علوم اعصاب شناختی چیست؟ | معرفی رشته علوم اعصاب شناختیزمان مطالعه ۱۴ دقیقه

منشا تصمیمات و رفتارهای انسان از کجاست؟ آیا رفتارهای انسان قابل پیش‌بینی است؟ آیا الگوهای ثابتی در رفتارهای هوشمندانه و شناختی افراد موجود است؟ برای جواب دادن به این سوالات ابتدا علم روان‌شناسی روی کار آمد و جواب‌هایی مطرح کرد. با گذر زمان و پیشرفت علم زیست‌شناسی و اختراع انواع تجهیزات تصویربرداری پزشکی، و همچنین با پیشرفت نوروساینس،‌ رشته‌ای تحت عنوان علوم اعصاب شناختی شکل گرفت که جواب‌های علمی و دقیق‌تری به این سوالات داد. مطالعه‌ی علوم اعصاب شناختی برای تربیت فرزند، ارتباط برقرار کردن موثر با افراد، درمان اختلالات شناختی، تحلیل رفتارهای مشتریان، استعدادیابی و بسیاری از کاربردهای مهم دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. تا انتهای این مقاله‌ی جذاب از تریتا با ما همراه باشید. 

رشته علوم اعصاب شناختی چیست؟

رشته علوم اعصاب شناختی زیرمجموعه‌ی علوم اعصاب است که فرایندهای بیولوژیکی زمینه‌ساز شناخت انسان را مطالعه می کند، به ویژه در رابطه با ارتباط بین ساختارهای مغز، فعالیت‌ها و عملکردهای شناختی. هدف از آن تعیین نحوه عملکرد مغز و دستیابی به ویژگی‌های عملکردی آن است. علوم اعصاب شناختی به عنوان شاخه‌ای از روانشناسی و علوم اعصاب در نظر گرفته می شود زیرا علوم بیولوژیک را با علوم رفتاری مانند روانپزشکی و روانشناسی ترکیب می کند. فناوری‌هایی که فعالیت مغز را اندازه گیری می‌کنند، مانند تصویربرداری عصبی عملکردی، می توانند بینشی از مشاهدات رفتاری را در صورت ناکافی بودن داده های رفتاری ارائه دهند. تصمیم گیری نمونه ای از یک فرآیند بیولوژیکی است که بر شناخت تأثیر می گذارد.

هدف علوم اعصاب محاسباتی چیست؟

این اصطلاح، خود به زیرمجموعه‌ای از علوم اعصاب یا نوروساینس اشاره دارد که فرایندهای بیولوژیکی (مانند پتانسیل عمل، نورون‌ها، سیناپس‌ها، آناتومی مغز و …) زیربنای شناخت انسان را مطالعه می کند. این رشته ارتباطات عصبی مغز انسان را مطالعه می کند. هدف از این کار تعیین چگونگی دستیابی مغز به عملکردهایی است که انجام می دهد. علوم اعصاب شناختی یک حوزه میان رشته‌ای محسوب می شود زیرا علوم زیست شناسی را با علوم رفتاری و روان‌شناسی ترکیب می کند. فناوری تحقیقات علوم اعصاب، مانند تصویربرداری عصبی (MRI عملکردی)، در صورت ناکافی بودن اطلاعات رفتاری، می‌تواند اطلاعات سودمندی در زمینه‌های خاصی از رفتار را فراهم کند.

مثالی از علوم اعصاب شناختی

بررسی آزمایشات علوم اعصاب شناختی برای نشان دادن کاربرد این علم در محل کار مفید است. یک آزمایش (که در مسابقه‌ای برگزیده شد) نقش دوپامین، انتقال دهنده عصبی (نوروترانسمیتر) مرتبط با احساس رضایت، در عملکرد مغز و تصمیم گیری را کشف کرد. انسان‌ها باید بتوانند تصمیماتی بگیرند که برای زنده ماندن به نفع آن‌ها باشد. وقتی تصمیمی می‌گیریم که منجر به پاداش شود، سطح فعالیت سلول‌های عصبی دوپامین افزایش می یابد و سرانجام این پاسخ حتی در پیش‌بینی پاداش (قبل از وقوع آن) انجام می‌شود. در صورت تمایل می‌توانید به مقاله سیستم پاداش مغز در اعتیاد مراجعه کنید.

