توحد

في غرفة هادئة عند الأخصائي النفسي، يملأ مراهق في الرابعة عشرة استبيانًا عن طفولته. ترتفع الدرجات، ومعها يرتفع في صور الرنين المغناطيسي ذلك الجسم اللوزي الشكل في عمق الدماغ: اللوزة الدماغية (amygdala)، التي تعلّمنا الخوف وتذكّر الخطر. وعند الجرذ الذي يُحبس ثلاث ساعات يوميًا في أنبوب ضيق، تنمو البنية نفسها أسرع من أقرانه الهادئين.

حين تقف في الحافلة ويضغط السائق على الفرامل فجأة، ينجح الدماغ في غضون أجزاء من الثانية في شدّ العضلات حتى لا تسقط. هذه الاستجابة التلقائية تنشأ في عمق القشرة، في منطقة تخطّط للحركات المعقّدة، وهي القشرة الحركية الإضافية. أراد العلماء أن يفحصوا ما يجري في هذه المنطقة في الثانية السابقة للدفعة عند المصابين بمرض باركنسون وعند المسنّين الأصحاء.

الجلد يتذكر اللمسات كما تتذكر خريطة قديمة الطرق: الخطوط التي نمرر عليها أصابعنا كثيراً تصبح أعمق مع الوقت، أما تلك التي نادراً ما نمر بها فتمحى. في دراسة جديدة، طلب العلماء من 43 امرأة من فئتين عمريتين دهن كريم على الوجنة أو الساعد ووصف أحاسيسهن بأربعين كلمة. وتبيّن أن هذه الخريطة تتغير مع العمر: تفاصيل التضاريس تبهت، لكن ألوان المشاعر الدافئة تصبح أكثر إشراقاً.

تخيّل أنك تحاول فهم ما حدث في غرفة ما من خلال الصدى الذي تبقى بعد إطلاق رصاصة. لم يعد هناك رصاصة، لكن الصدى ما زال يتردد في الجدران. هذا تقريبًا ما يفعله أخصائي علم الأمراض العصبية عندما ينظر إلى شريحة من نسيج دماغي لا تحتوي على الورم نفسه: فالخزعة أخذت فقط نسيجًا سليمًا استجاب للمرض.

في ثمانينيات القرن العشرين، وضعت مسابقة DARPA للتعرف على الكلام حدًا للجدل بين الأساليب الإحصائية والقواعد المكتوبة يدويًا، ووضعت معيارًا موحدًا للمجال بأكمله. أما بالنسبة للواجهات العصبية الكلامية التي تترجم النشاط الدماغي إلى كلمات، فلم يكن هناك حتى الآن مثل هذا المعيار المشترك: كل نظام يستخدم مفرداته الخاصة، وطريقته في التسجيل، ونوع الكلام.

في غرفة مظلمة داخل جهاز التصوير، يتابع الشخص ومضات نادرة على الشاشة. وتلتقط كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء صوراً لبؤبؤه ألف مرة في الثانية، بينما يسجل جهاز الرنين المغناطيسي في الوقت نفسه أي مناطق من الدماغ تنشط. وهكذا ساعد 89 متطوعاً تتراوح أعمارهم بين 19 و78 عاماً العلماء على رؤية كيف يتحول البؤبؤ إلى شاشة يعرض عليها الدماغ إشارتين مختلفتين.

الدماغ كبيت بُني أوسع من الحاجة: العيش فيه جميل، لكن صيانته مكلفة. جرت العادة على تصوّر مرض باركنسون (Parkinson's disease) على أنه تهدم لهذا البيت، إذ تموت العصبونات وتتقلص البنى. غير أن دراسة جديدة على بيانات 46 349 شخصًا سليمًا من البنك الحيوي البريطاني ترسم صورة مختلفة: من تحمل جيناتهم استعدادًا للمرض يكون دماغهم منذ البداية أكبر لا أصغر.

في حفل مزدحم، يعيد شخص مسنّ السؤال على محدّثه مرارًا: الكلمات تغرق في ضجيج الأصوات. هكذا يبدو الجسر الذي يعبر عليه الصوت من الأذن إلى المعنى. ما دام هذا الجسر متينًا، فإن الضجيج يعيق فحسب، لكنه لا يقطع الحديث. ومع التقدّم في العمر تبلى دعامات الجسر، وأول ما ينهار منها تلك التي تحمل لا السمع وحده، بل القدرة على التفكير نفسها.

