روایت مغز: مطالعه کارکرد بخش‌های مختلف مغز از روی آسیب‌های آن

اوایل قرن نوزدهم نقطه عطفی در تاریخ نورولوژی محسوب می‌شود. در این سال‌ها محلی سازی عملکردهای مغزی توجه زیادی را به خود جلب کرد. با این که نظریه فرنولوژی فرانس جوزف گال (Franz Joseph Gall ) در مورد محلی سازی عملکرد مغزی از لحاظ علمی درست نبود اما، تاثیر زیادی بر روی علم دوران خود داشت.

نظریه فرنولوژی بیان دارد که مغز جایگاه ذهن است و از واحدهای عملکردی مستقل تشکیل شده است. هر بخش ویژگی‌های شخصیتی و عملکردهای مختلف مغز را بر عهده دارند که با بخش دیگر متفاوت بوده و تفاوت‌های این واحدها بر روی جمجمه نیز منعکس می‌شود.

در آن زمان آکادمی علوم فرانسه توسط ناپلئون بناپارت (Napoleon Bonaparte) تحت فشار قرار گرفت تا با تشکیل کمیته‌ای علمی به بررسی نظریه گال بپردازد. گال، در ارائه مستندات خود به این آکادمی، نسبت به نظریه خود درباره جایگاه ذهن، بیشتر بر روی بخش وجود بخش‌های عملکردی مجزا در مغز، تمرکز کرد.  

آکادمی از فیزیولوژیست پیشرو زمان خود، پییر فلورنس خواست که با انجام آزمایشاتی بر روی حیوانات صحت تئوری گال را بیازماید. فلورنس با ارائه شواهدی تجربی فرضیه محلی سازی عملکردی در مغز را زیر سؤال برد. تکنیک مورد استفاده وی از جراحی و اسخراج قسمت‌هایی از مغز و بررسی نحوه عملکرد بقیه قسمت‌ها با مطالعه رفتاری بود. با این که این روش پیشتر از فلورانس هم استفاده می‌شد، اما تحقیقات او آغاز دوران مدرن پژوهش‌های تجربی بود. او یکی از پیشگامان استفاده از روش‌های تجربی در نوروآناتومی محسوب می‌شود.

ژان پییر فلورنس (Jean Pierre Flourens)

پیر فلورنس در سال ۱۷۹۴ در موریلهان (Maureilhan) فرانسه به دنیا آمد. در سن ۱۹ سالگی از دانشکده پزشکی در مونپیلر (Montpelier) مدرک پزشکی خود را دریافت کرد. او سپس تحت نظر جورج کووییر (Georges Cuvier)، دیرینه شناس و زیست شناس مشهور مشغول به کار شد. تحت نظر کووییر، فلورنس اقدامات مهمی را در حوزه آزمایش‌های تجربی مقایسه‌ای بر روی مغز آغاز کرد. تحقیقات او بر روی مغز در سال‌های ۱۸۲۲ و ۱۸۲۳ توسط کووییر به آکادمی علوم ارائه شد و سال بعد با نوشتاری جدید، به عنوان اولین کتاب فلورانس با نام Recherches experimentales sur les proprietes et les fonctions du systeme nerveux dans les animaux vertebres منتشر شد. با حمایت‌های کووییر، فلورنس به عنوان یکی از اعضای آکادمی علوم پذیرفته شد و پس از مرگ کووی در سال ۱۸۳۳، به توصیه او، به سمت منشی دائم آکادمی درآمد. فلورنش بعدها کرسی استادی در حوزه آناتومی تطبیقی ​​را در موزه جاردین د روی (Jardin de Roi,) به دست آورد و در سال ۱۸۵۵ به عنوان استاد تاریخ طبیعی کالج فرانسه منصوب شد و تا زمان مرگش در سال ۱۸۶۷ در آن جا ماند.

مطالعات پییر فلورنس

همانطور که در ابتدا گفته شد از پیر فلورانس خواسته شد تا نظریه گال را مورد پژوهش قرار داده و صحت و درستی آن را ارزیابی کند. گال طی فعالیت‌های خود به نتایج مهمی رسیده بود از جمله این که قشر مغز نشان دهنده پیشرفته‌ترین سطح عملکردی مغز است و تکامل این ناحیه تفاوت بین پستانداران و انسان را مشخص می‌کند.

