الحُصين

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 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 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 دفتر درجات المدرسة تتحدث كل درجة عن نفسها، لكن معرفة مستوى الطالب عمومًا لا تتأتى إلا من السجل الكامل. وبالنسبة إلى الأدوية التي تؤثر في الدماغ، ظل هذا السجل غائبًا زمنًا طويلًا. فكل اختبار على نسخة مصغّرة من الدماغ تُنمّى في أنبوب اختبار كان يعطي إشارته الخاصة: جينات «تشتعل» وأخرى «تنطفئ»، ونبضات كهربائية تارة تتسارع وتارة تخفت.

يقول أحد كبار السن بثقة إن كلمة «دوّار الشمس» كانت في القائمة، مع أن الموجود فيها كان «اللوز» فقط. الكلمتان مرتبطتان بالزيت، وقد كفى هذا الخيط الدلالي كي يُكمل الدماغ الذكرى من عنده. تعمل الذاكرة كالبوصلة: إبرة تشير إلى المعنى، وأخرى إلى ترتيب الأحداث. ومع التقدّم في العمر تبدأ إحدى الإبرتين بالترجيح. في دراسة شملت 90 شخصًا تتراوح أعمارهم بين 18 و85 عامًا، فحص الباحثون قوائم من 16 كلمة.

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.

يحكي المرء عن وجه يعرفه، فيصير كلامه مرآة تنعكس فيها أعمال الذاكرة. وعند مرضى الصرع الصدغي (temporal lobe epilepsy) يغشى الضباب هذه المرآة أحياناً: تُستدعى الكلمات ببطء، وتنقطع الجمل، وتتدلّى الوقفات في الهواء. وقد سمع الأطباء هذه الشكاوى طويلاً، لكن الاختبارات المعيارية، التي يُطلب فيها تسمية صورة أو تذكّر قائمة كلمات، كثيراً ما تُظهر نتائج طبيعية.

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.

أوركسترا من ستة وثلاثين آلة تعزف شبه إجماع. يحاول قائد الأوركسترا أن يتبيّن أي صوت يقود اللحن، لكن الأصوات تندمج، وكل مازورة تالية لا تزيده إلا شكًا. وهكذا يحاول الباحثون الذين يدرسون الحُصين أن يفهموا أي من مناطقه مسؤول عن الذاكرة أو التفكير، لكن المناطق المجاورة تتشابه إلى حد يجعل فصل إسهام كل منها شبه مستحيل.

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.

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.

يقضي الطبيب سنوات في تعلم التعرف على الأمراض من صور الدماغ. في البداية، يرى علامات الشيخوخة بوضوح، ثم يتقن التعرف على الأورام — وفجأة يبدأ في الخلط بين ما كان يعرفه سابقًا. وهذا هو الحال تقريبًا مع العديد من الشبكات العصبية: المعرفة الجديدة تمحو القديمة. تُعرف هذه الظاهرة بالنسيان الكارثي (catastrophic forgetting) — عندما تفقد النماذج المدربة على مهمة جديدة دقتها في المهام السابقة.

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.

تخيّل مسرحًا قديمًا وسط ضباب رطب. على الخشبة ممثلون متفرقون، لكن شعاع الكشاف لا يلتقط إلا واحدًا منهم، ليجعله يتجمد في بقعة مضيئة. أما الباقون فيحتشدون في العتمة، مستعدين للتلاشي في أي لحظة. هذه الصورة هي مفتاح أحد أكثر نماذج الوعي طموحًا، المبني بلغة ميكانيكا الكم.

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.

الجسيم الكمومي، عندما يجري عبر حلقة مغلقة، يترك على مساره «سجلين» مختلفين. الأول – كبصمة إصبع على مقبض الباب: يبقى دون تغيير مهما أدرت المقبض، ويخبر فقط عن الشكل والمادة. في الفيزياء، يُسمى هذا هولونوميا ويلسون (Wilson holonomy) – وهو مسؤول عن تداخل الموجات ونقل السبين الداخلي (الإبرة المغناطيسية الصغيرة للجسيم) دون النظر إلى الطاقة.

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.

في قاعة محكمة كبيرة يُعقد اجتماع. مئات المترجمين-الخلايا العصبية يسمعون في الوقت نفسه أجزاءً من الجمل — وعليهم تجميعها في صورة واحدة متكاملة. هكذا تماماً تحوّل الشبكات الكبيرة في الدماغ الإشارات المتفرقة القادمة من العينين إلى صورة متكاملة لشيء ما. وقد اقترح مؤلفو الدراسة الجديدة وصفاً رياضياً لهذه العملية — «الدالة السحابية».

ملاءة مشدودة بإحكام تظل ممددة على طاولة لعدة أيام. ظاهريًا هي ساكنة، لكن في ألياف القماش يبقى التوتر محفوظًا — يكفي أن ترخي أحد الأطراف قليلًا، فتجري الثنيات معيدة ترتيب النمط كله. تقريبًا هكذا تتصرف طبقة الخلايا الظهارية في حالة السكون. إنها لا تتجمد فحسب، بل تتراكم فيها توترات ميكانيكية — نوع من الذاكرة الخلوية للحركات السابقة.

