» کتاب علوم اعصاب شناختی مایکل گازانیگا
»» قسمت اول بخش اول: تاریخچه تحقیقات علوم اعصاب
» Cognitive Neuroscience; The Biology of the Mind
»» A Brief History of Cognitive Neuroscience
اغلب در مباحث علمی اتفاق می‌افتد که دانشمندان می‌گویند: «می‌دانید، این واقعاً استدلال خوبی است؛ موضع من اشتباه است»! و سپس آنها در واقع نظر خود را تغییر می‌دهند و دیگر هرگز آن دیدگاه قدیمی را از آنها نمی‌شنوید. واقعا این کار را می‌کنند. آن هر وقت لازم باشد، اتفاق نمی‌افتد، زیرا دانشمندان انسان هستند و تغییر گاهی اوقات دردناک است. اما هر روز این اتفاق می‌افتد. من نمی‌توانم آخرین باری که چنین چیزی در سیاست یا مذهب اتفاق افتاده است را به یاد بیاورم. (کارل سیگان، ۱۹۸۷)
پرسش‌های مهم
● چرا یونانیان باستان برای علم ارزش قائل بودند؟
● چه شواهد تاریخی نشان می‌دهد که فعالیت‌های مغز، ذهن را تولید می‌کند؟
● از روش‌های نوین تحقیق در مورد ذهن و مغز چه چیزهایی می‌توانیم یاد بگیریم؟
تاریخچه مختصری از علوم اعصاب شناختی
آن گرین (ANNE GREEN)، در سال ۱۶۵۰ به خاطر قتل فرزندش که در واقع مرتکب نشده بود، در حیاط قلعه آکسفورد انگلستان تا پای چوبه‌دار رفت. بدون شک در این لحظه، او احساس ترس، عصبانیت و ناامیدی می‌کرد و افکار زیادی در سرش می‌چرخید. [اما، «من در شرف ایفای نقشی در پایه‌گذاری عصب شناسی بالینی و نوروآناتومی هستم»- با وجودی که این نقش را به صورت دقیق ایفا می‌کنم اما قطعاً یکی از بنیانگذاران این تخصص نبودم.] گرچه او بی‌گناهی خود را به مردم اعلام کرد، اما مزمور (سرود روحانی) خوانده شد و به دار آویخته شد. او نیم ساعت کامل بر دار آویزان بود. قبل از اینکه او را پایین بیاورند و اعلام کنند که او مرده است و در تابوتی که توسط دکتر توماس ویلیس (Thomas Willis) و دکتر ویلیام پتی (William Petty) تهیه شده بود قرار دهند، رو به بهبودی رفت. ویلیس و پتی پزشک بودند و از شاه چارلز اول اجازه داشتند تا جسد هر جنایتکاری که در فاصله ۲۱ مایلی آکسفورد کشته می‌شد را به منظور تحقیقات پزشکی تشریح کنند. بنابراین، به جای دفن، جسد گرین به دفتر آنها منتقل شد.
در میدان ادگار آلن پو، قبل از کالبدشکافی، صدای خرخر از تابوت شنیده می‌شد. آیا گرین زنده بود؟! دکترها در دهانش مشروبات الکلی ریختند و پری به گردنش مالیدند تا سرفه کند. چند دقیقه دست و پای او را مالیدند، ۵ اونس خون از او گرفتند، زخم‌های گردنش را با تربانتین پاک کردند و تمام شب از او مراقبت کردند. صبح روز بعد، او احساس شادابی می‌کرد و آبجو خواست. پنج روز بعد، او از رختخواب بیرون آمد و به طور معمول غذا خورد (مولنار، ۲۰۰۴؛ زیمر، ۲۰۰۴)
پس از این آزمون سخت، مقامات می‌خواستند دوباره گرین را دار بزنند. اما ویلیس و پتی در دفاع از او اقامه دعوی نمودند و استدلال کردند که نوزادش مرده به دنیا آمده بود و مرگش تقصیر او نبوده. آنها اعلام کردند که مشیت الهی وارد عمل شده و باعث نجات معجزه‌آسای او از مرگ شده و بدین ترتیب بی‌گناهی او را ثابت کرده است. استدلال آنها پذیرفته شد. گرین آزاد شد و ازدواج کرد و صاحب سه فرزند دیگر شد.
این حادثه معجزه‌آسا به‌طور کامل در سراسر انگلستان منتشر شد (شکل ۱.۱). توماس ویلیس (شکل ۱.۲) بسیار مدیون آن گرین و شهرتی بود که وقایع رستاخیزش برای او به ارمغان آورد. با آن پولی که به شدت به آن نیاز داشت را به‌دست آورد و نیز اعتباری برای انتشار آثار و ایده‌هایش کسب نمود و ایده‌های خوبی هم داشت. ویلیس به یکی از شناخته‌شده‌ترین پزشکان زمان خود تبدیل شد: او اصطلاح عصب‌شناسی (term neurology) را ابداع کرد، و او اولین آناتومیستی بود که آسیب‌های مغزی خاص – یعنی تغییرات در ساختار مغز – را به نقص‌های رفتاری خاص مرتبط کرد و نظریه‌پردازی کرد که چگونه مغز، اطلاعات را منتقل می‌کند. او این نتایج را پس از درمان بیماران در طول زندگی و کالبدشکافی آنها پس از مرگشان گرفت.
