الدماغ

الغابة تشيخ بطرق مختلفة. في مكان منها تتباعد الأشجار شيئًا فشيئًا، كأنها تعبت من النمو، وفي مكان آخر تتشبث بالحياة باصرار، وتنفق طاقتها على إصلاح الأغصان المتضررة. وعلى نحو قريب من هذا تبدو شيخوخة قشرة الدماغ إذا نظرنا إليها عبر آلاف صور الرنين المغناطيسي. أخذ العلماء صور 952 شخصًا سليمًا، وقسّموا القشرة إلى 148 منطقة. وقاسوا لكل منطقة ثماني سمات شكلية: السماكة والمساحة والحجم والانحناءات.

ثلاثي جاز يعزف في شبه ظلام النادي. عازف البيانو يقود اللحن، وعازف الكونترباس يمسك الإيقاع، وعازف الطبول يوزع النقرات. إذا استمعت إلى الثنائيات فقط، قد تلتقط كيف يتكيف عازف البيانو مع الباس، أو الباس مع الطبول. لكن الأهم يولد عندما يرتجل الثلاثة معًا في الوقت نفسه: عبارة واحدة من البيانو تغير لعب الطبال، والتي بدورها تدفع عازف الباس إلى خطوة جديدة.

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.

في عام 2023، أمضى 101 شخص في بلجيكا تتراوح أعمارهم بين 50 و69 عامًا عدة أيام في مختبر، حيث صُوّر دماغهم، وسُجّل نومهم، وطُلب منهم حل مهام تتعلق بالذاكرة والانتباه. وهكذا وُلدت مجموعة بيانات COFITAGE، التي يُوصف فيها كل مشارك من خمسة جوانب: الجزيئي، والبنائي، والفسيولوجي، والوراثي، والمعرفي. في السابق كانت هذه الطبقات تُدرس منفصلة، أما هنا فقد جُمعت في صورة واحدة.

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.

يسكن الصف بعد انتهاء الدرس، لكن الصدى لا يزال يتردد في رأس الطفل: وجوه، أشياء، أماكن. وهذا الصدى، لا الدرس نفسه، هو ما يحدد ما سيبقى في الذاكرة. وقد التقطه الباحثون لأول مرة عند أطفال تتراوح أعمارهم بين 6 و17 سنة. كان الأطفال يحفظون مشاهد داخل جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي: تُعرض عليهم غرفة، ثم يُعرض شيء أو وجه في موضع محدد. بعد ذلك ينظرون خمس دقائق إلى صليب فقط.

يبدأ النهر عاليًا في الجبال: جدول فيه ماء أكثر، وآخر فيه ماء أقل. وهكذا يرسم الوضع الاجتماعي للإنسان مجرى حياته، لكنه لا يحفر الدماغ مباشرة، بل عبر روافد: العادات، وضغط الدم، وسكر الدم. وقد قاس العلماء هذه الروافد لدى 36 878 شخصًا ليعرفوا أيّها يسرق السنوات أكثر من غيره. حُدّد لكل مشارك عمر الدماغ عبر صور الرنين المغناطيسي.

يسير الجيولوجي على منحدر جبلي، يمرّر جهازه فوق الصخور. يُظهر الجهاز أين يكمن خام الحديد تحت السطح، وأين أصاب الصخر صدع. وبطريقة مشابهة تقريبًا تعمل الخريطة المغناطيسية للدماغ: فهي تكشف أين تراكم الحديد في الأنسجة، وأين تضرّف غلاف الألياف العصبية. بعد الارتجاج الدماغي تكتسب هذه الصورة أهمية خاصة.

أطلس قديم لطرق السيارات ملقى على الطاولة. على صفحاته تصل الخطوط بين المدن، ويشير سُمك كل خط إلى مدى ازدحام الحركة عليه. تنظر شبكة عصبية إلى خريطة كهذه وتخبرك بعمر السيارة التي سارت عليها. بهذا التقريب تقريبًا صُمِّم النموذج الذي دُرِّب على التنبؤ بعمر الإنسان من خريطة روابط دماغه. بدل المدن، تحتوي هذه الخريطة على 84 منطقة من مناطق الدماغ، وبدل الطرق، حزم من الألياف العصبية تصل بينها.

يمكن تخيل الدماغ كأوركسترا، حيث القائد هو قشرة المخ، والمهاد هو الكمان الأول. المهاد هو محطة ترحيل مركزية: يستقبل الإشارات الحسية، بما في ذلك الإشارات البصرية من العينين، وينقلها إلى مناطق القشرة المناسبة، مثل القشرة البصرية. لكن الاتصال ليس باتجاه واحد: فالقشرة قادرة على إرسال أوامر عائدة، لضبط المهاد وفقًا للمهمة الحالية. ظل هذا فرضية لفترة طويلة، لكنه الآن اختُبر لأول مرة على البشر.

