ارتباط مغز و جسم و نقش اینسولا
هنگامی که گرسنه هستیم و بوی غذای خوش مزه‌ای را میشنویم حتی پیش از چشیدن غذا اتفاقات جالبی مثل آب افتادن دهن، ترشح اسید و هورمون‌های مختلف توسط معده در بدن ما شروع به اتفاق افتاد میکند. به نظر شما این اتفاق چگونه رخ می‌دهد؟ مغز ما می تواند آینده را پیش‌بینی کند. نه از طریق سحر و جادو بلکه از طریق یادگیری از تجربه‌های گذشته. مغز ما همواره در حال پیش‌بینی کردن در مورد جهان اطراف ماست که از طریق این قابلیت ما میتوانیم یک توپ را در هوا بگیریم، دوچرخه برانیم و تخمین بزنیم که سرعت ماشینی که به سمت ما می‌آید چقدر است تا بتوانیم سالم به آن سمت چهار راه برسیم. مغز ما همچنین درمورد اتفاقات درون بدن خود ما نیز پیش‌بینی هایی انجام می‌دهد. در این مقاله توضیح می‌دهیم که مغز چگونه از اطلاعات تجارب گذشته برای پیش‌بینی اینکه بدن در آینده به چه چیزی احتیاج دارد استفاده میکند.
بدن و مغز ما دائما و در هر لحظه در حال برقراری ارتباط با هم در طول زندگی ما هستند. این ارتباط برای سلامت جسمی و روانی ما اهمیت بسیاری دارد. بر اساس نظریه‌های سنتی، هنگامی که هرگونه تغییری در بدن اتفاق می‌افتد، مثل زمانی که چیزی میخوریم یا احساس گرما میکنیم، سیستم حسی درون بدن ما پیام‌هایی را به مغز ارسال می کند. مغز با ارسال دستورالعمل هایی به بدن مانند آغاز عملیات گوارش یا آغاز عرق کردن به این پیام ها از جانب بدن پاسخ می‌دهد.
حالا تصور کنید که در حال پیاده روی هستید، زمان زیادی از ناهار گذشته و بسیار گرسنه هستید. در این حین به‌صورت اتفاقی بوی غذای خوشمزه‌ای به دماغ شما میخورد. بوی غذا به سرعت واکنش‌های پیچیده و هماهنگی مانند جمع‌شدن بزاق دهن، آزاد شدن اسید در معده و انسولین در پانکراس را در بدن شما آغاز میکند. این مثال نشان می‌دهد مغز چگونه کارکرد بدن ما را در کنترل خود دارد که نه تنها به تغییرات واقعی در بدن پاسخ می‌دهد بلکه پیش‌بینی میکند که در آینده چه اتفاقی قرار است برای بدن بیفتد. بیش از صدسال پیش این پدیده توسط دانشمندی روسی به نام ایوان پاولوف شناسایی و مطالعه شد و به خاطر تحقیقاتش توانست جایزه نوبل را به دست بیاورد.
مغز پیش‌بینی میکند که بدن در آینده به چه چیزی نیاز دارد؟
شاید تعجب کنید که مغز ما چرا برای تنظیم کارکرد های درون بدن نیاز به پیش‌بینی کردن آینده دارد. تحقیقات بسیاری نشان داده‌اند که برای حفظ سلامت بدن، مغز باید نیاز های آن را پیش‌بینی کند. برای مثال وقتی ما غذا را به صورت مستقیم توسط یک لوله به معده تزریق میکنیم که مغز را از پیش‌بینی وارد شدن غذا بازمیدارد، بدن در جذب شکر موجود در غذا دچار مشکل می‌شود و موجب ایجاد شرایطی همانند دیابت می‌شود. علاوه بر گوارش، پیش‌بینی های مغز نقش مهمی در دیگر کارکرد‌های بدنی مانند تنظیم مقدار مایع و نمک بدن ایفا میکند.