این فرایند بیولوژیکی به همین دلیل است که ما به دنبال جوایز بیشتر و بیشتر مانند ارتقا یا درجه‌ها هستیم، زیرا تعداد بیش‌تری از پاداش‌ها احتمالا باعث شانس بیش‌تری برای بقا خواهند بود. تصمیم گیری نمونه‌ای از یک فرآیند زیست‌شناسی است که بر فرآیندهای شناختی تاثیر می‌گذارد.

تاریخچه‌ی پرفراز و نشیب

همان‌طور که اشاره شد مطالعه در مورد ذهن انسان و منشا تصمیمات انسان همواره مورد توجه اندیشمندان از ابتدای تاریخ علم بشریت بوده است. ابتدا فلاسفه قلب انسان را منشا احساسات و تصمیمات انسان می‌دانستند و در گذر زمان با پیشرفت علم و تکنولوژی متوجه این مهم شدند که در اصل مغز انسان است که همه‌ی عملکردهای شناختی را برعهده دارد. در ادامه به ترتیب وقایع مهم در پیشرفت و توسعه‌ی علوم اعصاب شناختی را بررسی می‌کنیم. 

ریشه‌های اولیه در علم فلسفه

فلاسفه همیشه به ذهن علاقه مند بوده‌اند: این ایده که تبیین یک پدیده شامل درک مکانیسم مسئول آن است، ریشه‌ای عمیق در تاریخ فلسفه دارد از نظریه های اتمی در قرن ۵ قبل از میلاد تا تولد دوباره آن در قرن ۱۷ و ۱۸ در آثار افرادی از جمله گالیله، دكارت و بویل. از جمله، این تفكر دكارت است كه ماشین آلات دست‌ساز انسان می‌تواند به عنوان یك مدل علمی ارائه شوند. برای مثال ارسطو معتقد بود مغز انسان یک نوع سیستم سرمایشی در بدن انسان است و مسئولیت تصمیمات انسان در قلب است. گفته شده است که اولین شخصی که خلاف آن را باور کرد، پزشک رومی جالینوس در قرن دوم میلادی بود که اعلام کرد مغز منبع فعالیت ذهنی است. با این حال، جالینوس معتقد بود که شخصیت و احساسات توسط مغز ایجاد نمی‌شود، بلکه توسط اعضای دیگر ایجاد می شود. آندریاس وسالیوس، آناتومیست و پزشک، اولین کسی بود که معتقد بود مغز و سیستم عصبی مرکز ذهن و احساسات هستند. روانشناسی، که یک زمینه مهم در علوم اعصاب شناختی است، از استدلال فلسفی در مورد ذهن پدید آمد. 

وقایع قرن ۱۹ میلادی

Phrenology | شناخت انسان‌ها از روی جمجمه

یکی از پیشینیان علوم اعصاب شناختی، فرنولوژی یا جمجمه‌شناسی بود؛ یک رویکرد شبه علمی که ادعا می کرد رفتار را می توان با شکل جمجمه سر تعیین کرد. در اوایل قرن نوزدهم، فرانتس جوزف گال و جی جی اسپورزهایم معتقد بودند که مغز انسان تقریبا از ۳۵ بخش مختلف تشکیل شده است. گال در کتاب خود، آناتومی و فیزیولوژی سیستم عصبی و به طور خاص مغز، ادعا کرد که برآمدگی بزرگ‌تر در یکی از این نواحی به معنای استفاده مکرر آن ناحیه از مغز توسط آن شخص است. این نظریه توجه عمومی قابل توجهی را به خود جلب کرد و منجر به انتشار مجلات فرنولوژی و ایجاد فشارسنج‌هایی شد که برجستگی‌های سر یک انسان را اندازه گیری می‌کردند. در حالی که فرنولوژی در نمایشگاه‌ها و کارناوال‌ها تثبیت شده بود، در جامعه علمی از استقبال گسترده‌ای برخوردار نبود. انتقاد عمده به فرنولوژی این است که محققان قادر به آزمایش تجربی نظریه‌ها نبودند.

