هل نفدت منك كاسحات الجليد في آخر حفلة كوكتيل أو لقاء مشاهدة؟ لقد قمت بتغطيتك. إلى جانب شغفي بساعات اليد العتيقة، أنا في الواقع مفتون ومثقف في فهم الوظائف الداخلية للدماغ البشري. خلال عملي اليومي أنا عالم أعصاب أعمل على اتخاذ القرارات والانتباه وكيفية تأثرها بتفاعلات مناطق الدماغ البعيدة. ستكون هذه في الواقع محاولتي الأولى للجمع بين هذين العالمين - الساعات وعلم الأعصاب - معًا. وبالتالي فإن المقال سيكون أقل تركيزًا على الساعات العتيقة ولكن أكثر تركيزًا على بعض أساسيات عمل الدماغ التي يتم شرحها للمهووسين بالساعات. وهذا ليس مقصورًا على فئة معينة أو قسريًا كما قد يبدو في البداية لأن الدماغ إيقاعي في جوهره ويمكن فهم الإدراك (أي عمليات التفكير) جيدًا باستخدام مصطلحات علم الساعات.
18 أكتوبر 2024
ساعات الدماغ - كيف تشكّل الساعات الداخلية إدراكنا للعالم
ماركوس سيمز @Siemswatches
جامع، ومؤلف، ومحلل بيانات
قد تعرف أو لا تعرف أنه إلى جانب شغفي بساعات اليد العتيقة، فأنا في الواقع مفتون ومثقف في فهم الوظائف الداخلية للدماغ البشري. فأنا أعمل خلال عملي اليومي كعالمة أعصاب أعمل على اتخاذ القرارات والانتباه وكيفية تأثرها بتفاعلات مناطق الدماغ المتباعدة.
و ... اقرعوا الطبول من فضلكم ... ستكون هذه محاولتي الأولى للجمع بين عالم الساعات وعلم الأعصاب. أعتقد أنه يمكن أن يكون هناك الكثير من التآزر. وبالتالي سأحاول أن أغطي بعض أساسيات عمل الدماغ التي يمكن شرحها للمهووسين بالساعات. وهذا الأمر ليس مقصورًا على فئة معينة أو قسريًا كما قد يبدو في البداية لأن الدماغ إيقاعي في جوهره ويمكن فهم الإدراك (أي عمليات التفكير) جيدًا باستخدام مصطلحات علم الساعات. وبصراحة، لنستمتع قليلاً أثناء تعلم شيء جديد!
يعمل الدماغ بشكل مشابه لنظام من عدة ساعات. كيف يكون ذلك ممكناً أو مفيداً هو ما أود أن أعرضه. الصورة بإذن من Freepik.
1) إيقاعات الدماغ
على غرار ساعات اليد، بدأت قصة "ساعات الدماغ" بالفعل في أوائل القرن العشرين. منذ ما يقرب من 100 عام بالضبط في عام 1925، ابتكر عالم الأعصاب الألماني هانز بيرغر تخطيط كهربية الدماغ (EEG) تقنية تخطيط كهربية الدماغ. ويُعد تخطيط كهربية الدماغ ممارسة شائعة في المستشفيات وكذلك في الممارسات العصبية والنفسية في جميع أنحاء العالم اليوم. باختصار، يمكن لتخطيط كهربية الدماغ قياس الجهد الكهربائي على سطح الرأس الذي يولده النشاط العصبي: ويؤدي النشاط المتزايد للخلايا العصبية إلى إزالة الاستقطاب - و"تنخفض" الإشارات.
ولكن بصرف النظر عن النشاط الذي يبدو فوضويًا، لاحظ بيرجر أيضًا فترات من النشاط العصبي المتزامن الذي يعرض إزالة الاستقطاب وإعادة الاستقطاب بطريقة منظمة - وبالتالي تم تحديد أول إيقاع "ألفا":
الشكل 1. (إلى اليسار) إعداد غطاء تخطيط كهربية الدماغ الحديث المزود بـ 64 قطباً كهربائياً حلقياً. (يمين) الرسم التوضيحي لما يسمى بتأثير بيرغر: عندما يتم إغلاق العينين يظهر إيقاع بارز عند حوالي 10 هرتز على الأقطاب الكهربائية الخلفية (مؤخرة الرأس). البيانات والصورة بإذن من المركز الطبي الجامعي في هامبورغ إيبندورف.