يمكن تخيل الدماغ كأوركسترا، حيث القائد هو قشرة المخ، والمهاد هو الكمان الأول. المهاد هو محطة ترحيل مركزية: يستقبل الإشارات الحسية، بما في ذلك الإشارات البصرية من العينين، وينقلها إلى مناطق القشرة المناسبة، مثل القشرة البصرية. لكن الاتصال ليس باتجاه واحد: فالقشرة قادرة على إرسال أوامر عائدة، لضبط المهاد وفقًا للمهمة الحالية. ظل هذا فرضية لفترة طويلة، لكنه الآن اختُبر لأول مرة على البشر.

دمية اختبار مثبتة على كرسي تميل إلى الخلف — فيصطدم رأسها بالأرض. داخل الرأس، في ثلاثة أطباق بتري، تُزرع خلايا عصبية بشرية. إنها تتعرض لتأثير ميكانيكي مشابه لما يحدث للدماغ الحقيقي عند السقوط. التجربة بسيطة التصميم: أُسقطت الدمية من وضعية الجلوس بزوايا 30 و60 و90 درجة. ستة مستشعرات تسارع — ثلاثة على سطح الرأس وثلاثة داخله، قرب الخلايا — سجلت قوة الارتجاج.

الضربة الواحدة على الرأس أمر خطير. ولكن ماذا يحدث عند سلسلة من الضربات؟ هنا يصبح الأمر أكثر تعقيدًا، والنماذج الحاسوبية المعتادة للدماغ لا تأخذ هذا في الاعتبار: فهي تتعامل مع كل ضربة على أنها الأولى. ومع ذلك، فإن الدماغ ليس كرة حديدية، فهو "يتذكر" الأحمال السابقة.

يمكن جعل جرس مخبأ في صندوق سميك يرن دون فتح الغطاء. يكفي إرسال موجة صوتية عبر الجدران — وسيهتز اللسان. هكذا تقريبًا يعمل التحفيز بالموجات فوق الصوتية عبر الجمجمة: يمر الصوت عبر عظام الجمجمة ويجعل الخلايا العصبية — الخلايا القابلة للاستثارة الكهربائية — في عمق الدماغ "ترن"، أي تولد نبضات كهربائية.

تم زرع خلايا من الأوعية الدموية على غشاء شفاف بسمك 700 نانومتر — أرق بمئة مرة من شعرة الإنسان. تحت الغشاء توجد أقطاب كهربائية مسطحة. ترسل هذه الأقطاب تيارًا مترددًا ضعيفًا وتستمع إلى تغيرات المقاومة. يشبه ذلك ميكروفونًا حساسًا يلتقط خطوات سكان جدد في شقة فارغة: في البداية صمت، ثم حفيف خفيف، ثم خطوات واثقة.

مخطط الدماغ المغناطيسي — جهاز يشبه خوذة مزودة بمئات المستشعرات — يلتقط المجالات المغناطيسية الضعيفة التي تولدها الخلايا العصبية أثناء عملها. عندما يستمع الشخص إلى كلام، تختبئ في هذه الإشارات بصمات الكلمات المسموعة. لكن استخراجها ليس بالأمر السهل: فالإشارة القادمة من آلاف المصادر تندمج في كتلة متشابكة.

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.

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.

الدماغ عبارة عن أوركسترا، حيث يجب أن تدخل كل مجموعة من الآلات في وقتها المحدد. في مرض الزهايمر، يفقد العازفون النوتات: تتشابك الاتصالات بين مناطق الدماغ، ويتحول العزف المتناغم إلى نشاز. لطالما رأى العلماء هذه الأعطال في الصور، لكنهم لم يعرفوا ما إذا كان يمكن إصلاح الوضع بلمس وتر واحد فقط.

في الليل، عندما نغرق في نوم عميق بلا أحلام، يبدأ المد في أعماق الدماغ. كل نبضة قلب وكل شهيق يرسلان دفعات لطيفة عبر التجاويف المملوءة بالسائل (البطينات). في النهار، تكون هذه الدفعات خجولة ورتيبة — السائل يتموج ذهابًا وإيابًا في نفس المكان تقريبًا. ولكن مع حلول النوم البطيء، يتغير الإيقاع. تتحول الدفعات إلى موجات قوية شبه دورية تتوالى واحدة تلو الأخرى.

مدينة ليلاً: في بعض النوافذ يضيء الضوء، وفي البعض الآخر يظلم. إذا وصلت بخطوط النوافذ التي تضيء في نفس الوقت، ستحصل على شبكة عنكبوتية من الاتصالات. هذه الشبكة درسها الباحثون على عضيات دماغية صغيرة — تجمعات حية من الخلايا العصبية نمت في المختبر. سجلوا الإشارات الكهربائية لعشرات الخلايا العصبية وبنوا شبكة تعتمد قوة الاتصال بين الخلايا فيها على مدى تزامن نشاطها.