دیدگاه بخش‌بندی نواحی مغز

دیدگاه بخش‌بندی مربوط به محلی‌سازی توانایی های ذهنی در نواحی خاص مغز بود تا اینکه ویژگی های این توانایی ها و نحوه اندازه گیری آنها مورد مطالعه قرار گیرد. مطالعات انجام شده در اروپا، مانند مطالعات John Hughlings Jackson، این دیدگاه را تایید می‌کند. جکسون بیماران مبتلا به آسیب مغزی، خصوصاً مبتلایان به صرع را مورد مطالعه قرار داد. وی کشف کرد که بیماران صرعی در حین تشنج اغلب انقباضات عضلانی انجام می‌دهند و باعث شد جکسون این باور را داشته باشد که این انقباضات هر بار باید در یک مکان اتفاق می‌افتد. جکسون پیشنهاد کرد که عملکردهای خاص در مناطق خاصی از مغز قرار می گیرند، که برای درک بهتر مغز در آینده، مطالعه‌ی لوب‌های مغز بسیار مهم است.

دیدگاه مغز مجمتع

طبق دیدگاه مغز مجمتع، تمام مناطق مغز در هر عملکرد ذهنی شرکت می‌کنند. پیر فلورنس، روان‌شناس تجربی فرانسوی، با استفاده از آزمایشات حیوانی، دیدگاه بخش‌بندی مغز را به چالش کشید. وی کشف کرد که برداشتن مخچه در خرگوش‌ها و کبوترها بر حس هماهنگی عضلانی آنها تأثیر می‌گذارد و با برداشتن نیمکره‌های مغزی‌، کلیه عملکردهای شناختی در کبوترها مختل می‌شود. از این طریق او نتیجه گرفت که قشر مخ، مخچه و ساقه مغز به طور کلی با هم کار می‌کنند. رویکرد او به این دلیل مورد انتقاد قرار گرفت که آزمون‌ها به اندازه کافی حساس نبودند تا در صورت وجود اشکالات آزمایش، متوجه شوند.

ظهور روانشناسی مغز و اعصاب

شاید اولین تلاش های جدی برای محلی‌سازی عملکردهای ذهنی در مکان‌های خاص مغز توسط بروکا و ورنیکه انجام شده باشد. این امر بیش‌تر با مطالعه تاثیرات صدمات به قسمت‌های مختلف مغز بر عملکردهای روان‌شناختی حاصل شد. در سال ۱۸۶۱، پال بروکا، متخصص مغز و اعصاب فرانسوی با مردی روبرو شد که قادر به درک زبان بود اما قادر به صحبت نبود. این مرد فقط می‌توانست صدای  «تَن tan» تولید کند. بعدا مشخص شد که این مرد در ناحیه‌ای از لوب پیشانی سمت چپ خود آسیب دیده است که اکنون به منطقه بروکا معروف است. کارل ورنیکه، متخصص مغز و اعصاب آلمانی، بیماری را پیدا کرد که می‌توانند روان اما غیرمعقول صحبت کنند. بیمار قربانی سکته مغزی شده بود و نمی‌توانست زبان گفتاری یا نوشتاری را بفهمد. این بیمار در ناحیه‌ای که لوب‌های جداری و گیجگاهی چپ به هم می‌پیوندند ، ضایعه‌ای داشت که اکنون به منطقه ورنیکه معروف است. این موارد، که نشان می‌دهد آسیب‌ها باعث تغییرات رفتاری خاص می شوند، به شدت از دیدگاه بخش‌بندی مغز حمایت می‌کنند.

نقشه برداری از مغز

در سال ۱۸۷۰، پزشکان آلمانی ادوارد هیتزیگ و گوستاو فریتش یافته‌های خود را در مورد رفتار حیوانات منتشر کردند. هیتزیگ و فریچ از طریق قشر مغز سگ، جریان الکتریکی وارد کردند و باعث انقباض عضلات مختلف سگ بر اساس منطقه‌ی تحریکی شد. این آزمایشات منجر به درک این موضوع شد که عملکردهای مشخص در مناطق خاصی از مغز، به جای کل قشر مغز، محلی هستند. یعنی دیدگاه مغز مجتمع زیر سوال رفت. بردمن (Brodmann) همچنین یک شخصیت مهم در نقشه برداری مغز بود. آزمایش‌های او بر اساس تکنیک‌های رنگ‌آمیزی بافت فرانتس نیسل، مغز را به پنجاه و دو منطقه تقسیم کرد.

