آیا می‌دانید که مغز ما دارای دو بخش است که به عنوان نیم کره نامیده می‌شوند؟ بسیاری از مردم این واقعیت جذاب را در مورد مغز خود نمی‌دانند! اکثریت قریب به اتفاق افرادی که بر روی این کره خاکی قدم بر می‌دارند مغری با دو قسمت مجزا دارند، اما این دو نیمه با استفاده از یک ساختار مخصوص دیگر با یکدیگر مرتبط هستند.
دو نیم کره مغز ما هر کدام به بخش‌های دیگری تقسیم می‌شوند. در هر یک از این بخش‌ها، مناطق یا لوب‌هایی وجود دارند که فرآیندهایی نظیر بینایی، حرکات و شخصیت ما را کنترل می‌کنند. به عنوان مثال، لوب پس سری در قسمت خلفی مغز مسئول پردازش بینایی است و لوب پیشانی اعمال شناختی و شخصیت فرد را کنترل می‌کند.
لوب‌های مغز بین دو نیم کره راست و چپ مغز تقسیم شده‌اند. این ترتیب آناتومیکال ایجاب می‌کند تا برای عملکرد درست لوب‌ها، دو نیم کره مغز با یکدیگر ارتباط داشته باشند. این مورد چگونه ممکن است؟ ارتباط بین نیمکره‌ها بوسیله یک دسته متراکم از الیاف عصبی به نام جسم پینه‌ای (corpus callosum) انجام می‌شود. جسم پینه‌ای دو نیم کره مغز را به صورت فیزیکی و ارتباطی به متصل می‌کند. هنگامی که این ساختار آسیب ببیند، مانند زمانی که بریده شود، نتیجه شرایط گفته شده، دوپاره مخ (split brain) گفته می‌شود.
زمانی که پزشکان اولین جراحی بریدن جسم پینه‌ای را انجام دادند، مطالعه علمی در مورد پدیده split brain در اوایل دهه ۱۹۶۰ آغاز شد. در این روش جراحی قسمتی یا تمام جسم پینه‌ای فرد بریده می‌شود که این خود می‌تواند باعث قطع ارتباط کامل یا جزئی دو نیم کره مغز شود. این عمل جراحی ابتدا برای کنترل حملات صرعی بزرگ (grand mal seizures) انجام می‌شد و به موفقیت‌های بزرگی نیز دست یافت. با این حال، زمانی که جسم پینه‌ای بریده می‌شود، دو نیم کره مغز دیگر نمی‌توانند مانند حالت عادی با هم ارتباط برقرار کنند. این عدم توانایی ارتباطی، دانشمندان را به تحقیق در مورد نحوه توزیع وظایف بین نیم کره‌های مغزی هدایت کرد.
راجر ولکات اسپری (Roger W. Sperry)
راجر ولکات اسپری برنده جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی سال ۱۹۸۱ به خاطر کشفیاتش در مورد عملکرد اختصاصی نیم کره‌های مغزی است. اگر چه اسپری به تحقیق بر روی مسائل مهمی مانند chemoaffinity و بازسازی عصبی پرداخته بود، اما کمیته نوبل به کشفیات وی در موضوع split brain تمرکز کرد. در سال ۱۹۱۳ در هارتفورد ایالات متحده متولد شد و در سال ۱۹۹۴ در پاسادنا وفات یافت. هنگام دریافت جایزه در مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) مشغول به کار بود.
او در کالج اوبرلین (Oberlin College) به مطالعه روان شناسی و سایر موضوعات، و در دانشگاه شیکاگو به مطالعه جانور شناسی پرداخته است. پس از این که به عنوان محقق در دانشگاه هاروارد، دانشگاه شیکاگو و مؤسسه ملی بهداشت ایالات متحده (NIH) کار کرد، به عنوان استاد روان زیست شناسی در موسسه فناوری کالیفرنیا مشغول به کار شد.
توضیح مختصر
در دهه ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰، راجر اسپری آزمایش‌هایی را بر روی گربه‌ها، میمون‌ها و انسان‌ها انجام داد تا تفاوت‌های عملکردی بین دو نیم کره مغزی را بررسی کند. برای انجام این کار او مطالعه جسم پینه‌ای را آغاز کرد. اسپری با قطع کردن جسم پینه‌ای در گربه‌ها و میمون‌ها عملکرد هر نیمه مغزی را بررسی نمود. او دریافت که اگر نیم کره‌ها با هم مرتبط نباشند، به طور مستقل از یکدیگر عمل می‌کنند که این حالت را split brain نامید. این حالت توانایی به حافظه سپردن اطلاعات دوگانه را به حیوانات می‌داد. بعدها، اسپری همین ایده را در انسان‌ها آزمود. در این افراد به دنبال درمان بیماری صرع، جسم پینه‌ای بریده شده بود. او به این نکته پی برد که نیم کره‌های مغز انسان عملکرد‌های مختلفی دارند. به عنوان مثال نیم کره چپ مسئول تفسیر زبان می‌باشد.