شکل ۱.۱ شرح هنرمندانه رستاخیز معجزه‌آسای آن گرین در سال ۱۶۵۰
شکل ۱.۲ توماس ویلیس (۱۶۲۱-۱۶۷۵) بنیانگذار علوم اعصاب بالینی (clinical neuroscience)
ویلیس با همکار و دوستش کریستوفر رن (Christopher Wren) (معماری که کلیسای جامع سنت پل در لندن را طراحی کرد)، نقشه‌هایی از مغز انسان خلق کرد که دقیق‌ترین نقشه بود و به مدت ۲۰۰ سال اعتبار داشت (شکل ۱.۳). او همچنین نام‌هایی را برای مناطق متعدد مغز ابداع کرد (جدول ۱.۱؛ مولنار، ۲۰۰۴؛ زیمر، ۲۰۰۴). به طور خلاصه، ویلیس ایده‌ها و پایگاه دانشی را به راه انداخت. که صدها سال طول کشید تا به آنچه امروز به عنوان حوزه علوم اعصاب شناختی می‌شناسیم، تبدیل شود.
شکل ۱.۳ مغز انسان (نمای شکمی) ترسیم شده توسط کریستوفر رن. رن برای آناتومی توماس ویلیس از مغز و اعصاب آن طراحی کرد و حلقه رگ‌های تیره در مرکز نقاشی توسط یکی از شاگردان ویلیس به نام ریچارد لور (Richard Lower)، حلقه ویلیس (circle of Willis) نامگذاری شد.
در این فصل در مورد برخی از دانشمندان و پزشکانی که سهم مهمی در این زمینه داشته‌اند، بحث می‌کنیم. شما منشأ علوم اعصاب شناختی و چگونگی پیشرفت آن به آنچه امروز است را خواهید یافت: رشته‌ای برای درک اینکه مغز چگونه کار می‌کند، چگونه ساختار و عملکرد مغز بر رفتار تأثیر می‌گذارد، و در نهایت چگونه مغز ذهن را قادر می‌سازد.
۱.۱ دیدگاه تاریخی
رشته علمی علوم اعصاب شناختی نام خود را در اواخر دهه ۱۹۷۰ در صندلی عقب یک تاکسی شهر نیویورک دریافت کرد. یکی از ما (.M.S.G) با روانشناس بزرگ شناختی جرج آ. میلر (George A. Miller) در راه برای یک جلسه شام در هتل آلگونکوین (Algonquin) سوار بودیم. شام برای دانشمندانی از دانشگاه‌های راکفلر (Rockefeller) و کرنل (Cornell) برگزار می‌شد که در حال پیوستن به نیروهایشان بودند تا بررسی کنند که چگونه مغز ذهن را قادر می‌سازد – موضوعی که نیاز به یک نام دارد. از آن تاکسی سواری، اصطلاح علوم اعصاب شناختی – از شناخت، یا فرآیند دانستن (یعنی آنچه از آگاهی، ادراک و استدلال ناشی می‌شود) و علم اعصاب (مطالعه نحوه سازماندهی و عملکرد سیستم عصبی) به وجود آمد. این اصطلاح عالی برای توصیف این سوال است که چگونه عملکردهای مغز فیزیکی می‌توانند افکار، ایده‌ها و باورهای یک ذهن ناملموس را به نمایش بگذارند و بنابراین این اصطلاح در جامعه علمی جا افتاد.
وقتی خواص معجزه‌آسای عملکرد مغز را در نظر می‌گیریم، به خاطر داشته باشید که نیروهای طبیعت (Mother Nature)، مغز ما را از طریق فرآیند تکامل توسط انتخاب طبیعی ساخته‌اند. برخلاف کامپیوترها، مغز ما نه توسط تیمی از مهندسین منطقی، بلکه از طریق آزمون و خطا طراحی شده است و از سلول‌های زنده ساخته شده است، نه مواد بی‌اثر.
جدول ۱.۱ مجموعه ای از اصطلاحات ابداع شده توسط توماس ویلیس
هنگامی که سعی می‌کنیم ساختار و عملکرد مغز را درک کنیم، باید هر دو این موارد را در نظر داشته باشیم.
در زمین ۴.۵ میلیارد ساله ما، حیات برای اولین بار تقریباً ۳.۸ میلیارد سال پیش ظاهر شد، اما مغز انسان، به شکل کنونی خود، تنها حدود ۱۰۰۰۰۰ سال است که به مثابه قطره‌ای در اقیانوس (a mere drop in the bucket) است. مغز نخستی‌ها (primate brain) بین ۲۳ تا ۳۴ میلیون سال پیش، در دوران الیگوسن (Oligocene epoch) ظاهر شد. تقریباً بین ۷ تا ۲۳ میلیون سال پیش، به مغزهای بزرگتر میمون‌های بزرگ (great apes) در عصر میوسن (Miocene epoch) تبدیل شد. نسب انسان از آخرین جد مشترکی (common ancestor) که ما با شامپانزه (chimpanzee) مشترک داشتیم در حدود ۵ تا ۷ میلیون سال پیش جدا شد. پس از آن واگرایی، مغز ما به مغز انسان کنونی تبدیل شده است که قادر به انجام انواع کارهای شگفت انگیز است.
در سراسر این کتاب، ما به شما یادآوری خواهیم کرد که دیدگاه تکاملی (evolutionary perspective) را در نظر بگیرید: چرا ممکن است این رفتار برای آن انتخاب شده باشد؟ چگونه می‌توانست بقا و تولیدمثل را تقویت کند؟ WWHGD؟ (یک شکارچی-گردآورنده (انسان نخستی) چه کاری انجام می‌دهد؟: (What would a hunter-gatherer do?)) دیدگاه تکاملی اغلب به ما کمک می‌کند تا سؤالات آگاهانه‌تری بپرسیم و درک عمیقی در مورد چگونگی و چرایی عملکرد مغز فراهم می‌کند.