وقایع قرن ۲۰ میلادی

انقلاب شناختی

در آغاز قرن بیستم، نگرش‌ها در آمریکا با عمل‌گرایی مشخص می‌شدند، که منجر به ترجیح رفتارگرایی به عنوان رویکرد اصلی در روان‌شناسی شد. جی.بی واتسون با رویکرد محرک-پاسخ، یک شخصیت کلیدی بود. وی با انجام آزمایشاتی بر روی حیوانات قصد داشت رفتار را پیش بینی و کنترل کند. رفتارگرایی سرانجام ناکام ماند زیرا نمی‌توانست روانشناسی واقع بینانه‌ای از کنش و اندیشه انسان فراهم کند. این مشکلات باعث به وجود آمدن دوره‌ای شد که اغلب تحت عنوان «انقلاب شناختی» خوانده می‌شود.

دکترین نورون

در اوایل قرن ۲۰، سانتیاگو رامون و کاژال و کامیلو گلگی کار بر روی ساختار نورون را آغاز کردند. گلگی یک روش رنگ‌آمیزی نقره را ایجاد کرد که می‌تواند به طور کامل چندین سلول را در یک منطقه خاص لکه‌دار کند و باعث شود وی گمان کند سلول‌های عصبی مستقیما در یک سیتوپلاسم با یکدیگر ارتباط دارند. کاژال پس از رنگ آمیزی مناطقی از مغز که میلین کم‌تری داشتند و کشف سلول‌های گسسته نورون‌ها، این دیدگاه را به چالش کشید. کاژال همچنین کشف کرد که سلول‌ها سیگنال‌های الکتریکی (پتانسیل عمل) را فقط در یک جهت به نورون منتقل می‌کنند. به گلگی و کاژال در سال ۱۹۰۶ برای این کار در مورد دکترین نورون جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی اهدا شد. 

اواسط اواخر قرن بیستم

چندین یافته مهم علمی در قرن بیستم به پیشرفت علوم اعصاب شناختی کمک کرد. مانند کشف ستون‌های تسلط چشم، ضبط سلول‌های عصبی منفرد در حیوانات و هماهنگی حرکات چشم و سر. روان‌شناسی تجربی نیز در بنیاد علوم اعصاب شناختی قابل توجه بود. از نتایج مهم این بود که برخی از وظایف از طریق پردازش‌های گسسته انجام می شود، مانند مطالعه توجه (attention)، و این تصور که داده‌های رفتاری به تنهایی اطلاعات کافی برای توضیح فرایندهای ذهنی فراهم نمی‌کنند. در نتیجه، برخی از روانشناسان تجربی شروع به بررسی مبانی رفتاری عصبی کردند. وایلدر پنفیلد با تحریک کورتکس بیماران در حین جراحی نقشه‌هایی از مناطق حسی و حرکتی اولیه مغز ایجاد کرد. کار Sperry و Michael Gazzaniga در مورد بیماران مغزی (با نیم‌کره‌های جدا) در دهه ۱۹۵۰ نیز در پیشرفت این زمینه بسیار موثر بود. اصطلاح علوم اعصاب شناختی خود توسط گزانیگا و روانشناس شناختی جورج آرمیتاژ میلر هنگام استفاده از تاکسی در سال ۱۹۷۶ ابداع شد. 

دوران جدید نقشه برداری از مغز

فناوری جدید نقشه برداری مغز، به ویژه fMRI و PET، به محققان این امکان را داد تا با مشاهده عملکرد مغز، استراتژی‌های آزمایشی روانشناسی شناختی را بررسی کنند. اگرچه این روش اغلب به عنوان یک روش جدید تصور می‌شود (بیش‌تر این فناوری نسبتا جدید است)، اما این اصل اساسی به سال ۱۸۷۸ برمی گردد که جریان خون برای اولین بار با عملکرد مغز مرتبط بود. آنجلو موسو، روانشناس ایتالیایی قرن نوزدهم، از طریق جراحی‌های عصبی در جمجمه بیماران، ضربان‌های مغز بزرگسالان را کنترل کرده بود. وی خاطرنشان کرد: هنگامی که افراد درگیر کارهایی مانند محاسبات ریاضی می‌شوند‌، ضربان‌های مغز به صورت محلی افزایش می‌یابد. چنین مشاهداتی باعث شد موسو به این نتیجه برسد که جریان خون مغز، معیاری برای سنجش عملکرد آن است.