من السهل جدًا أن تضيع في قاعة المرايا: كل جدار يعكس الآخر، ويبدو أنك كنت هنا من قبل. بنفس الطريقة تقريبًا يرتبك الدماغ عندما يكون هناك الكثير من الأماكن المتشابهة حوله. العصبونات — الخلايا المسؤولة عن خريطة الفضاء — قد تُصدر إشارة متطابقة لزاويتين مختلفتين من الغرفة. تُسمى هذه الظاهرة بالغموض المكاني: يتلقى الدماغ معلومات غامضة حول موقع الجسم بالضبط.

كل شتاء تمتلئ المستشفيات، وفي الصيف تبدو وكأنها تفرغ. الأوبئة تتنفس مثل المد والجزر. لكن لماذا تتكرر موجات الأمراض مرارًا وتكرارًا حتى دون طفرات جديدة؟ وجد علماء الرياضيات الإجابة في تنافس سلالتين. داخل الوباء الواحد غالبًا ما تعيش نسختان من الفيروس. من يتعافى من إحداهما يحصل على حماية جزئية من الأخرى — وهذا ما يُسمى المناعة المتقاطعة (cross-immunity).

مصباح يدوي يسلط الضوء عبر زجاج مصنفر: الأشعة تنحني، تفقد سطوعها، وتسلك مسارات مختلفة. هكذا تقريبًا تمر الموجات فوق الصوتية القوية عبر عظام الجمجمة إلى الدماغ. لحساب هذا المسار، استُخدمت لسنوات نماذج حاسوبية ضخمة "تلتهم" البيانات لساعات. العمل الجديد يقدم طريقة أسرع وأدق — وكأن نفس المصباح زُوّد بعدسة تصحح التشوهات أثناء الحركة.

إذا مررتَ تيارًا كهربائيًا خفيفًا عبر الظهر، تبدأ الساق في التصرف وكأنها تعيش حياتها الخاصة. هذا ما اكتشفه الباحثون عندما اختبروا تأثير التحفيز الكهربائي للنخاع الشوكي عبر الجلد — وهي طريقة تُعرف بالتحفيز الكهربائي عبر الجلد للنخاع الشوكي (transcutaneous spinal cord stimulation, tSCS) — على أشخاص أصحاء.

ملعب ممتلئ بالمتفرجين يسمع صوت المُعَلِّق لأول مرة — فيهبّ الجميع دفعة واحدة. ثم يتكرر الإعلان مرة بعد أخرى. فلا يستجيب إلا حفنة من الناس في الصفوف القريبة. تقريبًا بهذا الأسلوب تتصرف الشبكات العصبية في العضيات الدماغية (cerebral organoids) — تلك النماذج المصغرة من الدماغ المُنمَّاة في المختبر. قام الباحثون بتحفيز العضيات بنبضات كهربائية وسجلوا الاستجابة بواسطة مصفوفة من الأقطاب الدقيقة.

الماء داخل الألياف العصبية لا يتحرك كما يتحرك في كوب — فهو يصطدم باستمرار بجدران المحاور (وهي الامتدادات الطويلة للخلايا العصبية). إذا جعلنا الفاصل الزمني بين نبضات الراديو في التصوير بالرنين المغناطيسي قصيرًا جدًا، فلن يتسنى للماء أن يقطع مسافة بعيدة، وبالتالي يعكس تحركه ضيق المساحة المحيطة به.

العقل البشري يشبه مجموعة بناء تُكمل نفسها بنفسها. الأفكار الجديدة لا تموت مع الإنسان؛ بل تنتقل وتختلط وتُنتقى. هذه العملية تسمى التطور الثقافي: الاختراعات المفيدة تترسخ، بينما تُنسى غير المفيدة. هكذا تعمل السقاطة (ratchet) — آلية تدور إلى الأمام فقط.

الجسم الصلب تحت المجهر ليس كتلة واحدة متجانسة. في الزجاج أو البوليمر أو الراتنج المتجمد، تكون الذرات مرتبة بشكل عشوائي، ولهذا تتغير خصائص المادة من نقطة إلى أخرى. على المقاييس الكبيرة، اعتدنا وصفها بحقول ناعمة — مثل درجة الحرارة أو الضغط في غرفة. ولكن عندما تنخفض النظرة إلى بضع طبقات ذرية، يختفي هذا النعومة.

