ما چگونه می‌دانیم کجا هستیم؟ چه طور می‌توانیم مسیر مکانی به مکان دیگر را پیدا کنیم؟ همچنین چگونه می‌توانیم این اطلاعات را به گونه‌ای در مغزمان ثبت کنیم که در دفعات بعدی برای مسیریابی این مناطق آنها را به سرعت به یاد آوریم؟ برندگان نوبل سال گذشته یک سیستم موقعیت‌یابی، در واقع یک GPS داخلی، در مغز کشف کرده‌اند که امکان جهت‌یابی را برای ما فراهم می‌کند. این سیستم پایه‌ای سلولی دارد.

در سال ۱۹۷۱ جان اوکیف اولین جزء از این سیستم موقعیت‌یابی را کشف نمود. وی متوجه شد که نوعی از سلول‌های عصبی در منطقه‌ای از مغز به نام هیپوکامپ وجود دارند که زمانی‌که موش‌های آزمایشگاهی در یک محل معین از اتاق قرار می‌گرفتند فعال می‌شدند. وی مشاهده کرد که سایر سلول‌های عصبی زمانی فعال می‌شوند که موش‌ها در مکان‌های دیگری از اتاق قرار می‌گیرند. اوکیف از این مشاهدات نتیجه‌گیری کرد که این سلول‌های مکان نقشه‌ای از اتاق در مغز موش تشکیل داده‌اند.
بیش از سه دهه پس از این کشف، در سال ۲۰۰۵ May-Britt و Edvard Moser یک مولفه‌ی کلیدی دیگر از سیستم موقعیت‌یابی مغز را کشف کردند. آنها نوعی دیگر از سلول‌های عصبی به نام سلول‌های شبکه را شناسایی کردند که یک سیستم مختصات ایجاد می‌کند و امکان مکان‌یابی و مسیریابی دقیق برای مغز را فراهم می‌کند. تحقیقات بعدی نشان داد که سلول‌های مکان و شبکه می‌توانند تعیین موقعیت و جهت‌یابی در مغز را انجام دهند.
اکتشافات این سه نفر، John O’Keefe، May-Britt Moser و Edvard Moser مشکلی که قرن‌ها فیلسوفان و دانشمندان را به خود مشغول کرده بود حل نمودند: مغز چگونه نقشه‌ای از فضای اطراف ما ایجاد می‌کند و ما چگونه راه خود را در یک محیط پیچیده می‌یابیم؟

درک مکان و قابلیت جهت‌یابی برای وجود ما حیاتی و بسیار مهم است. در حین جهت‌یابی و مسیریابی، این قابلیت‌ها با توانایی درک فاصله که بر اساس حرکت و دانستن موقعیت‌های پیشین است پیوند می‌خورند.
مبحث مکان‌یابی و جهت‌یابی برای مدت زمانی طولانی فیلسوفان و دانشمندان را به خود مشغول کرده است. بیش از ۲۰۰ سال قبل، فیلسوف آلمانی امانوئل کانت استدلال کرد که برخی توانایی‌های ذهنی به صورت یک بینش ذاتی و مستقل از تجربه وجود دارند. او مفهوم فضا را به عنوان یک اصل داخلی ساخته‌ی ذهن در نظر گرفت که از طریق آن جهان درک می‌شود. با ظهور روان-شناسی رفتاری در اواسط قرن ۲۰ میلادی، پاسخ به سوالات در این زمینه به صورت تجربی امکان‌پذیر شد. زمانی که Edward Tolman تعدادی موش‌ را در حین حرکت در یک راه پیچ‌در‌پیچ (مزس، labyrinth) مورد بررسی قرار داد، مشاهده کرد که این جانداران قادر به جهت‌یابی هستند. بدین ترتیب وی به این نتیجه رسید که یک نقشه‌ی مکان‌یابی در مغز این موش‌ها تشکیل می‌شود که برای یافتن مسیر صحیح به آنها کمک می‌کند. اما سوال مهم‌تر این بود که چگونه این نقشه‌ها در مغز ایجاد می‌شوند.