برای آانکه مغز ما بتواند نیاز های مارا پیش‌بینی کند و کارکرد های بدن را کنترل کند، باید از تجارب گذشته یاد بگیرد. ما از تجارب داخلی صحبت میکنیم، تجاربی که در داخل بدن ما اتفاق می‌افتند. مثالی خوب برای این مورد این است که ما از خوردن غذایی که قبلا ما را مریض کرده است اجتناب میکنیم. پس از اینکه ما از یک غذای خاص مریض می‌شویم، مغز به سرعت یاد می‌گیرد که از آن اجتناب کند و احساس میکنیم که دیدن، بو کردن و یا چشیدن آن غذا حال ما را به‌هم می‌زند. این نوع از یادگیری برای بقای بسیاری از حیوانات حیاتی است چرا که آن ها را از خوردن غذاهای مضر و بیماری پرهیز میکند. در واقع این نوع از یادگیری به سرعت اتفاق می‌افتد و حافظه ای که از آن به جا می‌ماند بسیار قوی و طولانی مدت است که دانشمندان از آن برای مطالعه مکانیسم کلی یادگیری و حافظه در مغز استفاده می‌کنند. در این شرایط مغز ارتباط بین یک رخداد خارجی (مانند بوی یک غذای خاص) و یک رخداد داخلی (حالت تهوع یا معده درد) را به یاد می‌آورد. اما مغز این ارتباط ها را چگونه برقرار میکند؟
اینسولا، جزیره ای در مغز که جهان درونی را به جهان بیرونی متصل میکند
قشر مغز انسان، لایه خارجی نازک و شیاردار مغز، که به جمجمه چسبیده است مسئول پیشرفته‌ترین کارکرد های مغز ما مانند حافظه، توجه، زبان، تصویرپردازی، تصمیم‌گیری و برنامه‌ریزی های بلند مدت است. ناحیه‌ای به نام اینسولا در مغز وجود دارد که در یکی از داخلی‌ترین قسمت های قشر مغز پنهان شده است. به این دلیل نام اینسولا را بر آن گذاشته‌اند که بسیار عمیق درون یکی از شیارهای قشر مغز جا خوش کرده است که در لاتین به معنی جزیره است. اما در واقعیت اینسولا درون مغز آنچنان ایزوله نیست و با مناطق مغزی دیگری اتصال دارد و ارتباط برقرار میکند.
یکی از ویژگی های خاص اینسولا این است که اطلاعات حسی دقیقی در مورد اینکه در بدن چه اتفاقاتی در حال افتادن است دریافت میکند. در حالی که سایر نواحی قشر مغز اطلاعاتی در مورد حس‌های محیطی و بیرونی بدن از محیط اطراف دریافت می‌کنند، اینسولا اتفاقات درونی بدن را شناسایی میکند. فهم و درک ما از قشر مغز توسط تحقیقات یک جراح مغز کانادایی به نام ویلدر پنفیلد بسیار پیشرفت کرد. در سال ۱۹۴۰ میلادی پنفیلد کارکرد قسمت های خاصی از قشر مغز را هنگامی که در حال انجام جراحی بر بروی بیماران صرعی بود نگاشت کرد. به منظور اینکه بداند کجا را باید جراحی کند و در مورد کدام نواحی جانب احتیاط را رعایت کند او یک جریان الکتریکی خفیف را به قشر مغز بیماران اعمال کرد. او فهمید که اعمال کردن جریان الکتریکی به نقاط مختلف قشر مغز موجب واکنش‌هایی در نواحی مرتبط در بدن می‌شود. برای مثال، وقتی که نواحی مربوط به کنترل دست را در قشر مغز تحریک کرد، بیماران گزارش کردند که احساس می‌کنند چیزی دست آن ها را لمس میکند. او وقتی اینسولا را با یک جریان الکتریکی ضعیف تحریک کرد بیماران احساس کردند که در داخل بدن آن ها اتفاقی مانند حالت تهوع در حال افتادن است. به علاوه، پنفیلد فهمید که تحریک الکتریکی اینسولا حرکات روده را فعال کرده است همانند زمانی که ما غذا را دفع میکنیم.
سال ها بعد، تکنیک های تصویربرداری مغزی توسعه داده شدند که به محققان اجازه می‌داد فعالیت مغز انسان را هنگامی که در حال فعالیت بود مشاهده کنند. با استفاده از تصویربرداری مغزی محققان فهمیدند که فعالیت اینسولا با تغییرات زیادی در بدن در ارتباط است که چند نمونه از آن ها تغییر در فشار خون، نرخ طپش قلب، تنفس، دما و گوارش است.
همچنین، محققان فهمیدند که علاوه بر پاسخ دادن و تنظیم اتفاقات درونی بدن، اینسولا به چیزهایی که در اطراف ما هم اتفاق می‌افتند پاسخ می‌دهد. در حقیقت امروزه اینسولا بخش مهمی از به اصطلاح شبکه برجسته (salience network) است که شبکه‌ای از نواحی مختلف مغزی است که باهم کار می‌کنند تا اطلاعات غیر معمول یا معنادار رخدادهای محیط اطراف ما را که در حال وقوع است پردازش کنند. به طور خلاصه، اینسولا جهان درونی و بیرونی را به‌هم متصل میکند و از تجارب گذشته یاد می‌گیرد که آنچه بدن ما به آن احتیاج پیدا خواهد کرد را مانند اجتناب از غذاهایی که قبلا ما را مریض کرده‌اند یا غذاهایی که خوشمزه و مقوی بوده‌اند پیش‌بینی کند. اما آیا تمام کارکرد اینسولا مربوط به خوردن است؟ و با هیجانات چه ارتباطی دارد؟
اینسولا در پردازش هیجانات به ما کمک میکند
ارتباط برقرار کردن بین دنیای بیرونی و درونی نیز همچنین بخشی اساسی از نحوه تجربه کردن هیجاناتمان است. بسیاری از هیجانات ما می‌توانند با تغییرات جسمی توصیف شوند، که از آن جمله افزایش ضربان قلب و یا فشار خون است. نظریه های بسیاری وجود دارد که پیشنهاد می‌دهد نحوه تفسیر و درک ما از تغییرات بدنی خود حالت هیجانی ما را تحت تاثیر قرار می‌دهد و یا حتی تعیین میکند. برای مثال، اگر قلب شما شروع به تند تپیدن قبل از روی صحنه رفتن برای اولین بار بکند، شما ممکن است آن را به اینگونه توصیف کنید که ترس از صحنه دارید. اما اگر همین اتفاق پس از دویدن برای مدتی طولانی اتفاق بیفتد احتمالا تنها فکر خواهید کرد که شما تمرین سنگینی داشته‌اید.