اسپری تصریح کرد از آن جایی که جسم پینه‌ای، که ارتباط دهنده دو نیم کره‌ی مغزیست، ساختاری به نسبت بزرگ است و باید عملکرد مهمی داشته باشد پس قطع کردن آن لزوماً پیامد‌های عمده‌ای را به همراه دارد. اسپری طراحی آزمایشاتی را آغاز کرد تا اثرات جسم پینه‌ای آسیب دیده را ثبت کند. در آن زمان، او می‌دانست که هر نیم کره مغز مسئول حرکت و بینایی طرف مقابل بدن است، بنابراین نیم کره راست مسئول بینایی چشم چپ است و بالعکس. بنابراین، اسپری در آزمایشاتش به دقت آن چه را که هر چشم می‌بیند و اطلاعاتی را که به هر نیم کره فرستاده می‌شود را دنبال کرد.
آزمایشات
در دهه ۱۹۶۰، زمانی که اسپری مشغول انجام تحقیقات split brain بر روی انسان‌ها بود، چندین تن از دانشمندان در حال مطالعه بر روی تقسیم بندی وظایف مغز بودند. ایده‌ای که بیان می‌کرد یک نیم کره مغز در انجام بعضی از کارها از نیم کره دیگر بهتر است. با این حال، محققان نمی‌دانستند هر نیم کره مغز مسئول چه کارهایی هستند، یا این که هر نیم کره، مستقل از دیگری عمل می‌کند یا نه.
اسپری تحقیق خود را در مورد گربه‌ها در مقاله سازمان دهی مغز و رفتار (Cerebral Organization and (Behavior منتشر شده در سال ۱۹۶۱ توصیف می‌کند. برای بررسی چگونگی تأثیر برش جسم پینه‌ای در پستانداران، اسپری جسم پینه‌ای چندین گربه را بریده و آن‌ها را وادار به انجام کارهایی کرد که به حس بینایی و پاسخ به یک محرک بصری مرتبط بودند. اسپری پس از بریدن جسم پینه‌ای هر گربه، یک چشم گربه‌ها را پوشاند. او با تغییر چشم‌بند، میدان بینایی مورد نظر خود که می‌خواست گربه از آن استفاده کند را تعیین می‌کرد. وی سپس، به گربه‌ها دو بلوک چوبی با طرح‌های مختلف، یکی به شکل ضربدر و دیگری دایره، نشان داد که در زیر یکی از بلوک‌ها غذا قرار گرفته بود. او به گربه‌ها آموزش داد که وقتی بلوک‌ها را با چشم راست دیدند غذا زیر بلوک دایره‌ای، و زمانی که با چشم چپ دیدند، زیر بلوک ضربدری شکل است. در واقع اسپری به گربه‌ها تعلیم داد که با استفاده از چنگال‌هایشان بین این دو شی تمییز قائل شوند و بلوک درست را کنار بزنند تا به غذا برسند.
در مرحله‌ی بعدی او همان آزمایش را تکرار کرد اما این بار چشم‌بند را برداشت؛ در نتیجه گربه‌ها می‌توانستند با هر دو چشم خود ببینند. هنگامی که گربه‌ها می‌توانستند از هر دو چشم خود استفاده کنند، مردد مانده و سپس هر دو بلوک را تقریباً هم زمان انتخاب می‌کردند. همان‌طور که می‌دانیم چشم راست با نیم کره چپ و چشم چپ با نیم کره راست مرتبط است. اسپری گمان برد از آن جایی که جسم پینه‌ای در این گربه‌ها بریده شده، نیم کره‌ها نمی‌توانند با هم ارتباط برقرار کنند. اگر نیم کره‌ها نتوانند با هم ارتباط برقرار کنند و اطلاعات یک چشم تنها به یک نیم کره برسد، فقط آن نیم کره می‌تواند به یاد داشته باشد که غذا زیر کدام بلوک بوده. طبق این نکات، اسپری نتیجه گرفت که گربه‌ها دو سناریوی متفاوت را با دو نیم کره مختلف به خاطر سپرده‌اند. او به این فکر افتاد که گربه‌ها به لحاظ عملی دارای دو مغز مختلف بودند، زیرا نیم کره‌های مغز نمی‌توانستند با هم تعامل کنند و چنان عمل می‌کردند که گویی دیگری وجود ندارد.