در طول تاریخ ما، رُکن اصلی حیات به امر عملی بقا، اختصاص داده شد. با این وجود، مکانیسم‌های مغزی که ما را قادر می‌سازد درباره ویژگی‌های طبیعت انسان نظریه‌پردازی کنیم، در ذهن انسان‌های باستان نیز رشد کرده بود. با توسعه تمدن، اجداد ما شروع به صرف زمان برای جستجوی علل و ساختن نظریه‌های پیچیده در مورد انگیزه‌های همنوعان کردند. اما در این جوامع اولیه، مردم همانطور که درباره خود فکر می‌کردند، به دنیای طبیعی فکر می‌کردند یعنی دارای افکار، خواسته‌ها و احساسات بودند.
این یونانیان باستان بودند که به صورت علمی موجب جهش و رشد فکری این دیدگاه شدند که ما از دنیایی که اشغال می‌کنیم جدا هستیم. این ترسیم به آنها این امکان را می‌داد که جهان طبیعی را به عنوان یک شیء تصور کنند، «آن» که می‌تواند به طور عینی – یعنی علمی- مورد مطالعه قرار گیرد. هانری فرانکفورت (Henri Frankfort)، مصر شناس، این جهش را «نفس گیر» (breath-taking) نامید: «این افراد با جسارت نامعقول بر اساس یک فرض کاملاً اثبات نشده، پیش رفتند. آنها معتقد بودند که جهان یک کل قابل درک است. به عبارت دیگر، آنها فرض کردند که نظم واحدی زیربنای هرج و مرج ادراکات ما است و علاوه بر این، ما قادر به درک آن نظم هستیم. (فرانکفورت و همکاران، ۱۹۷۷). تالس (Thales)، فیلسوف یونانی پیش از سقراط (pre-Socratic)، با پیشگویی علم اعصاب شناختی مدرن، توضیحات فراطبیعی پدیده‌ها را رد کرد و اعلام کرد که هر رویدادی یک علت طبیعی دارد. اما در موضوع شناخت، یونانیان اولیه در آنچه می‌توانستند بگویند محدود بودند: آنها روشی برای کاوش سیستماتیک مغز و افکاری که از طریق آزمون و خطا به‌وجود می‌آورد (ذهن) را نداشتند.
در طول ۲۵۰۰ سال گذشته، تنش اساسی بین دو ایده در مورد مغز وجود داشته است. و ذهن خودآگاه تالس یک دیدگاه را نشان می‌دهد که معتقد است مغز گوشتی و خونی افکار را تولید می‌کند – موضعی که به عنوان مونیسم (monism) شناخته می‌شود. رنه دکارت (René Descartes) (شکل ۱.۴)، فیلسوف، ریاضیدان فرانسوی قرن هفدهم، و دانشمندی شناخته شده است که به ایده دیگر باور داشت: بدن (از جمله مغز) دارای خواص مادی است و مانند یک ماشین کار می‌کند، در حالی که ذهن غیرمادی است و بنابراین از قوانین طبیعت (یعنی قوانین فیزیک نیوتن) پیروی نمی‌کند. با این حال، او فکر می‌کرد که این دو با هم تعامل دارند: ذهن می‌تواند بر بدن تأثیر بگذارد و از طریق «اشتیاق‌ها» (passions)، بدن می‌تواند بر ذهن تأثیر بگذارد. او برای فهمیدن اینکه این تعامل در کجا رخ داده مشکل داشت، اما به این نتیجه رسید که باید درون ما یک ساختار مغزی واحدی قرار داشته باشد (یعنی یک ساختار دو طرفه یافت نشد)، و غده صنوبری (pineal gland) تمام چیزی بود که او توانست پیدا کند که با این توصیف مطابقت داشا، بنابراین تصمیم گرفت بر آن متمرکز شود. این موضع دکارت مبنی بر اینکه ذهن از جای دیگری ظاهر می‌شود و نتیجه ساخت و پاخت‌های مغز نیست، به عنوان دوآلیسم (dualism) شناخته می‌شود.
شکل ۱.۴ رنه دکارت (۱۵۹۶-۱۶۵۰). پرتره توسط فرانس هالز.
علوم اعصاب شناختی از دیدگاه مونیستی تالس استفاده می‌کند که ذهن خودآگاه محصول فعالیت فیزیکی مغز است و از آن جدا نیست. خواهیم دید که شواهد این دیدگاه در ابتدا از مطالعه بیماران مبتلا به ضایعات مغزی و بعداً از تحقیقات علمی بدست آمد. سُنت مدرن مشاهده، دستکاری و اندازه‌گیری در قرن نوزدهم به یک رویه تبدیل شد، زیرا دانشمندان شروع به تعیین چگونگی انجام وظایف مغز کردند. برای درک نحوه عملکرد سیستم‌های بیولوژیکی، باید مشاهده کنیم، بپرسیم چرا به وجود آمده، فرضیه‌ای تشکیل دهیم، طراحی و آزمایشی انجام دهیم که این فرضیه را تایید یا رد کنیم و در نهایت نتیجه‌گیری کنیم. سپس، در حالت ایده‌آل، یک محقق دیگر، کار ما را می‌خواند، آزمایش را تکرار می‌کند و همان یافته‌ها را به دست می‌آورد. اگر نه، پس موضوع نیاز به بررسی مجدد دارد. این رویکرد به عنوان روش علمی (scientific method) شناخته می‌شود و تنها راهی است که یک موضوع می‌تواند بر اساس آن حرکت کند. و در مورد علوم اعصاب شناختی، هیچ پایانی برای پدیده‌ها فاخر برای مطالعه وجود ندارد.