سحابة من الذرات مبردة إلى ما يقارب الصفر المطلق تبدأ فجأة في التصرف كدماغ. ذرة مثارة واحدة تشعل تفاعلًا متسلسلًا — الجيران «يشتعلون» تلو الآخر، وتجري عبر الغاز انهيارات جليدية من النشاط. يسمي الفيزيائيون هذا بالتيسير الريدبيرغي: الذرات تُثار بسهولة أكبر إذا كان بجوارها ذرة مثارة بالفعل.

دماغ المتأمل هو أوركسترا، والانتباه هو قائدها. عندما تركز على التنفس، تعزف جميع الآلات بتناغم. لكن فجأة، تعزف آلة التشيلو نغمة نشازًا — هذا هو شرود الذهن. القائد المتمرس لا يصاب بالذعر: بل يلتقط التنافر فورًا ويعيد الأوركسترا بلطف إلى اللحن الرئيسي — التنفس. بنى العلماء نموذجًا حاسوبيًا لهذه العملية.

الدماغ يمتلك نظامًا خاصًا لإزالة الفضلات: عبر القنوات المحيطة بالأوعية الدموية الضيقة، يتدفق السائل النخاعي – السائل الدماغي الشوكي. جدران هذه القنوات لينة ومرنة وتتذبذب إيقاعيًا مع موجة النبض، والنسيج الدماغي المحيط مسامي كالإسفنج. كل نبضة نبض تحول الشرايين إلى مضخات صغيرة مستقلة تدفع السائل عبر مسام النسيج.

النهج المعياري الحالي لتعلم الذكاء الاصطناعي يشبه طفلًا محبوسًا في مكتبة: يتذكر ملايين الكتب، لكنه لا يعلم أن النار تحرق، وأن السقوط يسبب الألم. أدمغتنا، المبنية من الكربون ومواد بسيطة أخرى، تعمل بطريقة مختلفة: أولاً يستكشف الجسد العالم من خلال الحركات واللمسات والأخطاء، وعندها فقط تكتسب الكلمات معناها.

تعمل الرقائق العصبية بشكل مختلف عن الحواسيب التقليدية، المبنية وفق مخططات فون نيومان بذاكرة ومعالج منفصلين. تعتمد الرقائق على شبكة من خلايا بسيطة تشبه العصبونات، ومثل الماء الذي يملأ أي وعاء بانتظام، تجد الحل بسهولة دون خطوات زائدة. والرقاقة نفسها، مثل دماغنا، تقوم على الكربون – الأساس الكيميائي للحياة.

أخذ العلماء 16 نشاطًا يوميًا — من غسل الأطباق إلى القرفصاء — وحللوا الحركات إلى مكونات أولية، تمامًا كما يحلل المطياف الضوء إلى طيف. بعد مقارنة ثلاث طرق، وجدوا مفتاحًا غير متوقع للتعرف: لقطة متوسطة واحدة تكفي. تسعة مفاصل فقط من بين عشرات المفاصل حملت المعلومات الحاسمة — ولم تؤثر البقية تقريبًا.

المجهر الإلكتروني هو أرغن ضخم: بدلاً من الأنابيب — عدسات كهرمغناطيسية، وبدلاً من الهواء — تيار من الإلكترونات المسرّعة. في السابق، كان يرسم فقط لوحات جدارية صامتة عن العالم الذري، محملاً العلماء بفك تشفير مرهق. أما الآن فقد دخل القائد إلى القاعة — التعلّم العميق، محوّلاً نشاز البكسلات إلى سيمفونية من البنى، حيث كل ذرة نغمة.

داخل كل منا تدق ساعات غير مرئية. تتحكم هذه الساعات في إفراز الكورتيزول — الهرمون الذي يساعدنا على الاستيقاظ صباحًا، والتعامل مع القلق، والحفاظ على نشاط جهاز المناعة. في حالة القصور الكظري، تتعطل هذه الساعات: لا يستطيع الجسم إنتاج الكمية اللازمة من الكورتيزول من تلقاء نفسه. وبدون علاج، يشعر الشخص بتعب مستمر، وقد يصبح أي زكام عادي خطرًا على صحته.

في الأوركسترا العظيمة للكون، لكل آلة إيقاعها الخاص. فالإلكترونات في الذرة تقوم بقفزات كمومية خلال فمتو ثوانٍ، والخلايا العصبية في الدماغ تتبادل الإشارات خلال ميلي ثوانٍ، أما الإنسان فيحتاج إلى أجزاء من عُشر الثانية ليدرك «الآن». لطالما بحث الفيزيائيون عن قائد يوحّد هذه المقاطع المتباينة المقاييس في لحن واحد للزمن الموجّه.