المهندسون يبنون سيارة. بعضهم يجمع نسخة طبق الأصل من المحرك، كل مكبس وشمعة إشعال، لكن السيارة لا تسير — لا مقود ولا عجلات. وآخرون يصنعون عربة سباق سريعة ذاتية القيادة، لكن محركها من الصلصال لا يشبه المحرك الحقيقي. تقريبًا هكذا هي الحال في علم الدماغ. أحد الاتجاهات — «محاكاة الدماغ الكامل» — يعيد بناء الشبكات العصبية بدقة مذهلة، حتى مستوى الخلايا المفردة.

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.

الإنسان الذي يبحث عن مفاتيحه يسترجع في ذهنه الأماكن التي قد تكون فيها. أما الطائر الذي خبأ مئات البذور في شقوق خلال الخريف، فيسترجعها شتاءً دون خطأ. كيف يستوعب الدماغ كل هذه العناوين إذا كانت أعداد الخلايا العصبية متقاربة لدى الجميع؟ وجد الجواب في الهندسة. ألقى الباحثون نظرة داخل الحُصين لدى طائرين: قرقف أسود التاج (يخبئ الطعام) وزيبرا فينش (لا يخبئ).

مرج صيفي يطفو في الذاكرة ليس مجرد صورة — بل تأتي معها رائحة العشب ودفء الشمس. يلصق الدماغ الأحاسيس في صورة واحدة، فتبقى أرسخ من كل منها على حدة. لكن كيف تقوم الخلايا العصبية بخياطة البصري مع الشمي بالضبط، ظل لغزًا طويلًا. أخذ علماء الأحياء ذباب فاكهة تجريبيًا ودرّبوها على ربط ألوان وروائح معينة بحدث ممتع (سكر) أو مزعج (صدمة كهربائية).

يوازن الدماغ باستمرار بين المهام: تارة يستجيب لصوت مفاجئ، وتارة يحل معادلة، وتارة يغرق في أحلام اليقظة. لطالما اشتبه العلماء في أن وراء ذلك تحولات بين «سيناريوهات» مختلفة لعمل الشبكات العصبية، لكن كان من الصعب تمييزها وسط فوضى الإشارات الكهربائية.

الدماغ مبني كمبنى متعدد الطوابق: الطوابق السفلية تعالج الإشارات البسيطة، بينما تجمعها الطوابق العلوية في صور معقدة. لطالما اشتبه العلماء في أن هذا الترتيب مرتبط بكيفية عمل الخلايا العصبية معًا. لكن كيف بالضبط، بقي لغزًا. سجّل الباحثون النشاط الكهربائي لآلاف الخلايا العصبية في القشرة البصرية والحُصين لدى الفأر.

شيخوخة الدماغ تشبه تآكل جسر: الشقوق تظهر دون أن يلاحظها أحد، لكن إذا قوّيت الدعامات في الوقت المناسب، فسيصمد البناء لفترة أطول. هذه الدعامات هي ثلاثة أمور عادية: قوة المصافحة، والقدرة على الحركة الطويلة دون ضيق في التنفس، وحجم الرئتين. راقب الأطباء 51,517 بريطانيًا لمدة 12 عامًا ولاحظوا: لدى الأشخاص الذين يتمتعون بأعلى مستوى من كل من هذه القدرات، تطور الخرف بمعدل النصف مقارنة بالأضعف.

يشبه الكلام أوركسترا يجب أن تُعزف كل نغمة فيها في لحظتها المناسبة. يحوّل الدماغ الفكرة إلى سلسلة أصوات في أجزاء من الثانية، وظل حتى الآن غير واضح كيف يدير هذا التسلسل الهرمي — من الأصوات المنفردة إلى المقاطع ثم الكلمات الكاملة. لرؤية هذه العملية مباشرة، زرع الباحثون في منطقة الكلام في دماغ مريضين شبكات من 64 قطبًا دقيقًا — كل شبكة بحجم حبة أرز (3.2 × 3.2 ملم).

يحتوي دماغ الفأر على حوالي 70 مليون خلية عصبية، والروابط بينها موزعة بشكل غير متساوٍ إطلاقًا: بعض الخلايا لديها بضع عشرات من الاتصالات فقط، بينما البعض الآخر لديه آلاف. الأمر يشبه مدينة فيها أزقة هادئة وساحات مزدحمة. لكن حتى الآن لم يكن واضحًا كيف يؤثر هذا التباين على عمل الدماغ نفسه. قام الباحثون ببناء نموذج حاسوبي يمكن فيه جعل الروابط بين الخلايا أكثر أو أقل عدم انتظام.