او تلاش کرد تا عملکرد مغز را تا نظر فیزیولوژیکی بررسی کرده و محلی سازی کند. به پاس تلاش‌های او مفهوم خیالی روح که توسط دکارت مطرح شده بود کم کم جای خود را به مفهوم مادی عملکرد اعصاب داد. با این حال او در توضیح جزئیات نظریه خود اشتباه می‌کرد. به عقیده ادوین بورینگ با این که نظریه گال نادرست بوده است، اما راه را برای بسیاری از اندیشه‌های علمی دیگر هموار کرده است.

برای آزمایش نظریه گال، فلورانس با تکنیک جراحی و ساییدن*، نواحی تعریف شده آناتومیکی مغز حیواناتی از گونه‌های مختلف مانند کبوتر و خرگوش را جدا کرده و سپس با بررسی رفتار حیوان، بومی سازی عملکردهای اختصاصی مغز را مورد مطالعه قرار داد.

محققان پیش از فلورانس برای بررسی مغز، با استفاده از مته‌ی جمجمه ضایعاتی را در مغز ایجاد می‌کردند.این کار باعث می‌شد که شناسایی دقیق آسیب و یا ردیابی خون ریزی رخ داده ممکن نباشد. اما فلورانس بخش مورد جراحی را کاملاً در معرض دید قرار داده و آن را جدا می‌کرد. او در آزمایشات خود تلاش می‌کرد تا آسیب‌های ناشی از جراحی، خونریزی و عفونت بعد از عمل را به حداقل برساند تا بتواند از ایجاد اختلال در تجزیه و تحلیل داده‌ها ماانع شود. آزمایشات او در این باره باعث شد که او بتواند وجود مرکز حرکتی در بصل النخاع و عمل هماهنگ کننده حرکات در مخچه را شناسایی کند.

فلورانس در سال‌های ۱۸۲۳ و ۱۸۲۴ بیان کرد كه مخچه فعالیت‌های حرکتی و تعادل حیوان را کنترل می‌کند و جزئیات آزمایش‌های سایشی* خود بر روی رفتار پرندگان و مهره داران پست بعد از جدا کردن بخش‌هایی از مغز را منتشر کرد. او همچنین اظهار داشت که با ایجاد ضایعاتی در قسمت بصل النحاع، در نزدیکی بطن خلفی، برخی از عملکردهای حیاتی حیوان مانند تنفس مختل می‌شود. در آزمایش با کبوترها نیز متوجه شد که با برداشتن نیمکره مغزی‌، تمامی فعالیت‌های مربوط به ادراک، حرکات و قضاوت حیوان از بین می‌رود پس او نتیجه گرفت که احتمالاً نیم کره‌های مغزی جایگاه فعالیت‌های پیچیده و شناختی هستند. او تلاش کرد تا بتواند نواحی مخصوص حافظه و فرآیندهای شناختی راکشف کند اما به دلیل ابتدایی بودن روش‌های آزمایش‌اش موفق نشد پس نتیجه گرفت که جایگاه فرآیندهای شناختی و حافظه در تمامی بخش‌های مغز پراکنده است.

فلورانس با ایده محلی سازی عملکردهای مغزی مخالف بود. او در نوشته‌های خود اشاره می‌کند که با برداشتن بخش بزرگی از لوب‌های مغزی ممکن است عملکرد‌های مغزی دچار مشکل نشود، اما با برداشتن نواحی بیشتر، تمامی عملکردهای مغزی تضعیف شده و به تدریج از بین می‌روند. به همین دلیل او نتیجه گرفت که بخش‌های مختلف مغز برای اجرای کامل وظایف خود کارکردی یکپارچه و وابسته به هم دارند. درواقع او اصرار داشت که با این که نواحی مختلف مغز عملکردهای مخصوص به خود را دارند، اما در عین حال، ارتباط نزدیکی با یکدیگر داشته و به صورت یک مجموعه واحد عمل می‌کنند.

با این حال، روش‌های مورد آزمایش فلورانس دقیق نبود، و مطالعات رفتاری او نیز از نظر عده‌ای از محققان بسیار پیش پا افتاده و خام بود. گال در انتقاد از آزمایشات فلورانس بیان داشت که برش‌های عمیق‌تر و عمیق‌تر بسیاری از مسیرهای قشری و زیر قشری مغز را قطع می‌کند. او همچنین اظهار داشت که روش فلورانس باعث تضیف تمامی عملکرد‌ها می‌شود، و با استناد به کارهای وی نمی‌توان نتیجه گیری درستی را گرفت.