۱.۲ داستان مغز
تصور کنید که مسئله‌ای به شما داده می‌شود تا حل کنید. مجموعه‌ای از بافت‌های بیولوژیکی به فکر کردن، به یاد آوردن، شرکت کردن، حل مسائل، جوک گفتن، تمایل به رابطه جنسی، عضویت در کلوپ‌ها، نوشتن رمان، نشان دادن تعصب، احساس گناه و انجام هزاران کار دیگر معروف است. شما باید بفهمید که چگونه کار می‌کند. ممکن است با نگاه کردن به تصویر بزرگ و پرسیدن چند سوال از خود شروع کنید. «آیا blob به عنوان یک واحد عمل می‌کند و هر بخش در یک کل مشارکت دارد؟ یا اینکه blob پر از قطعات پردازشی است که هر کدام وظایف خاصی را انجام می‌دهند، بنابراین نتیجه چیزی است که به نظر می‌رسد به عنوان یک واحد کامل عمل می‌کند؟ از دور، شهر نیویورک (یک نوع دیگر از blobs) به عنوان یک کل یکپارچه به نظر می‌رسد، اما در واقع از میلیون‌ها پردازنده منفرد – یعنی افراد تشکیل شده است. شاید مردم به نوبه خود از واحدهای کوچکتر و تخصصی‌تر تشکیل شده باشند.
این مسئله اصلی است – اینکه ذهن با هماهنگی تمامی بخش‌های مغز فعال می‌شود یا توسط بخش‌های ویژه‌ای از مغز که تا حدی به طور مستقل کار می‌کنند – این همان چیز است که به بسیاری از تحقیقات مدرن در علوم اعصاب شناختی کمک می‌کند. همانطور که خواهیم دید، دیدگاه غالب در طول سال‌ها، تغییر کرده است و هم‌چنان نیز به تغییر ادامه می‌دهد.
توماس ویلیس (Thomas Willis) عصب شناسی شناختی را با این مفهوم پیش بینی کرد که آسیب مغزی (زیست‌شناسی) می‌تواند بر رفتار (روانشناسی) تأثیر بگذارد، اما بینش او از بین رفت و یک قرن دیگر طول کشید تا ایده‌های ویلیس دوباره مطرح شود. آنها توسط یک جوان پزشک و متخصص نوروآناتومیست اتریشی، فرانتس جوزف گال (Franz Joseph Gall) گسترش یافتند (شکل ۱.۵). پس از مطالعه بر روی بیماران متعدد، گال متقاعد شد که مغز اندام ذهن است و توانایی‌های ذاتی در مناطق خاصی از قشر مغز قرار دارند. او فکر می‌کرد که مغز حول ۳۵ یا بیشتر عملکرد خاص سازماندهی شده است از مبانی شناختی مانند زبان و ادراک رنگ گرفته تا ظرفیت‌های زودگذرتر مانند محبت و حس اخلاقی را در برمی‌گیرد، و هر کدام توسط نواحی خاصی از مغز پشتیبانی می‌شوند. این ایده‌ها با استقبال خوبی روبه‌رو شد و گال تئوری خود را ارائه کرد و در سراسر اروپا سخنرانی کرد.
شکل ۱.۵ فرانتس ژوزف گال (۱۷۵۸–۱۸۲۸)، یکی از بنیانگذاران فرنولوژی
گال و شاگردش، یوهان اسپورژیم (Johann Spurzheim)، این فرضیه را مطرح کردند که اگر فردی از یکی از توانایی‌ها با فرکانس بیشتری نسبت به سایرین استفاده کند، بخشی از مغز که آن عملکرد را نشان می‌دهد رشد خواهد کرد (گال و اسپورژیم، ۱۸۱۰-۱۸۱۹). این افزایش در اندازه موضعی مغز باعث ایجاد برآمدگی در جمجمه می‌شود. بنابراین، گال و همکارانش به طور منطقی معتقد بودند که تجزیه و تحلیل دقیق جمجمه می‌تواند کمک زیادی به توصیف شخصیت فرد داخل جمجمه کند. گال این تکنیک را شخصیت‌شناسی تشریحی (anatomical personology) نامید. این ایده که شخصیت را می‌توان از طریق لمس جمجمه تشخیص داد، توسط اسپورژیم، فرنولوژی (phrenology) لقب گرفت و همانطور که ممکن است تصور کنید، به زودی به دست شارلاتان‌ها افتاد (شکل ۱.۶). برخی از کارفرمایان حتی از متقاضیان کار می‌خواستند که جمجمه خود را قبل از استخدام بخوانند.
شکل ۱.۶ فرنولوژی همه‌گیر می‌شود. (a) تجزیه و تحلیل رئیس جمهور واشنگتن، جکسون، تیلور، و مک کینلی توسط جسی ای. فاولر، از مجله فرنولوژیک، ژوئن ۱۸۹۸. (b) نقشه فرنولوژیکی خصوصیات شخصی روی جمجمه، از مجله فرنولوژیک آمریکا، مارس ۱۸۴۸ (c) انتشارات شرکت فاولر و ولز در مورد سازگاری ازدواج بر اساس فرنولوژی، ۱۸۸۸.
گال ظاهراً از نظر سیاسی زیرک نبود. هنگامی که از او خواسته شد جمجمه ناپلئون بناپارت (Napoleon Bonaparte) را بخواند، او ویژگی‌های نجیبی را که امپراتور آینده مطمئن بود که دارد به آن نسبت نداد. زمانی که گال بعداً به آکادمی علوم پاریس مراجعه کرد، ناپلئون تصمیم گرفت که فرنولوژی نیاز به بررسی دقیق‌تری دارد و به آکادمی دستور داد تا برخی شواهد علمی در مورد اعتبار آن به دست آورد. اگرچه گال یک پزشک و متخصص نوروآناتومیست بود، اما یک دانشمند نبود. او همبستگی‌ها را مشاهده و جستجو کرد و فقط به دنبال تأیید آنها بود و پیگیر رد آنها نبود. آکادمی از فیزیولوژیست ماری ژان پیر فلورنس (Marie-Jean-Pierre Flourens) (شکل ۱.۷) خواست تا ببیند آیا او می‌تواند به یافته‌های ملموسی دست یابد که بتواند این نظریه را تأیید کند یا خیر.