يشبه الدماغ مدينة ضخمة: المناطق والأحياء تتواصل مع بعضها عبر الشوارع والمسارات العصبية. إذا تعطلت إشارات المرور عند تقاطع ما، يتجمد الحركة. وكذلك في الدماغ: إذا كانت حزم الألياف العصبية (المادة البيضاء) لا تعمل بشكل جيد، تتوقف المناطق البعيدة عن العمل بتناغم، ويصبح التفكير متعثرًا. أخذ العلماء صورًا للدماغ لدى الشباب وقسموا جميع المسارات العصبية إلى مجموعات بناءً على مدى تزامن نشاطها.

نموذج اللغة هو بنية متعددة الطبقات، حيث تعالج كل طبقة الكلمات بطريقتها الخاصة. في بداية التدريب، تكون الطبقات فوضوية، لكنها تدريجيًا تنتظم في فريقين. الفريق الأول يعمل ببساطة: هندسته الداخلية تتماسك وتصبح أقل تشابكًا. بينما يظل الفريق الثاني معقدًا ومتشعبًا. الطبقات ذات الهندسة البسيطة كانت أفضل المتنبئين بنشاط مناطق اللغة في الدماغ.

في الليل، لا ينطفئ الدماغ. بدلاً من ذلك، يراجع أحداث اليوم، مثل أمين المكتبة الذي يرتب الكتب على الرفوف. ولكن من أين تأتي الصور الغريبة، وأحياناً العبثية، في الأحلام؟ اعتقد الكثيرون أنها مجرد ضجيج عشوائي لا أهمية له. يُظهر نموذج حاسوبي جديد أن العشوائية لا تعيق، بل تساعد. يأخذ الدماغ الإشارات العشوائية ويحولها إلى خبرة مفيدة.

في شمال سهل أرابيا تيرا توجد حقول تبدو وكأنها دماغ عملاق: تلال وأخاديد تتعرج مثل التلافيف. على الأرض، تنشأ أنماط مماثلة في المناطق الباردة عندما تتجمد المياه في التربة وتذوب، فتتجمع الصخور نفسها في خطوط. لكن تلال الأنماط المريخية أعلى — بمتوسط 3.29 متر، بينما الآليات الأرضية تنتج أقل من نصف متر.

عند الانتقال إلى شقة جديدة، لا يتعلم الإنسان من جديد فتح الأبواب أو تشغيل الأضواء. فالتجربة من المنزل القديم تنتقل تلقائيًا: المطبخ هو مكان به موقد وحوض، وغرفة النوم هي مكان به سرير. لا يخزن الدماغ خريطة دقيقة، بل مخططًا مرنًا يطبقه على الفضاء غير المألوف. بنى العلماء نموذجًا حاسوبيًا لهذا النقل. يتكون من طابقين. الطابق العلوي هو المهمة المجردة: العثور على الطعام، تذكر الزاوية الآمنة.

يتراكم الدماغ خلال النهار انطباعات، مثلما تتراكم الأشياء في الغرفة. وفي الليل، أثناء النوم العميق، لا يكتفي بالراحة، بل يرتب الأمور: يفرز أحداث اليوم ويقرر ما يحتفظ به وما يتخلص منه. بنى العلماء نموذجًا حاسوبيًا للدماغ يتعلم أثناء النهار من عدة أمثلة، وفي الليل "يعيد مشاهدة" هذه الأمثلة كما لو كان يرى أحلامًا.

يحاول الإنسان ألا يفكر في شجار حدث في الصباح، لكن صورًا حية تقتحم ذهنه. وفي الوقت نفسه، يعدّ تقريرًا ويحتفظ بأرقام في ذهنه. والنتيجة سيئة: الذاكرة تعيق العمل، والعمل لا يسمح بالنسيان. قرر العلماء اختبار كيف يتعامل الدماغ مع هذا العبء المزدوج لدى أشخاص بمستويات مختلفة من القلق. شارك في التجربة 47 متطوعًا أصحاء. عُرضت عليهم صور ممتعة وغير ممتعة، ثم طُلب منهم إما تذكر الصورة أو كبت ذكراها.

منطقة في الدماغ بحجم حبة البازلاء تجعل الفأر يتجمد في منتصف خطوته. يسلط شعاع الليزر على خلايا حساسة للضوء، فيتوقف الحيوان وكأنه اصطدم بجدار غير مرئي. هكذا تعمل النواة السقيفية الجسرية الذنبية (rostral pedunculopontine nucleus) — مجموعة من الخلايا العصبية في جذع الدماغ تتحكم في الحركة. قام مؤلفو الدراسة ببناء جهاز غير مكلف يتكون من كاميرا وحاسوب صغير.

في غرفة العمليات يسود الصمت. يُنزل الجراح ببطء إبرة أرفع من شعرة الإنسان إلى دماغ المريض. في طرفها ليس سنًا حادًا، بل سياج كامل من تسعمائة وستين ميكروفونًا مجهريًا. كل واحد منها يستمع إلى رقعة صغيرة من المادة الرمادية. هكذا، ولأول مرة في العالم، دخل مسبار Neuropixels إلى دماغ إنسان حي — وهو جهاز كان يعمل سابقًا على الفئران والقرود فقط. وافق تسعة مرضى على التجربة.