به دلیل نقش مهمی که اینسولا در ارتباط دادن جهان خارجی و درونی دارد، اینسولا بخش مهمی از شبکه های مغزی درگیر در تجربه های هیجانی در نظر گرفته می‌شود. نقش اصلی اینسولا در تجربه هیجانی ارتباط دادن سیگنال های داخل بدن (مانند احساس خفیف حالت تهوع) به رخدادهای خارجی است. دانشمندان دریافته‌اند که تغییر در کارکرد اینسولا با بسیاری از شرایط سلامت روان مانند بیماری های خوردن، اعتیاد به مواد، افسردگی و اضطراب در ارتباط است. بسیاری از محققان باور دارند که شرایط سلامت روانی شامل تغییراتی در نحوه پاسخ مغز به اتفاقاتی است که درون بدن اتفاق می‌افتد. برای مثال بر اساس برخی نظریه‌ها اضطراب با حساسیت بیش از حد به سیگنال‌هایی که از درون بدن می‌رسند در ارتباط است در حالیکه افسردگی با کاهش حساسیت به این سیگنال ها ارتباط دارد. در حین حمله پنیک برخی ممکن است که تنگی نفس را تجربه کنند، اما اگر آن ها به سیگنال های درونی بدن بیش از حد حساس هستند حتی یک تنگی نفس خفیف ممکن است باعث یک پاسخ هیجانی قوی شود که همه چیز را بدتر میکند. در حقیقت محققان فهمیده‌اند که حمله پنیک با تغییراتی در اینسولا در ارتباط است.
امروزه اینسولا چگونه مورد مطالعه قرار می‌گیرد؟
اما محققان چگونه می‌توانند مکانیسم ارتباط بین بدن و مغز را درک کنند؟ وقتی محققان این موضوع را مورد مطالعه قرار می‌دهند آنان باید این را مد نظر قرار دهند که تغییرات فیزیکی بسیاری در بدن در هر لحظه در حال اتفاق افتادن است. برای اجرای یک آزمایش محققان باید به نوبت به هر تغییر در بدن با اندازه گیری و کنترل آن نگاه کنند. برای مطالعه اینسولا، ما تنها یک متغیر را تغییر می‌دهیم در حالی که فعالیت اینسولا را دستکاری یا مشاهده میکنیم. با این کار میتوانیم بفهمیم اینسولا چگونه به تغییرات زیاد درون بدن ما پاسخ می‌دهد و اینکه اینسولا چگونه کارکرد‌های بدنی را در پاسخ به تغییرات جهان بیرونی کنترل میکند.
محققان این آزمایش ها را با استفاده از مدل‌های حیوانی و همچنین بر روی انسان انجام می‌دهند. با استفاده از جدیدترین تکنولوژی‌ها در مدل های حیوانی میتوانیم الگوهای پیچیده فعالیت در اینسولا را با مونیتور کردن صدها و شاید هزاران سلول مغزی هنگامی که در حال پاسخ دادن به رخدادهای درونی و بیرونی هستند بخوانیم و کدگشایی کنیم. ما همچنین میتوانیم فعالیت اینسولا را در مدل های حیوانی با دیکته کردن الگوی فعالیت اینسولا کنترل کنیم. به عنوان مثال، ما میتوانیم فعالیت سلول‌ها در اینسولا را در پاسخ به بوی غذا ثبت کنیم و مشخص کنیم کدام سلول مشخص به بوی غذا پاسخ می‌دهد. سپس میتوانیم به صورت مصنوعی آن سلول‌های خاص در اینسولا را فعال کنیم و هرگونه تغییر در بدن را مشاهده کنیم.
منبع:
Frontiers for young minds
https://kids.frontiersin.org/articles/10.3389/frym.2022.867981