اسپری آزمایش‌های مشابهی را با میمون‌هایی که جسم پینه‌ای آن‌ها نیز قطع شده بود انجام داد. او می‌خواست به بررسی این مورد بپردازد که آیا با وجود قطع ارتباط، دو نیم کره باز هم می‌توانند هم زمان عمل کنند یا نه. این امر نیاز به جداسازی میدان‌های دید داشت به این صورت که اطمینان حاصل شود به طور هم زمان چشم راست تصویر دایره و چشم چپ تصویر ضربدر را می‌بیند؛ مانند آزمایش با گربه‌ها، اما بدون چشم بند. به جای تعویض چشم بند یا باز کردن متناوب چشم‌ها، هر دو چشم در یک زمان باید شی مورد نظر را ببینند. اسپری این مشکل را حل کرد. او از دو پروژکتور که در یک زاویه کنار هم قرار گرفته بودند استفاده کرد و متقابلاً تصاویر منحصر به فردی را به میمون‌ها نشان داد. به عنوان مثال، پروژکتور سمت راست یک دایره در سمت چپ و یک ضربدر در سمت راست را نشان می‌داد، در حالی که پروژکتور سمت چپ نشانگر یک ضربدر در سمت چپ و یک دایره در سمت راست بود. اسپری فیلترهای نوری ویژه را در برابر هر یک از چشم‌های میمون قرار داده بود. این فیلترهای نوری به گونه‌ای ساخته شده بودند که هر یک از چشم‌ها تنها تصاویر یکی از پروژکتور‌ها را دریافت می‌کردند. به این ترتیب که یکی از چشم‌ها در سمت راست دایره و در سمت چپ صلیب می‌دید، در حالی که چشم دیگر صلیب را در سمت راست و دایره را سمت چپ می‌دید. اسپری از تجربیاتش با گربه‌ها این نتیجه را گرفته بود که هیچ تبادل اطلاعاتی بین سمت نیم کره‌های راست و چپ مغز وجود ندارد، بنابراین او میمون‌ها را وادار کرد تا دو سناریو متفاوت را در یک زمان به خاطر بسپارند.
چشم چپ شاهد سناریویی بود که وقتی میمون دکمه مربوط به ضربدر را می‌فشارد غذا پراکنده می‌شود، در حالی که چشم راست سناریویی را مشاهده می‌کرد که با فشردن دکمه مربوط به شکل دایره غذاها پراکنده می‌شوند. در واقع، دکمه همان بود، اما چشم‌های میمون به دلیل وجود دو پروژکتور و فیلترهای نوری ویژه این دکمه را به صورت‌های متفاوتی می‌دید. اسپری نتیجه گرفت که هر دو نیم کره مغز، در یک زمان دو مسئله متفاوت و معکوس را یاد گرفته‌اند. او خاطر نشان کرد که میمون‌های split brain در یک بازه زمانی دو موضوع را به خاطر می‌سپارند در حالی که میمون‌های عادی در آن مدت یک موضوع را یاد می‌گیرند. این نتایج از این فرضیه که نیم کره‌ها ارتباطی با هم نداشته‌اند و هر یک به عنوان مغزی جداگانه عمل می‌کردند، حمایت کرد. با استناد به این نتایج به نظر می‌رسید که قطع جسم پینه‌ای مزایایی به همراه دارد حال سوال اسپری این بود که آیا این فرآیند اشکالات و معایبی نیز به همراه دارد یا خیر.
اسپری مجموعه آزمایش‌های بعدی خود را بر روی داوطلبان انسانی انجام داد که قبلاً به علت عوامل خارجی مانند صرع جسم پینه‌ای بریده شده داشتند. وی از داوطلبان خواست تا در چندین آزمون مختلف شرکت کنند. از تجربیات قبلی خود در رابطه با گربه‌ها و میمون‌ها، اسپری می‌دانست که در این افراد یک نیم کره مغز تنها اطلاعات چشم مخالف را دریافت می‌کند و نیم کره‌ها قادر به برقراری ارتباط با یک دیگر نیستند تا اطلاعات بینایی دریافت شده را منتقل کنند. او از شرکت کنندگان خواست تا به صفحه سفیدی با نقطه سیاه در وسط نگاه کنند. نقطه سیاه نقطه تقسیم برای میدان‌های بینایی یک فرد بود، بنابراین نیم کره راست مغز هر آن چه را که در سمت چپ نقطه سیاه بود را تجزیه تحلیل می‌کرد و برعکس نیم کره چپ مغز اطلاعات سمت راست نقطه سیاه را بررسی می‌کرد. در مرحله بعدی، اسپری به شرکت کنندگان یک کلمه را در یک طرف نقطه سیاه برای کمتر از یک ثانیه نشان داد و از آن‌ها خواست نام آن چه را که دیده‌اند بازگو کنند. هنگامی که شرکت کنندگان این کلمه را با چشم راست خود دیدند، نیم کره چپ مغز، آن را تجزیه و تحلیل کرده و آن‌ها توانستند آن چه را که دیدند نام ببرند. با این حال، اگر شرکت کنندگان این کلمه را با چشم چپ خود می‌دیدند، پس از پردازش توسط نیم کره راست، نمی‌توانستند به یاد آورند که کلمه نشان داده شده چه بود. اسپری نتیجه گرفت که نیم کره چپ مسئول مهارت‌های زبانی است در حالی که نیم کره دیگر این توانایی را به این شکل ندارد.