تولد علوم شناختی

در ۱۱ سپتامبر ۱۹۵۶، جلسه ای گسترده از متخصصان علوم شناختی در MIT برگزار شد. جورج میلر مقاله «شماره جادویی هفت، به علاوه یا منهای دو» را ارائه داد. در حالی که Noam Chomsky و Newell & Simon یافته‌های خود را در مورد علوم کامپیوتر ارائه دادند. اولریک نایسر در این جلسه در کتاب «روانشناسی شناخت» ۱۹۶۷ اظهار نظر کرد. اصطلاح «روانشناسی» در دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ رو به زوال بود و باعث شد این رشته به عنوان «علوم شناختی» مطرح شود. رفتارگرایانی مانند میلر تمرکز خود را بر بازنمایی زبان به جای رفتارهای عمومی گذاشتند. دیوید مار نتیجه گرفت که باید هر فرآیند شناختی را در سه سطح تجزیه و تحلیل درک کرد. این سطوح شامل سطوح محاسباتی، الگوریتمی (یا بازنمایی) و فیزیکی است.

تلفیق علوم اعصاب و علوم شناختی

قبل از دهه ۱۹۸۰، تعامل بین علوم اعصاب و علوم شناختی کم بود. علوم اعصاب شناختی شروع به ادغام زمینه نظری تازه ایجاد شده در علوم شناختی کرد که بین سالهای ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ ظهور کرد، با رویکردهایی در روانشناسی تجربی، عصب روانشناسی و علوم اعصاب. در اواخر قرن ۲۰ فن آوری‌های جدید تکامل یافتند که اکنون پایه اصلی روش علوم اعصاب شناختی هستند، از جمله TMS و fMRI. روش‌های قبلی که در علوم اعصاب شناختی استفاده می‌شود شامل EEG و MEG است. گاها دانشمندان علوم اعصاب شناختی از سایر روش‌های تصویربرداری مغز مانند PET و SPECT استفاده می‌کنند. تکنیک آینده در علوم اعصاب NIRS است که از نور برای محاسبه تغییرات اکسی و دئوکسی هموگلوبین در مناطق قشر مغز استفاده می‌کند. در بعضی از حیوانات می‌توان از ضبط تک واحدی نورون‌ها استفاده کرد.

در سال ۲۰۱۴، استانیسلاس دهائنه، جاکومو ریزولاتی و ترور رابینز جایزه مغز دریافت کردند به خاطر تحقیقات پیشگامانه آن‌ها در زمینه مکانیسم‌های بالاتر مغز که زیربنای عملکردهای پیچیده انسانی مانند سواد‌، اعداد‌، رفتار با انگیزه و شناخت اجتماعی است و تلاش‌های آن‌ها برای درک شناختی و شناخت اختلالات رفتاری.  برندا میلنر، مارکوس رایچل و جان اوکیف جایزه کاولی در علوم اعصاب را برای کشف شبکه‌های مغز تخصصی برای حافظه و شناخت دریافت کردند.

ابزارهای مرتبط با نوروساینس شناختی

برای انجام آزمایشات عملی در زمینه نوروساینس از فناوری‌ها و ابزارهای زیر استفاده می‌شود:

• روان‌فیزیک (بررسی رابطه محرک‌های فیزیکی و احساس و ادراک آدمی به صورت کمی)
• fMRI
• EEG
• MEG
• ECOG
• تحریک مغناطیسی مغز TMS
• مدلسازی محاسباتی
• زیست‌شناسی محاسباتی
• تحلیل رفتار
• تحلیل آشفتگی‌های روانی و مغزی

