آیا مغز انسان «قدرت پیش‌بینی» دارد؟

این تحقیقات که به رهبری پروفسور جاناتان مایکلز انجام شد، نشان داد که مغز انسان را می‌توان یک ماشین پیش‌بینی‌کننده دانست که دائماً مدل‌هایی از تحولات آینده می‌سازد تا عملکرد بدن را بهینه و بدن را برای مقابله با رویدادها آماده کند.

یعنی مغز ما بخشی از زمان خود را، صرف پیش‌بینی اینکه «چه چیزی ممکن است روی دهد» می‌کند و همین موضوع باعث می‌شود واکنش انسان به اتفاقات، سریع‌تر و مؤثرتر باشد.

در واقع، تیم پژوهش دریافتند که مغز انسان تنها به محرک‌های حرکتی واکنش نشان نمی‌دهد، بلکه می‌تواند به‌طور فعال، آنچه قرار است در آینده روی دهد را نیز پیش‌بینی کند.

بطور مثال، بخش‌هایی از مغز که سیستم حرکتی بدن را کنترل می‌کنند، منتظر نمی‌مانند که اول کسی شما را هُل دهد تا وارد عمل شوند؛ بلکه پیش از وقوع آن، خودشان را در حالت «آماده باش» قرار می‌دهند تا واکنش نشان دهند.

یک مثال دیگر: تصور کنید که در محل کارتان هستید و یکی از همکارانتان ناگهان دستش را روی شانه شما می‌گذارد. واقعیت این است که حتی قبل از اینکه دستش به شانه شما برسد، عضلات گردن شما بیدار می‌شوند و حتی قلبتان برای حرکت او آماده می‌شود. این همان کار «پیش‌بینی و آماده سازی» مغز است.

پژوهش‌ها همچنین نشان داد که وقتی در زندگی روزمره، ما منتظر وقوع چیزی هستیم یا احتمال وقوع آن را می‌دهیم، مغز ما بدون تلاشی مشخص از سوی ما، از قبل «آماده» می‌شود.

نتایج نشان داد که میلیون‌ها نورون و مدارهای حرکتی که در سراسر مغز گسترده هستند، بطور منفعلانه منتظر سیگنال‌های حسی نمی‌مانند؛ بلکه در عوض، بطور فعال چالش‌های بالقوه را پیش‌بینی می‌کنند و خود را برای پاسخ مؤثر به اختلالات، پیکربندی می‌کنند.

درنهایت اینکه به گفتۀ پروفسور جاناتان مایکلز «وقتی در دنیا حرکت می‌کنیم، مغز ما فقط اعمال خودمان را برنامه‌ریزی نمی‌کند، بلکه برای غافلگیری‌ها هم آماده می‌شود».

این کشف چگونه ممکن شد؟
تیم تحقیق، برای درک این عملکرد مغز، آزمایش‌هایی را به کمک یک ربات اسکلت بیرونی(Kinarm) انجام دادند. این ربات، به بازوهای فرد متصل می‌شود و به پژوهشگران اجازه می‌دهد تا حرکات دست و بازو، همچنین چگونگی هماهنگی و کنترل حرکات و عملکردهای شناختی مرتبط با حرکت را در شرایط مختلف بررسی کنند.

در این آزمایش، شرکت‌کنندگان روی یک صندلی بصورت ثابت نشستند و بازویشان به این ربات متصل شد. دستگاه به گونه‌ای طراحی شده بود که می‌توانست به‌صورت غیرمنتظره بازوی فرد را در جهات مختلف حرکت دهد.

در برخی از آزمایش‌ها، شرکت‌کنندگان از قبل می‌دانستند که حرکت بعدی احتمالا به کدام سمت خواهد بود (مثلا حرکت به سمت راست) و در برخی آزمایش‌ها نمی‌دانستند و حرکت کاملا تصادفی بود.

نتایج نشان داد زمانی که شرکت‌کنندگان از جهت احتمالی حرکت آگاه بودند، فعالیت عصبی در قشر حرکتی مغز و سیگنال‌های عضلانی قبل از آغاز حرکت، افزایش می‌یافت. به بیان دیگر، حتی قبل از اینکه نیروی خارجی واقعاً بازو را حرکت دهد، مغز و بدن پیشاپیش خود را آماده پاسخ‌دهی در همان جهت می‌کردند.

در این تحقیق همچنین از فناوری پیشرفته نوروپیکسل استفاده شد که امکان ثبت همزمان عملکرد هزاران نورون را فراهم می‌کرد و بینش بی‌سابقه‌ای در مورد مدارهای حرکتی مغز ارائه می‌داد.

این تحقیق بار دیگر این فرضیه را ثابت کرد که مغز سیستم حرکتی بدن را بر اساس مدل‌های پیش‌بینی‌شده از محیط تنظیم می‌کند. به بیان دیگر، سیستم حرکتی ما «منتظر محرک نمی‌ماند»، بلکه بر اساس تجربه‌ها و احتمالات قبلی، به این نتیجه می‌رسد که چه چیزی در آینده روی خواهد داد و بدن را برای آن آماده می‌کند.

این کشف کاربردهای بسیاری دارد؛ از جمله می‌تواند درک دانشمندان از اختلالاتی مانند پارکینسون و اسکیزوفرنی را که در آن‌ها عملکرد پیش‌بینی مغز مختل می‌شود، بهتر کند.

این کشف همچنین به دانشمندان کمک می‌کند تا رویکردهای نوآورانه‌ای را برای بازتوانی پس از سکته مغزی و آسیب‌دیدگی‌های عصبی-حرکتی طراحی کنند و به بیماران کمک کنند تا عملکرد حرکتی خود را به طور مؤثرتری بازیابی کنند. به عبارت دیگر، بتوانند روشی طراحی کنند که به مغز کمک شود تا بهتر «پیش‌بینی» کند و واکنش نشان دهد.

این یافته‌ها همچنین می‌تواند به توسعه رابط‌های بین مغز و کامپیوتر کمک کند.