شکل ۱.۷ (a) ژان پیر فلورنس (۱۷۹۴-۱۸۶۷)، که از ایده‌ای حمایت کرد که بعدها نظریه میدان کل (aggregate field theory) نامیده شد. (b) وضعیت یک کبوتر که از نیمکره‌های مغزی خود محروم است، همانطور که فلورنس توضیح داده است.
فلورنس دست به کار شد. او قسمت‌هایی از مغز کبوتر و خرگوش را از بین برد و آنچه را که اتفاق افتاد مشاهده کرد. او اولین کسی بود که نشان داد، در واقع، بخش‌های خاصی از مغز مسئول عملکردهای خاصی هستند. به عنوان مثال، هنگامی که او نیمکره‌های مغزی را برداشت، حیوان دیگر ادراک، توانایی حرکتی و قضاوت نداشت. بدون مخچه، حیوانات ناهماهنگ شدند و تعادل خود را از دست دادند. با این حال، او نتوانست هیچ ناحیه‌ای را برای توانایی‌های پیشرفته‌ای مانند حافظه یا شناخت پیدا کند، و نتیجه گرفت که این توانایی‌ها بیشتر در سراسر مغز پخش می‌شوند.
فلورنس این تصور را ایجاد کرد که کل مغز در رفتار مشارکت دارد – دیدگاهی که بعدها به عنوان نظریه میدان کل (aggregate field theory) شناخته شد. فلورنس در سال ۱۸۲۴ نوشت: «همه احساسات، همه ادراکات و همه اراده‌ها یک جایگاه را در این اندام‌های [مغزی] اشغال می‌کنند. توانایی حس (sensation)، ادراک (percept) و اراده (volition) اساساً یک قوه است.» تئوری عملکردهای موضعی مغز، که به عنوان محلی‌سازی (localizationism) شناخته می‌شود، مورد توجه قرار نگرفت.
با این حال، این وضعیت، زیاد دوام نیاورد. شواهد جدیدی در سراسر اروپا نمایان شد و داستان مغز به آرامی به دیدگاه محلی‌سازی برگشت. در سال ۱۸۳۶، یک متخصص مغز و اعصاب از مونپلیه، مارک داکس (Marc Dax)، یکی از اولین موارد را ارائه کرد. او گزارشی را درباره سه بیمار به آکادمی علوم فرانسه ارسال کرد و خاطر نشان کرد که هر کدام اختلالات گفتاری (speech disturbances) مشابهی داشتند و ضایعات مشابهی در نیمکره چپ در کالبدشکافی یافت شد. در آن زمان، گزارشی از استان‌ها در پاریس دریافت شد و ۳۰ سال دیگر طول کشید تا کسی متوجه این مشاهدات شود که گفتار ممکن است توسط یک ضایعه خاص در نیمکره چپ مختل شود.
در همین حال، در انگلستان، عصب شناس جان هاگلینگ جکسون (John Hughlings Jackson) (شکل ۱.۸) شروع به انتشار مشاهدات خود در مورد رفتار افراد مبتلا به آسیب مغزی (brain damage) کرد. یکی از ویژگی‌های کلیدی نوشته‌های جکسون، ترکیب پیشنهاداتی برای آزمایش‌هایی به منظور بررسی مشاهدات او بود. برای مثال، او متوجه شد که در هنگام شروع تشنج (seizures)، برخی از بیماران صرعی (epileptic patients) به گونه‌ای حرکت می‌کردند که به نظر می‌رسید تشنج یک نقشه تنظیم شده از بدن در مغز را تحریک می‌کرد. یعنی شلیک غیرطبیعی (abnormal firings) نورون‌ها در مغز باعث ایجاد تکان‌های کلونیک و تونیک (clonic and tonic jerks) در عضلات می‌شود که با یک الگوی منظم از یک قسمت بدن به قسمت دیگر پیشرفت می‌کنند. این پدیده جکسون را به پیشنهاد یک سازمان توپوگرافی (topographic organization) در قشر مغز سوق داد: نقشه ای از بدن در سراسر یک ناحیه قشری خاص نشان داده شده است، جایی که یک قسمت پا، قسمت دیگر پایین ساق پا، و غیره را نشان می‌دهد (به کادر ۱.۱ مراجعه کنید). همانطور که خواهیم دید، این پیشنهاد بیش از نیم قرن بعد توسط وایلدر پنفیلد (Wilder Penfield) تأیید شد.
کادر ۱.۱ | درس‌هایی از تشنج‌های کلینیکی و فرصت‌ها
BOX 1.1 | LESSONS FROM THE CLINIC Fits and Starts
اگر قبل از سال ۱۸۶۰ یک بیماری عصبی داشتید شما به اندازه کافی بدشانس بودید، زیرا پزشکان هیچ روش فکری سازمان یافته ای نداشتند تا مشکل شما را حل کنند. اما این در شرف تغییر بود.