تنظيف الكلام من الضوضاء يشبه محاولة ضبط تلفاز قديم: بمجرد أن تُفرط في تدوير مقبض التباين، تصبح الوجوه غير طبيعية. تمكن الباحثون من ضبط «الجهارة» و«الإزاحة الزمنية» لكل تردد صوتي على حدة، كما لو قاموا بتفكيكه إلى ألوان قوس قزح – وهي طريقة تُعرف باسم التحليل الطيفي. واتضح أن المقبض الأساسي هو الجهارة، وليس تزامن الطور.

لحاف مرقّع، كل رقعة فيه تسجيل لنشاط جزء صغير من الدماغ. رقعة خيطت يوم الاثنين في لندن، وأخرى يوم الثلاثاء في نيويورك، والثالثة قبل شهر في طوكيو. هذه الفسيفساء كلها تغطي الدماغ جزئيًا فقط، ولا يوجد خيط مشترك يربطها. سابقًا، لرسم خريطة للاتصالات الموجهة — من يرسل الإشارة إلى من — كان يلزم تسجيل جميع المناطق في وقت واحد وبساعة موحدة. طريقة SPIDER تعمل بشكل مختلف.

تحكي لصديقك قصة، فيبدو دماغه وكأنه يضبط على موجتك — تنشط نفس المناطق في إيقاع كلماتك. سجّل العلماء هذا "التزامن العصبي" باستخدام تخطيط الدماغ المغناطيسي (جهاز يلتقط المجالات المغناطيسية للدماغ) وقرروا اختبار ما إذا كان نموذج اللغة الحاسوبي قادرًا على تكرار هذه الرقصة من المعاني.

عندما يغادر قائد الأوركسترا الفرقة، يستمر العازفون في العزف من الذاكرة لبعض الوقت. لكن دون إيقاع موحد، يبدأ كل واحد في التسارع أو التباطؤ من تلقاء نفسه، وتتحول السيمفونية المتناغمة إلى ضجيج متفرق. تقريبًا هكذا، وفقًا لدراسة جديدة، يتصرف الدماغ والقلب في الساعات الأخيرة من حياة الإنسان.

ينظر الإنسان إلى قفل الباب فيرى شقًّا للمفتاح. يعرف أن المفتاح يُدخل ويُدار. لكن إذا كانت هناك لوحة لمسية بدلًا من ثقب المفتاح، ينكسر الإطار المألوف. لا يكتفي الإنسان بارتكاب خطأ: بل يدرك أن الطريقة المألوفة غير صالحة، ويستطيع أن يقول: «لا مكان هنا للمفتاح، نحتاج إلى نهج آخر». هذا التوقف الصادق مع التفسير نادر في الآلات. عادةً، إما أن يخرج البرنامج إجابة عشوائية، أو يتجمد بصمت.

على كفّة الميزان الأولى جينات ورثتها عن والديك، وعلى الكفّة الأخرى عدد الساعات التي تنامها فعلًا. لفترة طويلة بدا أن الجينات هي الأثقل، لكن دراسة جديدة شملت أكثر من 200 ألف شخص تُظهر أن النوم الحقيقي قد يرجح الكفّة، خاصة عندما يتعلق الأمر بالوزن الزائد والسكري. حلّل الباحثون بيانات مشروع «All of Us»، الذي يجمع السجلات الطبية والجينومات وقراءات أساور اللياقة لأشخاص من ست مجموعات مختلفة حسب الأصل.

أوركسترا في أول بروفة بدون قائد. الكمان يدخل في غير موضعه، وآلات النفخ تتأخر، وبدلاً من السيمفونية نسمع نشازًا. هذا تقريبًا ما يفعله النموذج الحاسوبي للدماغ عندما تُزال منه خلايا خاصة تُعرف بخلايا فون إيكونومو العصبية. هذه خلايا كبيرة مغزلية الشكل (بحجم خليتين أو ثلاث خلايا عادية)، تعيش في المناطق المسؤولة عن التواصل وفهم الآخرين، وتختفي بشكل غامض في بعض الأمراض.

تعزف الأوركسترا دون قائد. لكل عازف نوتة موسيقية — وهي الجينات. أما شدة الصوت والإيقاع فيعتمدان على صوتيات القاعة والمزاج والجيران على المسرح. هكذا تقريبًا تخلق الوراثة والحياة اليومية معًا سلوك المراهق. في الدراسة الجديدة، جمع العلماء بيانات آلاف الأطفال من مشروع ABCD طويل الأمد.