او در چاپ دوم کتاب Recherches expérimentales خود در سال ۱۸۴۲، احساس (sensation) و ادراک (perception) را دو پدیده‌ای کاملاً متمایز تعریف کرد؛ بدین گونه که ادراک را فهمی از معنای احساس است.* او عقیده داشت که  که چندین ساختار زیر قشری مسئول عملکرد حسی هستند اما با انجام برش‌هایی ‌از نیمکره‌ها مشاهده کرد که اختلالاتی درجات مختلف ادراک، عقل و اراده حیوان رخ می‌دهد. آسیب‌ها بر اساس میزان ضایعه متفاوت بودند. در مورد ضایعات کوچک، ممکن بود که عملکرد مختل شده بعدها بازگردد، اما در آسیب‌های بزرگ چنین چیزی ممکن نبود. مورد دیگر در رابطه با آسیب مغز و میزان اختلال ایجاد شده این است که مغز از لحاظ عملکردی انعطاف پذیری بالایی دارد. از آن جایی که تصور می‌شد که بافت مغز قابل رشد و ترمیم نیست، پس او این فرضیه را مطرح کرد که ممکن است فعالیت‌های یکسان در ‌قسمت‌های مختلف مغز کنترل شوند.

در پایان می‌توان گفت که نتیجه گیری‌های اصلی او در مورد محلی سازی عملکرد مغز، شامل این دو مورد بود: ۱. با وجود تنوع عملکرد هر یک از قسمت‌های مغز، کل سیستم عصبی هنوز به صورت یک پارچه عمل می‌کند و ۲. مستقل از عمل مخصوص هر قسمت، هر بخش با سایر بخش‌ها یک کارکرد مشترک دارد.

کارهای دیگر فلورنس

در قرن نوزدهم، فلورنس تحقیقات مهمی را در مورد اختلالات دهلیزی یا وستیبولار و مربوط به گوش انجام داد. فلورنس برای اولین بار برای بررسی عملکرد لابیرنت‌های دهلیزی، کانال نیم دایره‌ای افقی* هر دو طرف را در کبوترها تخریب کرد. پس از تخریب کانال‌های نیم دایره، او مشاهده کرد که حرکات سر کبوترها حالت غیر عادی دارد. شنوایی با بریدن الیاف عصبی این اندام‌ها تحت تاثیر قرار نمی‌گرفت اما با تخریب پاپیلای قاعده‌ای (غشای قاعده‌ای)* قطع می‌شد. فلورنس نتیجه گرفت كه كانال‌های نیم دایره‌ای در حفظ وضعيت و تعادل حیوان نقش دارند. همچنین نشان داد كه از آن جایی که با آسیب بصل النخاع، حیوان مورد آزمایش می‌میرد، پس بصل النخاع مسئول تنظیم فعالیت گردش خون و تنفسی است. او سال ۱۸۴۷، خواص بیهوشی اتر و کلروفرم را نیز توصیف کرد.

فلورنس همچنین اولین کسی بود که در سال ۱۸۴۷ نشان داد که کلروفرم و اتر می‌توانند اثرات بیهوش کننده داشته باشند.

مطالعات محققان دیگر

محققان بسیاری پس گال و فلورنس به بررسی ایده‌های گال پرداخته و آزمایشات دقیقی را نیز طراحی کردند. پل بروکا (Paul Broca) در تحقیقات مشهور خود ارتباط بین تخریب جزئی لوب فرونتال چپ و آفازی را نشان داد. کارل ورنیکه (Carl Wernicke) منطقه مشابه منطقه بروکا را در لوب تمپورال کشف کرد، که در صورت تخریب، منجر بروز مشکلاتی در مهارت‌های زبانی می‌شد. ورنیکه تصور می‌كرد كه این ناحیه توسط فیبرهای عصبی به منطقه بروكا متصل می‌شود و درنتیجه سیستم پیچیده‌ای فرآیندهای زبانی و درک زبان را کنترل می‌کند. فریتش و هیتزیگ (Fritsch and Hitzig) در بررسی سگ‌ها نشان دادند كه نواحی قشر مغز حرکات اندام‌های مقابل را كنترل می‌کنند و آسیب این نواحی باعث ضعف عضلانی می‌شود. یافته‌های تمامی محقققان ذکر شده محلی سازی بالینی عملکردی مغز را تأیید می‌کرد.

در اواخر قرن نوزدهم، مفهوم محلی سازی عملکردهای مغزی جایگاه خود را در حوزه علوم اعصاب مستحکم ساخت و در قرن بعد شاهد استفاده از تکنیک‌های پیچیده‌ای هستیم که به بررسی و تهیه نقشه‌هایی دقیق از عملکردهای مغزی انسان و حیوان را می‌پردازد.