در سال ۱۸۶۷ جان هاگلینگ جکسون (John Hughlings Jackson) نوشت: «یکی از مهم‌ترین سوالاتی که می‌توانیم از یک بیمار صرعی (epileptic patient) بپرسیم این است که «تشنج (fit) چگونه آغاز می‌شود؟» قبل از اینکه جکسون شروع به ایجاد تغییر و تحول در جهان نورولوژی کند، عموماً اعتقاد بر این بود که قشر مغز تحریک‌پذیر نیست، و فیزیولوژیست های تجربی توسط پیر فلورنس (Pierre Flourens) متقاعد شده بودند که قشر مغز دارای پتانسیل برابر است و هیچ عملکرد موضعی ندارد. اما جکسون دارای تجربه‌هایی بود که از کلینیکی آموخته بود که این نظریه‌ها را به چالش می‌کشید. او پیشرفت تشنج‌های برخی از بیمارانش را مشاهده کرده بود و الگوهای ثابتی برای آنها پیدا کرده بود: «من فکر می‌کنم نحوه شروع، تفاوت بزرگی در روند تشنج ایجاد می‌کند. هنگامی که تشنج در صورت شروع می‌شود، تشنج بازو را درگیر می‌کند و ممکن است از اندام، پایین بیاید. . . . هنگامی که تشنج در پا شروع می‌شود، تشنج به سمت بالا می‌رود. هنگامی که پا بعد از بازو تحت تأثیر قرار می‌گیرد، تشنج به سمت پایین پا می‌رود» (ج. اچ. جکسون، ۱۸۶۸)
این مشاهدات جکسون به نتایج بسیاری منجر شد: قشر مغز تحریک‌پذیر است. تشنج در یک ناحیه موضعی از قشر مغز شروع می‌شود و آن ناحیه خاص، جایی که تشنج در بدن ظاهر می‌شود را مشخص می‌کند. تحریک‌پذیری قشر به نواحی مجاور مغز گسترش می‌یابد و از آنجایی که تشنج به تدریج از یک قسمت بدن به قسمتی که بلافاصله مجاور آن است پیشرفت می‌کند، مناطقی در مغز که با اعضای بدن مطابقت دارند نیز باید در کنار یکدیگر باشند. جکسون از مشاهدات بالینی خود یک چارچوب مفهومی برای فیزیولوژی عصبی بالینی (clinical neurophysiology) ایجاد کرد و روشی سیستماتیک برای تشخیص بیماری‌های سیستم عصبی ارائه کرد (یورک و استینبرگ، ۲۰۰۶)، که بعداً توسط آزمایش‌هایی حمایت شد. در سراسر این کتاب، ما از جکسون پیروی می‌کنیم و مشاهداتی از عملکرد بالینی ارائه می‌کنیم که باید هنگام شکل‌گیری فرضیه‌هایی درباره عملکرد مغز در نظر گرفته شوند.
شکل ۱.۸ جان هاگلینگ جکسون (۱۸۳۵-۱۹۱۱)، عصب شناس انگلیسی که یکی از اولین کسانی بود که دیدگاه محلی‌سازی را تشخیص داد.
علاوه بر این، جکسون اولین کسی بود که مشاهده کرد ضایعات سمت راست مغز بیش از ضایعات سمت چپ بر فرآیندهای بینایی فضایی (visuospatial) تأثیر می‌گذارند، او معتقد نبود که بخش‌های خاصی از سمت راست مغز تنها به این عملکرد مهم شناختی اختصاص دارد. جکسون که یک متخصص مغز و اعصاب بالینی (clinical neurologist) دقیق بود، متوجه شد که به‌ندرت اتفاق می‌افتد که یک بیمار به طور کامل عملکرد خود را از دست بدهد. به عنوان مثال، اکثر افرادی که به دنبال سکته مغزی (cerebral stroke) توانایی صحبت کردن خود را از دست داده اند، هنوز می‌توانند کلماتی را بیان کنند. بیمارانی که نمی‌توانند داوطلبانه دست‌های خود را به مکان‌های خاصی روی بدن خود حرکت دهند، در صورت خارش، می‌توانند به راحتی آن مکان‌ها را بخارانند. هنگامی که جکسون این مشاهدات را انجام داد، به این نتیجه رسید که بسیاری از مناطق مغز در یک رفتار خاص نقش دارند.
در پاریس، پزشک مشهور و معتبر پل بروکا (Paul Broca) (شکل ۱.۹a) در سال ۱۸۶۱، نتایج کالبدشکافی (autopsy) خود را بر روی یک بیمار که به نام مستعار تان (Tan) (نام اصلی او لبورنی Leborgne بود) منتشر کرد که شاید مشهورترین مورد عصب‌شناختی در تاریخ (famous neurological case in history) باشد. تان به آفازی (aphasia) مبتلا شده بود: او می‌توانست زبان را بفهمد، اما «تان» تنها کلمه ای بود که می‌توانست به زبان بیاورد. بروکا دریافت که تان یک ضایعه سیفلیس (syphilitic lesion) در لوب فرونتال تحتانی نیمکره چپ (left-hemisphere inferior frontal lobe) خود دارد. این منطقه اکنون منطقه بروکا (Broca’s area) نامیده می‌شود. تأثیر این یافته بسیار زیاد بود. در اینجا یک جنبه خاص از زبان بود که توسط یک ضایعه خاص مختل شده بود. طولی نکشید که بروکا یک سری از چنین بیمارانی داشت.
شکل ۱.۹ (a) پل بروکا (۱۸۸۰-۱۸۲۴). (b) ارتباط بین مراکز گفتار، از مقاله کارل ورنیکه در سال ۱۸۷۶ در مورد آفازی. A: مرکز حسی گفتار ورنیکه. B: ناحیه بروکا برای تکلم؛ Pc: منطقه ورنیکه مربوط به درک و معنی زبان است.
این موضوع توسط متخصص مغز و اعصاب آلمانی کارل ورنیکه (Carl Wernicke) انتخاب شد. در سال ۱۸۷۶ ورنیکه در مورد یک قربانی سکته مغزی (stroke victim) گزارش داد که (برخلاف بیمار بروکا) می‌توانست کاملاً روان صحبت کند، اما وقتی صحبت می‌کرد سخنش منطقی به نظر نمی‌رسید. بیمار ورنیکه همچنین نمی‌توانست زبان گفتاری یا نوشتاری را بفهمد. او ضایعه‌ای در ناحیه خلفی نیمکره چپ (posterior region of the left hemisphere) داشت، ناحیه ای در داخل و اطراف جایی که لوب گیجگاهی و آهیانه‌ای (temporal and parietal lobes) به هم می‌رسند، که اکنون به عنوان ناحیه ورنیکه (Wernicke’s area) شناخته می‌شود (شکل ۱.۹b).
