هنگامی که در حال رانندگی به سوی یک تقاطع هستید چراغ قرمزی که روشن می‌شود (یا باید روشن شود) شما را مجبور می‌کند که روی ترمز فشار دهید. این عمل به لطف زنجیره‌ای از وقایع در درون سر شما رخ می‌دهد.
چشم سیگنال‌هایی را به مراکز بصری در پشت مغزتان می‌فرستد. پس از این که این سیگنال‌ها پردازش شدند، در امتداد یک مسیر به منطقه‌ای دیگر تحت عنوان “قشر پیش‌حرکتی”، جایی که مغز برای حرکات برنامه‌ریزی می‌کند، حرکت می‌کنند.
حالا تصور کنید که دستگاهی در مغز شما نصب شده است که می‌تواند مسیرها را به صورت میان‌بر طی کند، و اطلاعات را مستقیماً به قشر پیش‌حرکتی مغز تزریق نماید. این ممکن است شبیه به قسمتی از فیلم “ماتریکس” به نظر بیاید. ولی در حال حاضر دو دانشمند علوم اعصاب در دانشگاه روچستر می‌گویند که توانسته‌اند عرضۀ اطلاعات را به صورت مستقیم به قشر پیش حرکتی مغز میمون‌ها انجام دهند. محققان روز پنجشنبه نتایج مطالعات خود را در ژورنال Neuron منتشر کردند.
مقالۀ مرتبط: ساخت میکروچیپ مشابه نورون
اگرچه تحقیق در مراحل اولیه بوده و فقط روی دو میمون انجام شده، ولی محققان پیش‌بینی کرده‌اند که تحقیقات بیشتر ممکن است منجر به توسعۀ ایمپلنت‌های مغزی برای افرادی که سکته مغزی داشته‌اند بشود.
کوین آ. مازورک (Kevin A. Mazurek) یکی از همکاران حاضر در این مطالعه توضیح می‌دهد:
می‌توان به صورت بالقوه از مناطق آسیب‌دیده عبور کرد و تحریکات را به قشر پیش‌حرکتی رساند. این می‌تواند راهی برای پل زدن از روی قسمت‌هایی از مغز باشد که دیگر نمی‌توانند ارتباطی برقرار کنند.
به منظور مطالعه‌ی قشر پیش حرکتی دکتر مازورک و همکارش، مارک شیبر (Marc H. Schieber)، دو میمون رزوس را آموزش دادند (میمون رزوس نوعی میمون است که اولین بار عامل Rh در خون آن‌ها کشف شد). میمون‌ها مقابل صفحه‌‌ای مجهز به یک دکمه، یک دستگیره کروی شکل، یک دستگیره استوانه‌ای، و یک دسته‌ی اهرمی T شکل قرار گرفتند.
اطراف هر یک از این اشیا با لامپ‌های LED احاطه شده بود. اگر چراغ‌های اطراف یک جسم روشن می‌شد، میمون‌ها باید دست خود را به آن می‌زدند تا پاداش خود را، که در این حالت یک دوش آب سرحال کننده (!) بود، دریافت کنند.
هر یک از اشیا نیاز به یک نوع عملکرد خاص داشت. اگر چراغ دکمه روشن می‌شد، میمون‌ها باید آن را فشار می‌دادند. اگر دستگیره کروی می‌درخشید، باید آن را می‌چرخاندند. اگر دستگیره‌ی T شکل و یا استوانه‌ای روشن می‌شد، مجبور بودند که آن را بکشند.
پس از این که میمون‌ها یاد گرفتند که چگونه بازی را انجام دهند، دکتر مازورک و شیبر آن‌ها را مجبور کردند که با نسخه‌ی مخابره‌ای آن بازی کنند. پژوهشگران ۱۶ الکترود در قشر پیش حرکتی مغز هر کدام از میمون‌ها نصب کردند. هر بار که لامپ‌های اطراف چیزی روشن می‌شد، الکترودها یک جریان برق کوتاه و ضعیف را به مغز منتقل می‌کردند.
مقالۀ مرتبط: تکانه‌های بسیار سریع نور و تحریک نورون‌ها
الگوهایی که پژوهشگران می‌خواستند میمون‌ها را بر اساس آن بازی داده و دستکاری کنند، متغیر بود. هرچه میمون‌ها دوره‌های بیش‌تری از بازی را انجام می‌دادند، حلقه‌های نوری کم‌تر می‌شد. در ابتدا کم‌تر شدن نور، باعث‌شد که میمون‌ها اشتباه کنند، اما بعداً عملکردشان بهبود یافت. در نهایت، چراغ‌ها به طور کلی حذف شدند اما همچنان میمون‌ها قادر بودند که تنها با استفاده از سیگنال الکترودهایی که در ارتباط با مغزشان بود، شئ درست را انتخاب کنند و آن جسم را برای گرفتن پاداش دستکاری نمایند. آن‌ها این عمل را به خوبی زمانی که فقط چراغ‌ها روشن بودند انجام دادند.
