلوكيات الأخرى ، تتخذ الأنظمة العصبية قرارات من خلال شيء مثل "ديمقراطية" مليون شيرينجتون.
على سبيل المثال ، عندما يصل قرد إلى ذراعه ، فإن العديد من الخلايا العصبية في القشرة الحركية للمخ تخلق طفرات. كل تموج عصبونات للحركات في العديد من الاتجاهات ؛ ولكن لكل واحد اتجاه معين يجعله أكثر ارتفاعًا.
افترض الباحثون أن كل عصبون يساهم في الوصول إلى جميع إلى حد ما ، ولكن المسامير أكثر لحدود يساهم في معظم. لمعرفة ذلك ، قاموا بمراقبة العديد من العصبونات وقاموا ببعض العمليات الحسابية.
قام الباحثون بقياس معدل الارتفاعات في العديد من العصبونات عندما وصل قرد نحو عدة أهداف. ثم ، بالنسبة إلى هدف واحد ، فقد مثلوا كل عصبون بنواقل ، حيث تشير زاويته إلى اتجاه الوصول المفضل للعصبون (عندما يرتفع أكثر) ، ويشير الطول إلى المعدل النسبي لحدوث هذا الهدف بعينه. انهم لخص رياضيا آثارها (متوسط ناقلات المرجح) ويمكن توقع بشكل موثوق نتيجة الحركة من جميع الرسائل التي ترسلها الخلايا العصبية.
هذا يشبه الانتخابات العصبية التي تصوت فيها بعض العصبونات أكثر من غيرها. ويرد مثال في الشكل. تمثل الخطوط البنفسجية الباهتة أصوات حركة الخلايا العصبية الفردية. يشير الخط البرتقالي ("المتجه السكاني") إلى اتجاهه المُجمَّع. يشير الخط الأصفر إلى اتجاه الحركة الفعلي ، والذي يشبه إلى حد بعيد توقعات نباتات السكان. ودعا الباحثون هذه الترميز السكانى.
بالنسبة لبعض الحيوانات والسلوكيات ، من الممكن اختبار نسخة النظام العصبي من الديمقراطية عن طريق تشويش الانتخابات. على سبيل المثال ، تصنع القرود (والأشخاص) حركات تسمى "saccades" لتحويل العيون بسرعة من نقطة تثبيت إلى أخرى. يتم تشغيل الخلايا العصبية من قبل الخلايا العصبية في جزء من الدماغ يسمى colliculus المتفوقة. وكما هو الحال في نموذج الوصول إلى القرد أعلاه ، فإن هذه العصبونات ترتفع لكل مجموعة واسعة من العصافير ارتفاع معظم لاتجاه واحد والمسافة. إذا تم تخدير جزء واحد من التراخيص المتفوقة - حرمان مجموعة معينة من الناخبين من حق التصويت - كلها يتم تحويل saccades بعيدا من الاتجاه والمسافة التي فضلها الناخبون الصامون الآن. تم الآن تزوير الانتخابات.
أظهر تلاعب أحادي الخلية أن العتبات تعقد الانتخابات أيضًا. تضيق الشقوق أجسامهم بعيدا عن لمسة لبشرتهم. ترجع الحركة إلى التأثيرات الجماعية لعدد صغير من العصبونات ، التي صوت بعضها لصالح النتيجة التي خرجت بنتائج عكسية ، والبعض الآخر صوت لصالحه (لكن تم التصويت عليه).
إذا تم لمس علقة علوية ، فإنها تميل إلى الانحناء بعيداً عن هذه اللمسة. إذا كان العصبون الذي يستجيب عادة لللمس على الجزء السفلي يتم تحفيزه كهربائياً بدلاً من ذلك ، فإن العلقة تميل إلى الانحناء في الاتجاه المعاكس تقريباً (اللوحة الوسطى من الشكل). إذا حدثت هذه اللمسة والتحفيز الكهربائي في آن واحد ، ينحني العلق فعليًا في اتجاه وسيط (اللوحة اليمنى من الشكل).
هذه النتيجة ليست مثالية لأي من التحفيز الفردي ولكن مع ذلك ، فإن نتيجة الانتخابات ، نوع من التسوية بين طرفين متطرفين. يبدو الأمر عندما يجتمع حزب سياسي في مؤتمر لوضع برنامج. مع الأخذ بعين الاعتبار ما تريده أجنحة مختلفة من الطرف يمكن أن يؤدي إلى حل وسط في مكان ما في الوسط.
وقد أظهرت أمثلة أخرى عديدة من الديمقراطيات العصبية. تحدد الأنظمة الديمقراطية ما نراه ونسمعه ونشعر به ورائحته ، من الصراصير وذباب الفاكهة إلى البشر. على سبيل المثال ، نحن نرى الألوان من خلال التصويت النسبي لثلاثة أنواع من المستقبلات الضوئية التي يستجيب كل منها بشكل أفضل لطول موجة مختلف للضوء ، كفيزيائي وطبيب اقترح توماس يونغ في 1802. واحدة من مزايا الديمقراطيات العصبية هي أن التباين في الضربة العصبية الواحدة في المتوسط يتم في المتوسط في التصويت ، لذا فإن التصورات والحركات هي في الواقع أكثر دقة مما لو كانت تعتمد على واحد أو عدد قليل من الخلايا العصبية. أيضا ، إذا تضررت بعض الخلايا العصبية ، لا يزال العديد من الآخرين لتناول هذا الركود.
ولكن على عكس الدول ، يمكن للأنظمة العصبية تنفيذ أشكال متعددة من الحكومة في وقت واحد. يمكن أن تتعايش الديكتاتورية العصبية مع الأوليغارشية أو الديمقراطية. قد يؤدي الدكتاتور ، الذي يعمل بأسرع ما يمكن ، إلى بدء ظهور سلوك بينما تقوم عصبونات أخرى بتنقيح الحركات التي تلت ذلك. لا يلزم أن يكون هناك شكل واحد للحكم ما دامت العواقب السلوكية تزيد من احتمال البقاء والتكاثر.
نبذة عن الكاتب
آري بيركوفيتش ، أستاذ علم الأحياء الرئاسي ؛ مدير برنامج الدراسات العليا في البيولوجيا العصبية الخلوية والسلوكية جامعة أوكلاهوما
تم نشر هذه المقالة في الأصل المحادثة. إقرأ ال المقال الأصلي.
كُتبٌ ذاتُ صِلَةٍ
at سوق InnerSelf و Amazon