امروزه، تفاوت‌ها در نحوه واکنش مغز به بیماری موضعی به خوبی شناخته شده است (اچ. داماسیو و همکاران، ۲۰۰۴؛ وایز، ۲۰۰۳)، اما بیش از ۱۰۰ سال پیش، اکتشافات بروکا و ورنیکه بسیار حیرت‌آور بود. (توجه داشته باشید که مردم تا حد زیادی مشاهدات ویلیس را فراموش کرده بودند که آسیب مغزی منحصر به فرد می‌تواند بر رفتار تأثیر بگذارد. در طول تاریخ علم مغز (history of brain science)، یک روند تاسف‌بار و اغلب تکرار شده این است که ما مشاهدات مهم انجام شده توسط پیشینیان خود را در نظر نمی‌گیریم.) با کشفیات بروکا و ورنیکه، دوباره به این نکته شگفت‌انگیز پرداختند: آسیب موضعی مغز (Focal brain damage) باعث نقص‌های رفتاری خاص (specific behavioral deficits) می‌شود.
همانطور که اغلب اتفاق می‌افتد، مطالعه انسان‌ها به سوالاتی برای کسانی که روی مدل‌های حیوانی (animal models) کار می‌کنند منجر می‌شود. اندکی پس از کشف بروکا، فیزیولوژیست‌های آلمانی گوستاو فریچ (Gustav Fritsch) و ادوارد هیتسیگ (Eduard Hitzig) بخش‌های مجزای مغز سگ را به صورت الکتریکی تحریک کردند و مشاهده کردند که این تحریک حرکات مشخصی را در سگ ایجاد می‌کند. این کشف باعث شد که نوروآناتومیست‌ها به تجزیه و تحلیل دقیق‌تر قشر مغز و سازمان سلولی آن بپردازند. آنها خواهان حمایت از ایده‌های خود در مورد اهمیت مناطق موضعی بودند. از آنجایی که این نواحی عملکردهای متفاوتی را انجام می‌دادند، در نتیجه باید در سطح سلولی متفاوت به نظر برسند.
بر اساس این منطق، نوروآناتومیست‌های آلمانی شروع به تجزیه و تحلیل مغز با استفاده از روش‌های میکروسکوپی برای مشاهده انواع سلول‌ها در مناطق مختلف مغز کردند. شاید مشهورترین این گروه، کوربینیان برودمن (Korbinian Brodmann) بود که سازماندهی سلولی قشر مغز را تجزیه و تحلیل کرد و ۵۲ منطقه مجزا را مشخص کرد (شکل ۱.۱۰). او نقشه‌های قشری (cortical maps) خود را در سال ۱۹۰۹ منتشر کرد.
شکل ۱.۱۰ مناطق برودمن. نمونه برداری از ۵۲ ناحیه متمایز توصیف شده توسط برودمن بر اساس ساختار و آرایش سلولی.
برودمن از رنگ‌امیزی بافتی (tissue stains) استفاده کرد، مانند رنگ‌آمیزی که توسط نوروپاتولوژیست آلمانی فرانتس نیسل (German neuropathologist Franz Nissl) ایجاد شد، که به او اجازه داد انواع سلول‌های مختلف را در مناطق مختلف مغز تجسم کند. تفاوت سلول‌ها بین نواحی مغز را سیتومعمار (cytoarchitectonics) یا معماری سلولی (cellular architecture) می‌نامند. طولی نکشید، بسیاری از آناتومیست‌های مشهور کنونی – از جمله اسکار وگت (Oskar Vogt)، ولادیمیر بتز (Vladimir Betz)، تئودور ماینرت (Theodor Meynert)، کنستانتین فون اکونومو (Constantin von Economo)، گرهارت فون بونین (Gerhardt von Bonin)، و پرسیوال بیلی (Percival Bailey) – در این کار مشارکت کردند و چندین نفر حتی بیشتر از برودمن، قشر را تقسیم کردند. تا حد زیادی، این محققین کشف کردند که مناطق مختلف مغز که از نظر سیتومعماری توصیف شده اند، در واقع نشان دهنده مناطق عملکردی مجزای مغز هستند.
علیرغم تمام این کارهای پیشگامانه در زمینه سیتومعماری، واقعاً انقلاب عظیمی در درک ما از سیستم عصبی در جای دیگری رخ می‌داد. در ایتالیا و اسپانیا، مبارزه شدیدی بین دو نوروآناتومیست بی‌نظیر (brilliant neuroanatomist) در جریان بود. به طرز عجیبی، این کار یک نفر بود که به بینش فرد دیگری منجر شد. کامیلو گلژی (Camillo Golgi) (شکل ۱.۱۱)، یک پزشک ایتالیایی، یکی از مشهورترین رنگ‌های سلولی (cell stains) در تاریخ جهان را ایجاد کرد: روش نقره‌ای (silver method) برای رنگ‌آمیزی نورون‌ها – la reazione nera، “واکنش سیاه” (the black reaction) – که سلول‌های عصبی را با کرومات نقره (silver chromate) آغشته می‌کرد. این رنگ‌آمیزی اجازه تجسم نورون‌‌های منحصر به‌فرد را به طور کامل می‌دهد.
شکل ۱.۱۱ (a) کامیلو گلژی (۱۸۴۳-۱۹۲۶)، برنده جایزه نوبل در سال ۱۹۰۶ در فیزیولوژی یا پزشکی. (b) نقاشی‌های گلژی از انواع مختلف سلول‌های گانگلیونی در سگ و گربه.