يصف ما يسمى بـ "تأثير بيرغر" اكتشافاً قابلاً للتكرار بشكل جيد وهو أنه كلما أغمض شخص ما عينيه ستتمكن من رؤية نمط نشاط ثابت ونمطي - إيقاع بمعدل 10 دورات في الثانية تقريباً - الأقوى في الأقطاب الكهربائية فوق مؤخرة الرأس. ومن خلال تجربتي الشخصية يمكنني أن أخبرك أن هذه هي أسهل إشارة يمكن العثور عليها وأكثرها موثوقية أيضًا. ستحتاج إلى قطبين كهربائيين فقط وستكون مرئية بشكل مباشر في كل إنسان سليم ومستيقظ تقريباً: أغمض عينيك وستجد إيقاع ألفا، وافتحهما وسيختفي... في كل مرة.
وبعبارة أخرى، فإن مجموعات كبيرة من الخلايا العصبية في مؤخرة رأسنا تعمل معاً إلى حد كبير كعمل الساعة المستقرة بسرعة 36000 فولت في الساعة. هكذا يمكن فهم الدماغ في بعض الحالات أو لفترات من الزمن على أنه حركة ساعة صغيرة ذات نابض شعر، وقطار تروس، وعجلة توازن.
من كان يظن أن الإيقاع الأبرز في الدماغ يدق بنفس معدل دقات عيار Hi-Beat العتيق من زنيت وجراند سيكو. الصورة بإذن من فيليبس.
هذه الإيقاعات ليست عشوائية أو نادرة أيضًا. فعلى مدار المائة عام الماضية، وتحديدًا منذ تسعينيات القرن الماضي ([هنا])، بدأت إيقاعات الدماغ تلعب دورًا حاسمًا في كيفية فهمنا لوظائف الدماغ والإدراك والتفاعلات بين مناطق الدماغ بشكل أفضل ([هنا] و[هنا]). وقد تعلمنا أن هذه الإيقاعات موجودة في كل مكان، بترددات متفاوتة، ويبدو أنها شفرة متعددة الاستخدامات لتوجيه المعلومات بمرونة عند الحاجة إليها في مهمة معينة أو لسلوك مختار ([هنا] و[هنا]).
2) تمييز الوقت - كيف تشكل إيقاعات الدماغ إدراكنا
قبل أن نتعمق كثيراً في جميع أنواع الآليات والإدراكات المختلفة دعونا نستأنف مع 10 هرتزألفا' إيقاع ال 10 هرتز. من المثير للاهتمام، أنه على الرغم من أننا لا نرى ذبذبة 10 هرتز بشكل بارز عندما تكون العينان مفتوحتين - لأنها تختلط مع إيقاعات أخرى - إلا أنها لا تزال تلعب دورًا مهمًا في إدراكنا البصري ([هنا]). وعلى وجه الخصوص هذه ألفا على وجه الخصوص، يبدو أن ذبذبات ألفا هذه تشكل أيضًا عالمنا البصري الذي نختبره:
الشكل 2. التجزئة التخطيطية لتجربتنا البصرية من خلال نشاط الدماغ التذبذبي. يبدو أن اندماج ومضتين ضوئيتين قصيرتين من الضوء في ومضة واحدة (وميض 1 و2؛ الإطار البرتقالي) أو إدراكهما ككيانين (وميض 3 و4؛ الإطاران الأزرق والأخضر) يعتمد على توقيتهما فيما يتعلق بالنشاط الداخلي للدماغ. رسم تخطيطي معدل من فان رولن (2016), الاتجاهات في العلوم المعرفية.