مثلث ابزارهای علوم اعصاب شناختی

برای بررسی علوم اعصاب شناختی به عنوان یک علم میان رشته‌ای، نیاز است ابعاد این مثلث را بررسی کنیم. همان‌طور که در تصویر مشاهده می‌کنید، این مثلث شامل موارد زیر است:

• مغز: مطالعه‌ی مغز که شامل فیزیولوژی و آناتومی سیستم اعصاب است.
• شناخت: شامل مطالعه‌ی مدل‌های شناختی و رفتاری
• محاسبات: شامل مدلسازی و تحلیل محاسباتی

در علوم اعصاب شناختی به چه موضوعاتی پرداخته می‌شود؟

مهم‌ترین سرفصل‌های علوم اعصاب شناختی که دانشمندان به دنبال جواب دادن به سوالات بنیادی آن‌ها هستند را در ادامه معرفی می‌کنیم:

• توجه | attention
• تغییر بینایی چشم | change blindness
• هوشیاری | consciousness
• تصمیم‌گیری | decision-making
• یادگیری | Learning
• حافظه | Memory
• زبان | Language
• نورون‌های آینه‌ای | Mirror neurons
• ادراک | Perception
• شناخت اجتماعی | Social cognition
• احساسات | Emotions
• فیزیولوژی و آناتومی سیستم عصبی

آخرین ترندها و زمینه‌های جدید

اخیرا کانون تحقیقات از محلی سازی نواحی مغز برای عملکردهای خاص در مغز بزرگسالان با استفاده از یک فناوری واحد گسترش یافته است. مطالعات در چندین زمینه‌ی مختلف دیگر در حال انجام است: کاوش در تعاملات بین مناطق مختلف مغز، استفاده از چندین فناوری و رویکرد برای درک عملکردهای مغز و استفاده از رویکردهای محاسباتی. پیشرفت در تصویربرداری عصبی عملکردی غیرتهاجمی و روش‌های تجزیه و تحلیل داده‌های مرتبط، همچنین رویکردهای نوروساینس محاسباتی و فناوری ‌bci از جدیدترین ترندهای دنیای نوروساینس هستند.

رابطه علوم اعصاب شناختی با علوم اعصاب رفتاری

علوم اعصاب رفتاری با استفاده از نوروبیولوژی و نوروفیزیولوژی در مطالعه فیزیولوژی، ژنتیک و مکانیسم‌های رشد، مغز را مطالعه می‌کند. همان طور که از نامش پیداست‌، این زیرشاخه پیوند علوم اعصاب و رفتار است. علوم اعصاب رفتاری بر روی سلول‌های عصبی، انتقال دهنده‌های عصبی و مدارهای عصبی متمرکز است تا فرایندهای بیولوژیکی را که زمینه ساز رفتار طبیعی و غیرطبیعی هستند، بررسی کند. یکی از اهداف عمده علوم اعصاب شناختی شناسایی کمبودهای موجود در سیستم‌های عصبی است که انواع مختلف روانپزشکی و اختلالات تخریب عصبی را مشخص می‌کند. دانشمندان علوم اعصاب شناختی تمایل به داشتن زمینه‌ای در روانشناسی تجربی، زیست عصبی، عصب شناسی، فیزیک و ریاضیات دارند.

تفاوت نوروساینس و نوروساینس شناختی

علوم شناختی مطالعه علمی اندیشه، یادگیری و ذهن انسان است. این یک رشته میان رشته‌ای است که ایده‌ها و روش‌های علوم اعصاب‌، روانپزشکی‌، روانشناسی‌، علوم رایانه‌، زبانشناسی و فلسفه را با هم ترکیب می‌کند. این یک زیرشاخه است و از تحولات تحقیقاتی در علوم اعصاب ناشی می‌شود. هدف گسترده علوم اعصاب شناختی توصیف ماهیت دانش بشر، اشکال و محتوای آن، و چگونگی استفاده، پردازش و کسب آن دانش است. این شامل بسیاری از سطوح تجزیه و تحلیل، از سطح پایین و مکانیسم‌های تصمیم گیری تا سطح بالا منطق و برنامه ریزی است. اما نوروساینس یا علوم اعصاب گسترده‌تر بوده و یکی از زیرگرایش‌های کلی در علم زیست‌شناسی است.

منابع: Wikipedia و Emotive