فعالیت مغز تحت بیهوشی، دانسته‌های ما درباره آگاهی را به چالش می‌کشد

محققان در کالج پزشکی بیلور کشف کرده‌اند که مغز انسان می‌تواند حتی زمانی که فرد تحت بیهوشی عمومی کاملاً ناخودآگاه است، به انجام وظایف زبانی پیچیده ادامه دهد. این یافته‌ها که در مجله Nature منتشر شده‌اند، مفروضات دیرینه درباره رابطه بین آگاهی و شناخت را به چالش می‌کشند. آنها همچنین بینش‌های جدیدی را ارائه می‌دهند که می‌تواند تحقیقات آینده در مورد حافظه، زبان و رابط‌های مغز و رایانه را شکل دهد.

دکتر سمیر شث، استاد و رئیس کرسی موقوفه بنیاد کالن در جراحی مغز و اعصاب و محقق مک‌نیر در بیلور، اظهار داشت: "یافته‌های ما نشان می‌دهند که مغز در طول ناخودآگاهی بسیار فعال‌تر و تواناتر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد. حتی زمانی که بیماران به طور کامل بیهوش هستند، مغز آنها به تجزیه و تحلیل دنیای اطرافشان ادامه می‌دهد."

برای بررسی توانایی‌های مغز ناخودآگاه، شث و همکارانش فعالیت صدها نورون منفرد را در هیپوکامپ، ناحیه‌ای از مغز که در حافظه نقش دارد، ثبت کردند. این ثبت‌ها زمانی انجام شد که بیمارانی که تحت جراحی صرع قرار می‌گرفتند، تحت بیهوشی عمومی بودند. این روش‌ها فرصتی نادر را برای محققان فراهم کرد تا این بخش از مغز را مستقیماً مطالعه کنند.

این تیم از پروب‌های Neuropixels (نوروپیکسل) استفاده کرد؛ فناوری پیشرفته‌ای که قبلاً هرگز در هیپوکامپ برای این نوع تحقیقات به کار گرفته نشده بود. این امر به آنها اجازه داد تا نحوه واکنش مغز به صداها و زبان را حتی زمانی که بیماران هیچ آگاهی هوشیاری نداشتند، مشاهده کنند.

در اولین آزمایش، بیماران در معرض مجموعه‌ای از آهنگ‌های تکراری با صداهای غیرمنتظره گاه‌به‌گاه قرار گرفتند. محققان دریافتند که نورون‌های هیپوکامپ به طور مداوم این آهنگ‌های غیرمعمول را تشخیص می‌دهند. حتی جالب‌تر اینکه، مغز در طول زمان در تشخیص آنها بهتر شد، که نشان می‌دهد یادگیری یا انعطاف‌پذیری عصبی (neural plasticity) همچنان در طول بیهوشی در حال انجام بود.

سپس محققان پیچیدگی آزمایش را با پخش داستان‌های کوتاه و ادامه ثبت فعالیت مغزی افزایش دادند. هیپوکامپ شواهد واضحی از پردازش زبان در زمان واقعی نشان داد. الگوهای فعالیت عصبی نشان داد که مغز می‌تواند بخش‌های مختلف گفتار، از جمله اسم‌ها، فعل‌ها و صفت‌ها را از یکدیگر تمییز دهد.

این تیم همچنین کشف شگفت‌انگیز دیگری نیز انجام داد. سیگنال‌های عصبی می‌توانستند برای پیش‌بینی کلمات بعدی قبل از بیان شدن آنها استفاده شوند.

شث، که همچنین مدیر آزمایشگاه‌های بنیاد تحقیقات عصب‌شناسی کودکان گوردون و مری کین در موسسه تحقیقات عصب‌شناسی دانکن در بیمارستان کودکان تگزاس است، گفت: "به نظر می‌رسد مغز، حتی بدون آگاهی هوشیار، آنچه در داستان می‌آید را پیش‌بینی می‌کند."

دکتر بنجامین هیدن، استاد جراحی مغز و اعصاب در بیلور، اظهار داشت: "این نوع کدگذاری پیش‌بینی‌کننده چیزی است که ما آن را با بیداری و توجه مرتبط می‌دانیم، با این حال در اینجا در یک حالت ناخودآگاه رخ می‌دهد."

یافته‌ها نشان می‌دهند که توانایی‌های شناختی مهم، از جمله درک و پیش‌بینی زبان، ممکن است به آگاهی هوشیار وابسته نباشند. در عوض، خود آگاهی ممکن است از ارتباط بین چندین ناحیه مغزی ناشی شود تا از فعالیت در یک ناحیه منفرد مانند هیپوکامپ.

محققان همچنین شباهت‌هایی بین رفتار پیش‌بینی‌کننده مغز و هوش مصنوعی (AI) مشاهده کردند. همانطور که مدل‌های زبان بزرگ (large language models) با پیش‌بینی کلمه بعدی، متن تولید می‌کنند، به نظر می‌رسید هیپوکامپ نیز پیش‌بینی‌های مشابهی را در طول پردازش زبان انجام می‌دهد. درک این اصول مشترک می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا هوش بیولوژیکی و مصنوعی را بهتر درک کنند.

این کار همچنین ممکن است به فناوری‌های ارتباطی آینده، از جمله پروتزهای گفتاری (speech prosthetics) که برای افرادی که توانایی صحبت کردن را از دست داده‌اند طراحی شده‌اند، کمک کند.

دکتر ویگی کاتلوویتز، نویسنده اول و دستیار جراحی مغز و اعصاب در بیلور، اظهار داشت: "آیا می‌توانیم از این سیگنال‌ها برای استقرار و راه‌اندازی یک پروتز گفتاری برای برخی از قسمت‌های مغز که در اثر سکته مغزی یا آسیب آسیب دیده‌اند، استفاده کنیم؟ اینها سؤالاتی هستند که اکنون می‌توانیم در رابطه با این بخش از مغز در نظر بگیریم."

محققان هشدار می‌دهند که یافته‌ها باید با احتیاط تفسیر شوند. این مطالعه تنها یک نوع بیهوشی عمومی را بررسی کرده است، بنابراین نتایج ممکن است برای سایر حالات ناخودآگاه مانند خواب یا کما صدق نکند. علاوه بر این، تحقیق بر یک ناحیه منفرد مغز متمرکز بود و هنوز مشخص نیست که این فرآیندها در سراسر مغز تا چه حد گسترده هستند.

شث گفت: "این کار ما را وادار می‌کند تا در مورد معنای آگاهی تجدید نظر کنیم. مغز کارهای بسیار بیشتری را در پشت صحنه انجام می‌دهد که ما به طور کامل آنها را درک نمی‌کنیم."