قد تعمل تجربتنا الواعية هنا بشكل مشابه لفيلم سينمائي. إذا عُرضت صورتان في تتابع قصير فإننا ندمجهما معًا في بعض الأحيان وندركها كصورة واحدة (مثل وميض 1 و2؛ الإطار البرتقالي) وأحيانًا كنا ندرك الاثنين بعد بعضهما البعض (فلاش 3&4؛ إطارات زرقاء وخضراء)([[هنا] & [هنا]). والأهم من ذلك، يبدو أن ما إذا كان أحد السيناريوهين أو الآخر يعتمد على مكان حدوث الومضتين داخل التذبذب - في نفس الدورة (مدمجة) أو في دورتين مختلفتين (منفصلتين). وبالتالي يمكن فهم التذبذب الواحد مثل إطار واحد داخل فيلم*.
2a) الوقت المميز من خلال حركة اليد
والآن دعونا نعيد صياغة ذلك بمصطلحات علم الساعات. التذبذب هو إلى حد كبير تأرجح البندول... وهناك بندول داخل كل ساعة ميكانيكية، أي عجلة الميزان. يكون الزنبرك داخل عجلة الميزان ممدوداً ومقلصاً باستمرار - ذهاباً وإياباً. وعلى الرغم من أن عجلة الميزان في حركة دائمة، إلا أننا لا ندرك حركة العقارب إلا في نقاط زمنية منفصلة بسبب ذراع الرافعة. وبالتالي فإن تمييز تذبذبات الدماغ هو (من الناحية الروحية) مثل إضافة ذراع الهروب إلى عجلة الميزان!
الشكل 3. تجزئة تخطيطية لتجربتنا البصرية المماثلة للعمل الداخلي لحركة الساعة. إذا اندمجت ومضتان ضوئيتان قصيرتان من الضوء في ومضة واحدة (وميض 1 و2؛ قرص برتقالي) أو تم إدراكهما ككيانين (وميض 3 و4؛ قرصان أزرق وأخضر) يعتمد ذلك على توقيتهما بالنسبة لحركة العقارب**.
وهكذا، تمامًا كما هو الحال في الدماغ، تقوم حركة الساعة برقمنة تيار مستمر من الطاقة إلى وحدات منفصلة. وبالعودة إلى مثال الومضتين اللتين لدينا، فإنهما بالتالي ستندمجان في ومضة واحدة (1 و2) أو يُنظر إليهما على أنهما ومضتان (3 و4) اعتمادًا على ما إذا كانت "اليد تتحرك" بين الومضتين.
3) التوقيت التكيفي - إيقاعات الدماغ التي تتكيف مع البيئة
ومع ذلك، هناك فرق واحد مهم بين الساعات والعقول: المعدل/التردد مستقر عيار الساعة ولكنه متكيف مع النظام البيولوجي... على سبيل المثال، يمكن تعديل إيقاعات الدماغ بسرعة وقطعها وإعادة تشغيلها - "إعادة ضبطها" - من خلال عمليات التفكير الداخلية ([هنا]) وكذلك التغيرات القصيرة في بيئتنا ([هنا]):
الشكل 4. رسم تخطيطي لـ "إعادة ضبط" التذبذب العصبي الأبدي كاستجابة للتغيرات في البيئة. تصف "إعادة التعيين" أنه مهما كان النشاط (الخطوط الملونة) قبل المحفز (المصباح الكهربائي والخط المتقطع العمودي) فإنه يتحول إلى الوضع النمطي بعد ذلك. بتصرف وتعديل من لانداو وآخرون، 2015, علم الأحياء الحالي.
ومع ذلك، يمكن أيضًا أن تتماشى التذبذبات الأكثر دهاءً مع الظروف البيئية. على سبيل المثال، يتكيف التردد عندما تكون المهمة سهلة أو صعبة للغاية. أثناء مهمة صعبة قد تحتاج إلى أخذ عينة من المعلومات على "وحدات منفصلة" أكثر لذا يزداد التردد ([هنا]). يتوافق هذا مع تغيير معدل جهاز الكرونوغراف الخاص بك لتتمكن من قياس الوقت بوحدات أصغر فأصغر مكتسبًا الدقة. ومن ناحية أخرى، عندما تحتاج إلى التأكد من وقوع حدث معين فإن الدماغ يدمج المعلومات على فترات أطول فيزداد طول دورة التذبذب (وبالتالي يقل التردد) ([هنا]). وبالمثل، يتكيف تواتر الإيقاع في البيئات التي يمكن التنبؤ بها ([هنا]).