عند دراسة الكواكب الخارجية البعيدة — كواكب خارج النظام الشمسي — يبحث العلماء عن البصمات الحيوية: آثار الحياة مثل الماء والمركبات الكربونية — وكذلك عن البصمات التقنية: إشارات راديوية أو منشآت هندسية عملاقة مثل كرات دايسون. لكن بين هذين النوعين من الأدلة توجد فجوة مفاهيمية.

الدماغ لا يتعلم كل مهمة من الصفر، بل ينقل الخبرة من نشاط إلى آخر. ولكن كيف نعرف أي المهام هي في الحقيقة مترابطة؟ ابتكر علماء الأعصاب حيلة ذكية: إعطاء شبكة اصطناعية "فرصة لمراقبة" نشاط الدماغ أثناء مهمة ما، ومحاولة التنبؤ بالنشاط أثناء مهمة أخرى. إذا نجح الأمر جيدًا، فهذا يعني أن المهام متقاربة. وإذا فشل، فإن الدماغ يستخدم آليات مختلفة تمامًا.

الكائن الحي هو آلة تمرر الطاقة باستمرار وتحولها إلى حرارة. هذه الدورة الداخلية تُسمى الإنتاج الداخلي للإنتروبيا (مقياس تبديد الطاقة). لكن قبل حوالي 2.5 مليون سنة، أطلق أسلافنا دائرة ثانية — خارجية. أخذوا حجرًا مدببًا بأيديهم، ثم غصنًا مشتعلًا. يعرف علماء الآثار: في ذلك الوقت تحديدًا بدأ دماغ أسلاف البشر (Hominidae) في التضخم بسرعة.

تشبه الخلية العصبية دارة كهربائية تحتوي على بطاريات ومقاومات متغيرة. تلعب القنوات الأيونية دور المقاومات — وهي مسام بروتينية في الغشاء تنفتح وتنغلق لتسمح بمرور الجسيمات المشحونة. يعتمد توليد النبضة العصبية على مدى سرعة هذه المسام في الاستجابة وعند أي جهد. المشكلة أن هذه «التعليمات» غير معروفة جيدًا بالنسبة للعديد من القنوات.

في تسعينيات القرن العشرين، ابتكر الفيلسوف جون سيرل تجربة فكرية: شخص يجلس في غرفة، وبدون معرفته بالصينية، يقدم إجابات صحيحة بالصينية وفقًا لتعليمات. من الخارج يبدو أنه يفهم اللغة، لكن في الداخل ليس سوى اتباع ميكانيكي للقواعد. وكذلك الحاسوب الذي يحاكي الدماغ قد يحاكي الوعي فقط دون أن يمتلكه فعليًا.

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.

تعزف أوركسترا سيمفونية كبيرة، لكن كل مجموعة من الآلات تؤدي دورها دون سماع البقية. تعزف الكمانات لحن القلب، والتشيلو إيقاع الكبد، وآلات النفخ نبض الدماغ. يبدو الأداء متفرقًا، رغم أن كل جزء على حدة لا تشوبه شائبة. هكذا تقريبًا تُبنى التوائم الرقمية الحديثة للصحة: نسخ كمبيوترية دقيقة للأعضاء لا تعرف كيف تتفاهم مع بعضها. اقترح المهندسون حلاً — منصة OmniBioTwin، التي تعمل كقائد أوركسترا بسمع مثالي.

أمين الصندوق في السوبرماركت في ساعة الذروة لا يتذكر كل عملية شراء يمررها — بل يبقي في ذهنه المبلغ الإجمالي ويراقب الطابور. بنفس الطريقة تقريبًا يوزع الدماغ قواه: القشرة الدقيقة والمكلفة (المسؤولة عن التفكير) والنوى تحت القشرية الأبسط والأكثر اقتصادية (حيث تسكن العادات) تعملان معًا. لفترة طويلة كان يُعتقد أن القشرة تبني خريطة للعالم، بينما تحت القشرة فقط تتذكر أين تكمن المكافأة.

كل صباح تمسك بيدك نفس الكوب، لكن القهوة تبدو مرة أحيانًا ومضبوطة أحيانًا أخرى. الأمر لا يتعلق بالقهوة — ولا بشخصيتك. داخلنا تتحرك باستمرار لوحة تحكم غير مرئية تحتوي على عشرات المنزلقات: التعب، الجوع، القلق، مستويات الهرمونات. في أوقات مختلفة من اليوم تكون هذه المنزلقات في أوضاع مختلفة، وبالتالي فإن الإشارة نفسها القادمة من العالم الخارجي تعطي نتيجة مختلفة تمامًا.