تغطي خطوط صدئة مزرعة الموز. هذه هي السيغاتوكا السوداء — فطر تنتقل جراثيمه عبر الهواء مثل حبوب لقاح غير مرئية. يضرب الأوراق ويحرم النبات من قوته. يقلل المزارع من العدوى، لكن المرض يعود فجأة — مثل عشبٍ يتظاهر بأنه ميت. للفطر طريقتان للتكاثر. الجراثيم الخفيفة (الأسكوسبورات) تحملها الرياح لمسافات بعيدة، بينما الجراثيم الثقيلة (الكونيديات) يغسلها المطر إلى الأوراق المجاورة.

يشبه الدماغ مدينة: المناطق هي مناطق الدماغ، والطرق هي المسارات العصبية، ولكل طريق كثافة مرورية خاصة به. لدى كل شخص هذه الشبكة النقلية فريدة، مثل بصمات الأصابع. ما الذي يبني المسارات؟ هل هي مخططات موروثة منذ الولادة، أم رحلات يومية تشق ممرات جديدة؟ درس العلماء هذا السؤال منذ زمن طويل على التوائم، مقارنين مدى تشابه "خرائط الطرق" لدى الأشخاص ذوي الجينات المتطابقة وأولئك الذين نشأوا في نفس الأسرة.

إذا عرضت نفس صورة قطة على شبكتين عصبيتين مختلفتين، فغالبًا ما تصلان إلى استنتاج مماثل: «قطة». ولكن إذا سألتهما بمزيد من التفاصيل، فقد تتباين الإجابات. نموذج واحد سيلاحظ الشاربين، وآخر سيلاحظ اللون، وثالث سيلاحظ الوضعية. يتبين أنه حتى داخل عالم الشبكات العصبية «البصري» لا يوجد اتحاد كامل. ابتكر العلماء طريقة لقياس هذا الاتحاد لكل صورة على حدة. أخذوا عدة شبكات عصبية بصرية بمهام تعلم مختلفة وقارنوا تمثيلاتها الداخلية.

يضيء مصباح يدوي العين، فترسل الشبكية في المقابل نبضات كهربائية — مثل صدى، لكنه ليس صوتيًا بل ضوئيًا. يمكن تسجيل هذا الصدى، وهو يخبرنا عن عمل العين والدماغ معًا. فالشبكية هي قطعة من الدماغ أُخرجت إلى الخارج. سجّل باحثون من أستراليا وبريطانيا هذه «الأصداء» لدى ثلاث مجموعات من الأطفال: أطفال طبيعيون، وأطفال مصابون بالتوحد، وأطفال مصابون بمزيج من التوحد واضطراب نقص الانتباه وفرط الحركة (ADHD).

تتابع العيون نقطة ترسم بسلاسة منحنى معقدًا على الشاشة. لدى معظم الناس، يبقى النظر قريبًا منها، لكن عند البعض يبدو وكأنه ينزلق أو يتأخر. في السابق، كانت هذه الخصائص تغرق في الأرقام المتوسطة: إذا جمعت الجميع وقسمت، يكاد الفرق يختفي. قرر العلماء النظر ليس إلى المتوسط، بل إلى كل شخص على حدة. قاموا بقياس مدى تأخر النظر عن النقطة ومدى انحرافه جانبًا.

الدماغ في حالة الراحة لا يصمت: مناطقها تتحاور، ويمكن التنصت على هذه الأحاديث باستخدام الماسح الضوئي. عادةً ما يتابع العلماء قوة الإشارة — أي مدى ارتفاع "صوت" كل منطقة. لكن للحديث أيضًا إيقاع: بعض المناطق تومض في الوقت نفسه، وأخرى بتأخير. يُلتقط الإيقاع بمقارنة أطوار التذبذبات — كما في الموسيقى، حيث لا تهم النوتات فحسب، بل أيضًا تطابق الإيقاعات.

ينظر الطبيب إلى بقعة رمادية-بيضاء على الشاشة. هذا وجه طفل لم يولد بعد. ظل واحد في المكان الصحيح — ويمكن التحضير للعملية في الوقت المناسب. لكن الظل لا يراه الجميع: الشفة المشقوقة أو الحنك المشقوق نادر الحدوث، وقد لا يراه الأخصائي الشاب ولو مرة واحدة خلال سنوات عمله. درّبوا الشبكة العصبية على 45 139 صورة موجات فوق صوتية لـ 9 215 جنينًا من 22 مستشفى. الآن تجد الشق بحساسية أعلى من 93% ودقة أعلى من 95%.