این موضوع اشاره به این مسئله دارد که مناطق حسی مغز که اطلاعات گرفته شده از محیط را پردازش می‌کنند، می‌توانند به صورت کامل از بین بروند. مغز می‌تواند یک پاسخ را با استفاده از دریافت اطلاعات به صورت مستقیم از طریق الکترودها صادر کند.
متخصصین اعصاب از قبل می‌دانستند که اعمال جریان الکتریکی به بخش‌های خاصی از مغز می‌تواند افراد را به صورت ناخواسته وادار کنند که قسمت‌هایی خاص از بدن‌شان را به شدت تکان دهند. اما این چیزی نیست که میمون‌ها تجربه کرده‌اند.
دکتر مازورک و دکتر شیبر توانستند این قاعده را با بررسی این که چگونه می‌توانند پالس‌های کوتاه ایجاد کنند از بین ببرند. با یک ضربه کوتاه دستوری درحدود یک پنجم ثانیه، میمون‌ها توانستند همچنان بازی را بدون روشن شدن چراغ‌ها به خوبی انجام دهند. چنین پالسی بسیار کوتاه‌تر از این بود که باعث شود میمون‌ها با آن تکان بخورند.
پاول چنی (Paul Cheney)، نوروفیزیولوژیست مرکز پزشکی دانشگاه کانزاس که در مطالعه جدید دخالتی نداشت گفت:
تحریک باید تولید ادراک آگاهانه داشته باشد. اما دقیقاً چنین چیزی هست؟! خیلی گفتن آن مشکل است. همه این‌ها به کنار، شما نمی‌توانید خیلی راحت از میمون‌ها بپرسید که به شما بگویند که چه چیزی را تجربه کرده‌اند.
دکتر شیبر گمان برده بود که “میمون‌ها ممکن است صرفاً چیزی را روی پوست خود حس کرده باشند. کسی چه م‌یداند؟!”
چیزی که یافته‌ها را به صورت خاصی جالب توجه می‌کند این است که سیگنال‌هایی که دانشمندان به مغز میمون‌ها فرستادند هیچ اتصال پایه‌ای به دکمه، دسته، دستگیره، یا استوانه نداشت.
هنگامی که میمون‌ها از سیگنال برای گرفتن اشیا استفاده کردند، محققان آن را با تکالیف جدید درآمیختند. حالا الکترودهای متفاوتی برای اشیاء متفاوتی شلیک می‌کرد و میمون‌ها به سرعت قوانین جدید را یاد گرفتند.
مایکل آ .گرازیانو (Michael A. Graziano)، متخصص علوم اعصاب در دانشگاه پرینستون که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت:
این بخش از مغز از اول برای حرکت طراحی نشده است، اما یک موتور یادگیری می‌باشد.
دکتر مازورک و دکتر شیبر تنها آرایه‌های کوچکی از الکترودها را در میمون‌ها قرار دادند. مهندسان روی آرایه‌های قابل کاشتی کار می‌کنند که ممکن است تا ۱۰۰۰ الکترود را هم شامل شود. بنابراین ممکن است روزی بتوان بسته‌های اطلاعاتی پیچیده‌تری را هم به قشر پیش حرکتی مغز انتقال داد.
دکتر شیبر گمان می‌کنند که ممکن است روزی دانشمندان قادر به استفاده از چنین الکترود های پیشرفته‌ای برای کمک به افرادی باشد که از صدمات مغزی رنج می‌برند. به عنوان مثال؛ سکته‌های مغزی می‌تواند بخش‌هایی از مغز را در طول مسیری که از ناحیه حسی به مناطقی از مغز که تصمیمات گرفته می‌شود و دستورات به بدن صادر می‌شود، تخریب کند. الکترودهای کاشته شده ممکن است در نورون‌های نواحی سالم مانند قشر بینایی اطلاعات را بگیرند و سپس آن‌ها را به قشر پیش حرکتی منتقل کنند.
دکتر شیبر افزود:
هنگامی که کامپیوتر می‌گوید شما چراغ قرمز را می‌بینید، باید پاسخ دهید “اوه! من می‌دانم که این یعنی باید پایم روی ترمز فشار دهم”. شما اطلاعات را از یک قسمت خوب مغز می‌گیرید و آن را به یک منطقه پایین‌تر که می‌گوید شما چه کاری باید بکنید انتقال می‌دهید.