4) ماذا نستفيد من كل هذا؟
هذا سؤال جيد جداً... حسناً، آمل أن تتمكنوا في حفلة الكوكتيل القادمة أو لقاء الساعة القادم من إلقاء بعض الملاحظات العشوائية حول كيف أن الدماغ يشبه حركة الساعة الأكثر تكيفاً ومرونة وحيوية. إن التكتكة-التكتكة-التكتكة لكل حركة عقرب هي الناتج المحسوس للطاقة التي تنتقل باستمرار من النابض الرئيسي إلى ميزان الساعة. وبالطريقة نفسها يتم تحليل التدفق المستمر للمعلومات من بيئتنا إلى أجزاء قابلة للهضم في دماغنا وفي نهاية المطاف تجربتنا الواعية للعالم.
"ساعة في الرأس" - صورة تم إنشاؤها بواسطة الذكاء الاصطناعي. بإذن من DeepAI.
ولكن إلى جانب تلك المعلومات - وأقول هذا بابتسامة عريضة - لست متأكدًا حقًا من الجمهور المستهدف لهذه المقالة تحديدًا***. لقد استمتعت كثيرًا بكتابتها! ... ولكن بقدر ما يبدو كل هذا مهووساً بالذكاء بقدر ما يبدو كل هذا، إلا أنه ترفيه محض على الأرجح لـ 99.9999999% من القراء المحتملين هناك. إنها لحظة "انظروا كم هو رائع كل هذا". وأنا سعيد جدًا بهذا.
ومع ذلك، إذا كان هناك قارئ مهتم يحصل على شيء من هذا الأمر يتجاوز مجرد تكديس زائدة عن الحاجة المعرفة يسعدني دائمًا أن أتعمق أكثر في هذه المسألة. وحتى ذلك الحين: يمكنك أن تفخر بنفسك لأنك وصلت إلى النهاية!
* ومن المثير للاهتمام أن هذه هي بالضبط طريقة عمل الأفلام: تأتي الإطارات - مثل المصباحين الضوئيين 1 و2 - وتذهب بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا يستطيع دماغنا إدراك التحولات وتصبح الصور تجربة سلسة - فيلم.
** يجب أن أعترف: للحفاظ على بساطة الرسم التوضيحي قمت بتغيير التوقيت بين حركة الانفلات والتذبذب. في الساعات، يتحرّك ميزان الساعة مرتين في كل ذبذبة كاملة، أي عندما يكون الزنبرك مسترخياً (وبالتالي لا يكون مقيداً ولا ممدوداً).
*** إلى كاتب مذكراتي الشبح: ربما كانت هذه هي اللحظة التي فقدت فيها أعصابي...
مسرد المصطلحات
الإدراك: مصطلح عام لجميع عمليات التفكير العليا/الداخلية التي تتجاوز المدخلات الحسية المبكرة.
التردد: عدد الذبذبات التي يمكنك احتواؤها في الثانية الواحدة، ويتم عرضها بالهرتز (Hz = 1 / ثانية). اضرب في 3،600 وستحصل على وحدة التردّد الساعيّة Vph (ذبذبات في الساعة).
نيورون: خلية دماغية هرمية الشكل لها أهمية بالغة في نقل المعلومات الكهروكيميائية المباشرة داخل الدماغ. وهي أساس وظيفة الدماغ.
التذبذب: دورة واحدة كاملة من التذبذب المحتمل من أعلى إلى أسفل. وبالمثل، يمكنك التفكير في تأرجح بندول كامل من اليسار إلى اليمين إلى اليسار.
الإيقاع: نشاط تذبذبي مستمر بتردد ثابت نسبياً.
جميع الحقوق على النص والرسومات محفوظة للمؤلف.