جان اوکیف مجذوب مبحث چگونگی کنترل رفتار توسط مغز شده بود و در اواخر دهه‌ی ۱۹۶۰ تصمیم گرفت با روش‌های فیزیولوژی عصبی (نوروفیزیولوژی) به آن بپردازد. هنگام ضبط سیگنال‌های دریافتی از سلول‌های عصبی در بخشی از مغز به نام هیپوکامپ از موش‌هایی که آزادانه در یک اتاق حرکت می‌کردند، اوکیف متوجه شد که سلول‌های عصبی خاصی هنگام حضور موش در مکانی خاص از اتاق فعال می‌شوند.

او توانست نشان دهد که این سلول‌های مکان صرفاً در ارتباط با ورودی‌ بصری به مغز کار نمی‌کنند، بلکه این سلول‌ها یک نقشه از محیط در مغز به وجود می‌آورند. اوکیف نتیجه گرفت که بخش هیپوکامپ مغز نقشه‌های متعددی تولید می‌کند که به صورت فعالیت جمعی سلول‌های مکان که در محیط‌های مختلف فعال می‌شوند هستند. بنابراین خاطره‌ی یک محیط خاص می‌تواند به صورت ترکیبی خاص از فعالیت سلول‌های مکان در هیپوکامپ مغز ثبت شود.
از طرف دیگر، May-Britt و Edvard Moser در حال نقشه‌برداری از اتصالات موجود به هیپوکامپ در مغز موش‌های در حال حرکت داخل یک اتاق بودند که متوجه الگویی شگفت‌آور از فعالیت در بخشی نزدیک به هیپوکامپ در مغز به نام قشر انتورینال شدند. در این ناحیه سلول‌هایی خاص با عبور موش از مکان‌های مختلف به صورت یک شبکه‌ی شش‌ضلعی فعال می‌شدند.

هر کدام از این سلول‌ها در یک الگوی مکانی منحصر به فرد فعال می‌شدند و در مجموع این سلول‌های شبکه یک سیستم هماهنگ که اجازه‌ی جهت‌یابی فضایی را به مغز می‌دهد ایجاد می‌کردند. این سلول‌ها به همراه سلول‌های دیگر از قشر انتوریال که جهت سر و مرز اتاق را تشخیص می‌دهند، مدارهایی با سلول‌های واقع در هیپوکامپ تشکیل می‌دهند. این مدار به عنوان یک سیستم جامع موقعین‌یابی یا یک GPS در داخل مغز شناخته می‌شود.

تحقیقات اخیر با استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری از مغز و همچنین مطالعه بر روی بیماران تحت جراحی مغز و اعصاب شواهدی مبنی بر وجود سلول‌های مکان و شبکه در مغز انسان ارائه کرده است. در بیماران مبتلا به آلزایمر، هیپوکامپ و قشر انتوریال غالباً در مراحل اولیه‌ تحت تأثیر قرار می‌گیرند. این افراد معمولاً راه خود را گم می‌کنند و قادر به تشخیص محیط اطراف خود نیستند. بنابراین دانش ما در مورد سیستم موقعیت‌یابی مغز ممکن است به ما در درک مکانیزم زیربنا در از دست دادن حافظه‌ی فضایی در بیماران مبتلا به آلزایمر کمک کند.

کشف سیستم موقعیت‌یابی مغز نشان‌دهنده‌ی تغییر در درک ما از نحوه‌ی کار گروهی از سلول‌های خاص به منظور انجام اهداف شناختی مورد نظرشان است. این کشف راه‌های جدیدی برای فهم دیگر فرآیندهای شناختی مانند حافظه، تفکر و برنامه‌ریزی برای ما باز کرده است.

منيع:

Nobel Prize

منابع مفيد:

معرفي جايزه نوبل- ويکيپديا

مغز انسان

حقه‌هاي ذهني

مغز انديشه روان

شبکه عصبي مصنوعي

سلول عصبي

کانت

بيماري آلزايمر

اسبک مغز-ويکيپيديا

کانت-ويکيپديا

Neurophysiology