البشر لا يضاهون في مجال المعرفة. بعد كل شيء ، لم يرسل أي مخلوق آخر دراسات إلى كواكب أخرى ، أو طور لقاحات منقذة للحياة ، أو ابتكر الشعر. إن كيفية معالجة المعلومات في الدماغ البشري لجعل ذلك ممكنًا هي مسألة افتتان لا نهاية له ، لكن لا توجد إجابات محددة.

لقد تغير فهمنا لوظيفة الدماغ على مر السنين. لكن النماذج النظرية الحالية تصف الدماغ “نظام معالجة المعلومات الموزعة”. يتكون من مكونات فريدة مرتبطة ببعضها البعض بإحكام بواسطة أسلاك الدماغ. تتبادل المناطق المعلومات ، على الرغم من أنها نظام لإشارات الإدخال والإخراج للتواصل مع بعضها البعض.

ومع ذلك ، هذا ليس سوى جزء صغير من الصورة الأكثر تعقيدًا. في دراسة نُشر في Nature Neuroscience، باستخدام مصادر من أنواع مختلفة ومجالات عصبية متعددة ، تبين أن الدماغ ليس لديه نوع من معالجة المعلومات. تختلف طريقة معالجة المعلومات بين البشر والحيوانات الأخرى ، وهو ما قد يفسر سبب تفوق القدرات المعرفية لدى جنسنا البشري.

لقد اقترضنا أفكارًا مما يُعرف بـ التركيب الرياضي لنظرية المعلومات – دراسة قياس وتخزين وإيصال المعلومات الرقمية المهمة للتكنولوجيا مثل الإنترنت والذكاء الاصطناعي – ترصد كيفية معالجة الدماغ للمعلومات. وجدنا أن أجزاء مختلفة من الدماغ تستخدم تقنيات مختلفة للتواصل مع بعضها البعض.

تتواصل بعض أجزاء الدماغ مع أجزاء أخرى بطريقة متجانسة للغاية باستخدام المدخلات والمخرجات. هذا يضمن إعادة توليد الإشارات واستقبالها بشكل موثوق. ينطبق هذا على المجالات المتخصصة في الوظائف الحسية والحركية (مثل معالجة المعلومات الصوتية والمرئية والحركية).

خذ العيون ، على سبيل المثال ، التي ترسل إشارات إلى الجزء الخلفي من الدماغ للمعالجة. يتم إعطاء نسخة من معظم المعلومات المرسلة لكل عين. بعبارة أخرى ، نصف هذه المعلومات غير مطلوبة. لذلك نسمي هذا النوع من معالجة معلومات المدخلات والمخرجات “التكرار”.

لكن عمليات التسريح تمنح القوة والموثوقية – فهي تتيح لنا الرؤية بعين واحدة فقط. هذه القدرة ضرورية للبقاء على قيد الحياة. في الواقع ، من المهم أن تكون الاتصالات بين هذه المناطق من الدماغ ، مثل خط الهاتف الأرضي ، جامدة من الناحية التشريحية في الدماغ.

ومع ذلك ، ليست كل المعلومات التي تقدمها العيون غير ضرورية. يؤدي توصيل المعلومات من كلتا العينين إلى تمكين الدماغ في النهاية من معالجة العمق والمسافة بين الأشياء. هذا هو الأساس للعديد من أنواع النظارات ثلاثية الأبعاد في السينما.

هذا مثال على معالجة المعلومات التي تختلف اختلافًا جوهريًا عن مجموع أجزائها. هذا النوع من معالجة المعلومات – عندما يتم دمج الإشارات المعقدة من شبكات الدماغ المختلفة – هو ما نسميه “التآزر”.

المعالجة التآزرية هي الأكثر انتشارًا في مناطق الدماغ التي تدعم الوظائف المعرفية الأكثر تعقيدًا مثل الانتباه والتعلم وذاكرة العمل والإدراك الاجتماعي والعددي. هذا ليس بالأمر الصعب بمعنى أنه يمكن أن يربط شبكات مختلفة بطرق مختلفة ويتغير استجابة لتجاربنا. هذا يبسط خلط المعلومات.

المناطق التي يحدث فيها تآزر متعدد – غالبًا في مقدمة ووسط القشرة (الطبقة الخارجية للدماغ) – تدمج مصادر مختلفة للمعلومات من الدماغ كله. لذلك فهي مرتبطة على نطاق أوسع وأكثر كفاءة بأجزاء أخرى من الدماغ من المناطق التي تتعامل مع المعلومات الحسية والحركية الأولية.

تتمتع مناطق التآزر العالي التي تدعم تكامل المعلومات بشكل عام بالكثير من التزامن ، والوصلات المجهرية التي تساعد الخلايا العصبية على التواصل.

هل التآزر هو ما يجعلنا مميزين؟

أردنا معرفة ما إذا كانت القدرة على تجميع المعلومات وتوليدها من خلال الشبكات المعقدة عبر الدماغ تختلف تطوريًا عن أقرب أقربائنا والبشر والحيوانات الأخرى.

لمعرفة ذلك ، نظرنا في بيانات تصوير الدماغ والتحليل الجيني للكائنات الحية المختلفة. وجدنا أن التفاعلات التآزرية كانت ناتجة عن ارتفاع معدل تدفق المعلومات الإجمالية في الدماغ البشري مقارنةً بدماغ قرود المكاك. في المقابل ، تتشابه أدمغة كلا النوعين من حيث مدى اعتمادهما على المعلومات غير الضرورية.

ومع ذلك ، نظرنا على وجه التحديد إلى قشرة الفص الجبهي ، وهي جزء من الفص الأمامي للدماغ يدعم الوظيفة الإدراكية المحسنة. في مكة المكرمة ، هذه المنطقة عرضة لمعالجة المعلومات غير الضرورية ، بينما في البشر هي منطقة ثقيلة التآزر.

يوجد أيضًا في قشرة الفص الجبهي تخضع لتوسع كبير مع التطور. عندما فحصنا البيانات من دماغ الشمبانزي ، وجدنا أن جزءًا من دماغ الإنسان قد توسع بشكل كبير أثناء التطور مقارنةً بنظيره في الشمبانزي.

شاهدنا أيضا التحليل الجيني من متبرعين بشريين. يوضح هذا أن أجزاء الدماغ المرتبطة بمعالجة المعلومات التآزرية هي أكثر عرضة للتعبير عن الجينات البشرية الفردية ، وكذلك الذكاء المرتبط بنمو الدماغ ووظيفته.

قادنا هذا إلى استنتاج مفاده أن أنسجة المخ البشرية الإضافية التي تم الحصول عليها نتيجة للتطور يمكن تكريسها في المقام الأول للتآزر. وهذا بدوره يؤدي إلى التكهنات بأن فوائد التآزر العالي قد تفسر جزئيًا القدرات المعرفية الإضافية لعرقنا. قد يضيف التآزر جزءًا مهمًا من لغز تطور الدماغ البشري ، والذي اختفى سابقًا.

في النهاية ، يكشف عملنا كيف يوجه العقل البشري المفاضلة بين الموثوقية وتكامل المعلومات – نحن بحاجة إلى كليهما. بشكل أساسي ، يحتوي الإطار الذي قمنا بتطويره على وعد برؤى جديدة مهمة في مجموعة واسعة من الأسئلة العصبية التي تتراوح من الإدراك العام إلى الاضطرابات.