سپس اسپری عملکرد نیم کره راست را بررسی کرد. او از شرکت کنندگان آزمایش قبلی، که کلمه دیده شده در میدان بینایی چشم چپ را به خاطر نمی‌آوردند، خواست این بار چشمان خود را بسته و شکل آن جسم را بر روی کاغذ رسم کنند. اکثر افراد می‌توانستند تصویر کلمه‌ای که دیده بودند را تشخیص داده و آن را رسم کنند. اسپری همچنین به این نکته اشاره کرد که اگر او همان کلمه را دو بار در همان میدان بینایی نشان دهد، شخص می‌تواند آن را به عنوان کلمه از قبل دیده شده به یاد آورد، اما اگر همان کلمه را در میدان‌های مختلف بینایی نشان دهد، شرکت کنندگان نمی‌توانستد تشخیص دهند که آن کلمه را از پیش دیده‌اند یا خیر. او نتیجه گرفت که نیم کره چپ نه تنها مسئول مهارت‌های نحوی زبان است بلکه، وظیفه درک و یادآوری کلمات را نیز بر عهده دارد. در حالی که نیم کره راست تنها می‌تواند کلمات را تشخیص دهد، اما قادر به بیان آن‌ها نیست. نتایج حامی این ایده هستند که مرکز زبانی در نیم کره چپ قرار دارد.
اسپری یک آزمایش مشابه دیگر را بر روی انسان‌ها انجام داد تا بتواند توانایی نیم کره راست را در تشخیص کلمات بیازماید. طی این آزمایش، اسپری از داوطلبان خواست تا دست چپ خود را در جعبه‌ای با ابزارهای مختلفی که نمی‌توانستند ببینند قرار دهند. پس از آن، شرکت کنندگان نام یکی از اشیای داخل جعبه را در سمت چپ فیلد بینایی خود مشاهده کردند. اسپری خاطر نشان کرد که اکثر شرکت کنندگان بدون نیاز به دیدن توانستند شی مورد نظر را از داخل جعبه بردارند. اما اگر اسپری از آن‌ها می‌خواست تا نام این وسیله را بگویند از انجام این کار عاجز بودند و نمی‌دانستند که چرا این وسیله را در دست گرفته‌اند. این باعث شد اسپری به این نتیجه برسد که نیم کره راست برخلاف مهارات‌های گفتار زبانی تا حدودی توانایی شناخت زبانی را دارد، به این صورت که نیم کره راست می‌تواند کلمه را تشخیص دهد یا بخواند، اما نمی‌تواند این کلمه را تلفظ کند، بنابراین فرد قادر نخواهد بود تا کلمه را بیان کند.
در آخرين سری آزمايشات اسپری بر روی انسان‌ها، او به یک چشم شرکت کنندگان یک شی و به چشم دیگر جسم دیگری را نشان داد. او از داوطلبان خواست تا آن چه را که با چشم چپشان دیدند، با چشمان بسته رسم کنند. تمام شرکت کنندگان جسمی را که با چشم چپ خود (کنترل شده توسط نیم کره راست) دیده بودند را رسم کردند و ویژگی‌های جسمی را که با چشم راست خود (کنترل شده توسط نیم کره چپ) مشاهده کرده بودند بر شمردند. از آن جایی که توصیف شی با شکل رسم شده آن با هم هماهنگ نبودند، این فرضیه اسپری که نیم کره‌های مغزی به طور جداگانه، بدون آگاهی از وجود دیگری، به صورت دو مغز مختلف عمل می‌کنند تأیید شد. اسپری نتیجه گرفت که اگرچه هیچ نشانه‌ای از معلولیت در افراد با جسم پینه‌ای آسیب دیده وجود ندارد، اما نیم کره‌ها با یکدیگر ارتباط ندارند، بنابراین عملکرد کامل مغز در معرض خطر است.
در نهایت اسپری کشف کرد که نیم کره چپ مغز مسئول درک زبان و مهارت‌های بیانی است، در حالی که نیم کره راست می‌تواند کلمه را تشخیص دهد، اما قادر به بیان آن نیست. در ادامه بسیاری از محققان آزمایش‌های اسپری را برای مطالعه الگوهای split brain و طبقه بندی عملکرد مغز تکرار کردند.