در ادامه، آسیب شناس اسپانیایی سانتیاگو رامون ئی کاخال (Spanish pathologist Santiago Ramón y Cajal) (شکل ۱.۱۲) با استفاده از روش گلژی دریافت که بر خلاف دیدگاه گلژی و دیگران، نورون‌ها ماهیت مجزایی دارند. گلژی معتقد بود که کل مغز یک سینسیتیوم (syncytium) است، توده ای پیوسته از بافت که یک سیتوپلاسم مشترک دارد. رامون ئی کاخال، که برخی او را پدر علوم اعصاب مدرن (father of modern neuroscience) می‌نامند، اولین کسی بود که ماهیت واحد نورون‌ها را شناسایی کرد و آنچه را که به عنوان دکترین نورون (neuron doctrine) شناخته شد، بیان کرد، این مفهوم که سیستم عصبی از سلول‌های منفرد تشکیل شده است. او همچنین تشخیص داد که انتقال اطلاعات الکتریکی تنها در یک جهت انجام می‌شود، از دندریت‌ها پایین می‌آید تا به نوک آکسون برسد (شکل ۱.۱۳).
(The transmission of electrical information went in only one direction, from the dendrites down to the axonal tip.)
شکل ۱.۱۲ (a) سانتیاگو رامون ئی کاخال (۱۹۳۴-۱۸۵۲)، برنده جایزه نوبل در سال ۱۹۰۶ در فیزیولوژی یا پزشکی. (b) رسم رامون ئی کاخال از ورودی آوران به قشر پستانداران.
شکل ۱.۱۳ یک سلول شبکیه دوقطبی، که دندریت‌ها و آکسون نورون را نشان می‌دهد.
بسیاری از دانشمندان با استعداد در تاریخ اولیه دکترین نورون نقش داشتند (شپرد، ۱۹۹۱). به عنوان مثال، یان اوانگلیستا پورکینیه (Jan Evangelista Purkinje) (شکل ۱.۱۴)، فیزیولوژیست چک (Czech physiologist)، اولین سلول عصبی در سیستم عصبی را در سال ۱۸۳۷ توصیف کرد. هرمان فون هلمهولتز (Hermann von Helmholtz)، پزشک و فیزیکدان آلمانی (شکل ۱.۱۵) متوجه شد که جریان الکتریکی در سلول، محصول جانبی فعالیت سلولی نیست، بلکه واسطه‌ای است که در واقع حامل اطلاعات در امتداد آکسون یک سلول عصبی است. او همچنین اولین کسی بود که پیشنهاد کرد که بی‌مهرگان (invertebrates) مدل‌های خوبی برای مطالعه مکانیسم‌های مغز مهره‌داران (vertebrate) خواهند بود. فیزیولوژیست بریتانیایی سر چارلز شرینگتون (Sir Charles Sherrington) به شدت رفتار نورون را دنبال کرد و اصطلاح سیناپس (synapse) را برای توصیف اتصال بین دو نورون ابداع کرد. با گلژی، رامون ئی کاخال و دیگر ذهن‌های درخشان (bright minds)، دکترین نورون متولد شد – کشفی که اهمیت آن با دو جایزه نوبل در فیزیولوژی یا پزشکی برجسته شد: جایزه سال ۱۹۰۶ به طور مشترک به گلژی و رامون ای کاخال، و جایزه سال ۱۹۳۲ به طور مشترک به شرینگتون و همکارش ادگار آدریان (Edgar Adrian) اهدا شد.
شکل ۱.۱۴ (a) یان اوانگلستا پورکینیِه (۱۸۶۹-۱۷۸۷)، که اولین سلول عصبی در سیستم عصبی را توصیف کرد. (b) یک سلول پورکنژ مخچه.
شکل ۱.۱۵ (a) هرمان لودویگ فون هلمهولتز (۱۸۹۴-۱۸۲۱). (b) دستگاه هلمهولتز برای اندازه گیری سرعت هدایت عصبی.
با پیشرفت قرن بیستم، دیدگاه‌های محلی‌سازی (localizationist views) توسط کسانی انجام شد که می‌دیدند، حتی اگر مکان‌های عصبی خاص، ممکن است عملکردهای مستقلی داشته باشند، شبکه این مکان‌ها و تعاملات بین آنها همان چیزی است که رفتار یکپارچه و کل‌نگر را که انسان از خود نشان می‌دهد بروز می‌کند. این ایده که قبلاً -حدود یک قرن پیش از آن- مورد بحث قرار گرفته بود، یک‌بار دیگر مورد توجه قرار گرفت، این بار توسط زیست‌شناس فرانسوی کلود برنارد. او در سال ۱۸۶۵ نوشت:
گرچه در طی تشریح و کالبدشناسی می‌توان تمام اعضای بدن را از هم جدا کرد تا ساختار، شکل و ارتباطات آنها را مطالعه کرد، اما در زندگی، تمام اعضای بدن، همزمان در جهت یک هدف مشترک همکاری می‌کنند و این موضوع با آنچه در هر یک از اعضا مشاهده می‌شود متفاوت است. یک اندام به تنهایی زندگی نمی‌کند و اغلب می‌توان گفت که یک اندام از نظر تشریحی وجود ندارد، زیرا مرز ایجاد شده گاهی اوقات کاملاً دلخواه است. آنچه زندگی می‌کند و وجود دارد، کل است، و اگر همه اجزای هر مکانیسم را به طور جداگانه مطالعه کنیم، روش کار آنها را نمی‌شناسیم. (برنارد، ۱۸۶۵/۱۹۵۷، به نقل از فینگر، ۱۹۹۴، ص ۵۷)
بنابراین، دانشمندان به این باور رسیده‌اند که دانش بخش‌های مختلف (نورون‌ها و ساختارهای) مغز را باید در ارتباط با کل درک کرد (یعنی آنچه اجزا با همدیگر می‌سازند: ذهن). در ادامه تاریخچه تحقیق در مورد ذهن را بررسی می‌کنیم.