تخطيط القلب الكهربائي يشبه تسجيل صوت المحرك: فالميكانيكي الخبير يسمع من خلاله متى يكون هناك خلل. الموجات فوق الصوتية للقلب تُظهر المحرك نفسه من الداخل، لكن الجهاز مكلف والمتخصصون قليلون. النموذج الجديد يجمع بين النهجين: فهو يتعلم من ملايين التخطيطات القلبية العادية ويشير إلى من تغيّر قلبه بالفعل، رغم أن الشخص لا يشعر بذلك.

يشبه مرض الزهايمر كرة من الخيوط المتشابكة: آلاف الجينات تتداخل، ومن الصعب معرفة أيها يتمزق أولاً. في السابق، كان العلماء يبحثون عن الجينات المهمة بمجرد حساب عدد الروابط لكل عقدة في الشبكة. لكن هذا الأسلوب يشبه تقييم الشخص بعدد معارفه — فليس دائمًا الأكثر اجتماعية هو الأكثر تأثيرًا. الطريقة الجديدة NETRA تعمل بشكل مختلف.

داخل الخلية يغلي العمل: آلاف الجينات تُفعَّل وتُعطَّل، مثل مصابيح على لوحة ضخمة. الشبكات العصبية التي تدرّبت على قراءة هذه اللوحة تعلّمت تخمين ما سيحدث إذا «أُطفئ» جين واحد أو أُضيف دواء. لكن كيف تفعل ذلك بالضبط؟ لغز.

دماغ كل إنسان مغطى بالتلافيف، مثل بصمة الإصبع — بنمط فريد خاص به. عند الخرف، يتغير هذا النمط، لكن في مرضين متشابهين، الزهايمر والخرف المصحوب بأجسام ليوي، تكون التغييرات شبه متطابقة بالعين المجردة. يحتاج الأطباء إلى طريقة موثوقة للتفريق بينهما، لأن العلاج مختلف. لفت العلماء انتباههم إلى نقاط خاصة تلتقي عندها ثلاث تلافيف في آن واحد — مثل هذه التقاطعات على سطح الدماغ.

نسيج أجسامنا يشبه المدينة: في أحياء مختلفة تعيش خلايا مختلفة، ولكل منها وظيفتها الخاصة. لفهم كيفية تنظيم هذه المدينة، يلتقط علماء الأحياء صورًا تُظهر أي الجينات نشطة في كل نقطة. لكن الصور الواضحة مكلفة، بينما الرخيصة منها تكون ضبابية — مثل صورة مدينة من ارتفاع كبير حيث لا يمكن تمييز المنازل الفردية. الطريقة الجديدة SRast تتعلم تحويل هذه الصور الضبابية إلى صور مفصلة.

كوب من الزجاج المتجمد يبدو ساكنًا، لكن في داخله تتجمد الذرات في أوضاع عشوائية دون أن تجد نظامًا مثاليًا. وضع مشابه يحدث في الزجاج المغزلي: العزوم المغناطيسية للذرات تتجمد مشيرةً في اتجاهات مختلفة، ويفقد المادة قدرتها على المغنطة البسيطة. عند تشغيل مجال مغناطيسي خارجي، تصبح الصورة أكثر تعقيدًا.

المحقق يبحث عن مجرم في ملفات الصور، لكن الصور مختلطة. عادةً ينتظر شخصًا بلحية رمادية، بينما المجرم شاب بلا لحية. هكذا، كثيرًا ما يفشل الأطباء في التعرّف على مرض ألزهايمر لدى من تظهر عليهم أعراض غير معتادة: ليس فقدان الذاكرة، بل مشاكل في الرؤية أو الكلام. يرتبط مرض ألزهايمر عادةً بتراكم بروتينين في الدماغ: أميلويد وتاو.

الغبار الكوني ليس أوساخًا، بل حبيبات دقيقة للغاية تشبه السخام الناتج عن النار، لكنها متناثرة بين النجوم. بعضها يدور بسرعة هائلة، ملايين المرات في الثانية، ويصدر أثناء ذلك موجات راديوية ضعيفة. يطلق علماء الفلك على هذا اسم "الانبعاث الميكروي الشاذ" (anomalous microwave emission) — فهو يعيق دراسة الكون المبكر، لكنه في حد ذاته لغز محيّر.

الجسيمات الكمومية في بيئة ذات فوضى شديدة تتصرف مثل راقصين يؤدون حركاتهم بتزامن: كل واحد يعرف حركته ولا يصطدم بالآخرين. هذا التدفق المتسق بلا احتكاك — الميوعة الفائقة — نشأ بشكل غير متوقع في تجربة على شريحة كمومية فائقة التوصيل.