• Can the firing of neurons explain your subjective experience?
• How are complex systems organized?
• What distinguishes a living hunk of matter from a nonliving one if both are made of the same chemicals?
• What evidence suggests there is a consciousness circuit?

سوالات مهم

• آیا شلیک نورون‌ها می‌تواند تجربه ذهنی شما را توضیح دهد؟
• سیستم‌های پیچیده چگونه سازماندهی می‌شوند؟
• اگر هر دو از مواد شیمیایی یکسانی ساخته شده باشند، چه چیزی یک قطعه زنده از ماده را از یک غیر زنده متمایز می‌کند؟
• چه شواهدی حاکی از وجود مدار آگاهی است؟

ON THE MORNING OF MAY 24, 1987, K.P., obviously confused and upset, stumbled out of his car and into a Canadian police station with bloody hands, reporting, “I think I have killed some people… my hands.” K.P. recalled falling asleep at about 1:30a.m. while watching Saturday Night Live, anxious about his plan to confess his gambling debts to his parents-in-law and grandmother later that day. The next thing he remembered was looking down at his mother-in-law, a woman with whom he had a close mother-son relationship, and seeing a “frightened “help-me look” on her face. With only patches of recall of the following events, he remembered realizing in the car that he had a knife in his hands, and he remembered giving his shocking report to the police. It was only then, in the station, that he became aware that his hands were painful and that he had multiple severed flexor tendons. Later the police filled in the gaps of K.P’s memory. He had gotten up from his couch, put on his shoes and jacket, left his house (uncharacteristically, without locking the door), driven 23 km to his parents-in-law’s house, gone in, strangled his father-in-law unconscious, repeatedly and fatally stabbed his mother-in-law, and finally driven himself to the police station.

در صبح روز ۲۴ مه ۱۹۸۷، K.P.، آشکارا گیج و ناراحت، از ماشین خود پیاده شد و با دستان خون آلود وارد یک ایستگاه پلیس کانادا شد و گزارش داد: “فکر می‌کنم چند نفر را کشته ام… دستانم.” K.P. به یاد آورد که حدود ساعت ۱:۳۰ بامداد به خواب رفته است. هنگام تماشای برنامه زنده شنبه شب، نگران برنامه اش برای اعتراف به بدهی‌های قمار خود به والدین شوهر و مادربزرگش در اواخر همان روز بود. نکته بعدی که به یاد آورد این بود که از بالا به مادرشوهرش نگاه کرد، زنی که با او رابطه نزدیک مادر و پسری داشت و “نگاه ترسناک “به من کمک کن” را در چهره او دید. تنها با تکه‌هایی از یادآوری وقایع بعدی، او به یاد آورد که در ماشین متوجه شد که یک چاقو در دستانش است، و به یاد آورد که گزارش تکان دهنده خود را به پلیس داد و تنها در آن ایستگاه بود که متوجه شد دستانش دردناک است و اینکه او چند تاندون خم کننده داشت، بعداً پلیس شکاف‌های حافظه K.P را پر کرد، کفش و ژاکتش را پوشید، از خانه خارج شد (بدون اینکه در را قفل کند). ۲۳ کیلومتری خانه پدرشوهرش، وارد شده، بیهوش پدرشوهرش را خفه کرده، بارها و بارها با چاقو به او ضربه زده است. مادرشوهر، و در نهایت خودش را به اداره پلیس برد.

K.P.’s medical and psychological evaluations revealed no evidence of recent drug use, epilepsy, organic brain lesions, or other medical problems. Four expert psychiatrists evaluated his mental state and found no evidence of depression, anxiety, dissociative features, thought disorders, delusions, hallucinations, paranoid ideation, or other suggestions of psychosis. No suggestion of motivation or personal gain could be found. K.P. denied any homicidal intention or plans, and he appeared horrified and remorseful to the police who first saw him. What he did have was a recent history of sleep deprivation provoked by anxiety and a history of sleepwalking since childhood, confirmed by an evaluation at a sleep disorder clinic.

ارزیابی‌های پزشکی و روان‌شناختی K.P. هیچ شواهدی مبنی بر مصرف اخیر مواد مخدر، صرع، ضایعات ارگانیک مغزی یا سایر مشکلات پزشکی نشان نداد. چهار روانپزشک متخصص وضعیت روانی او را ارزیابی کردند و هیچ مدرکی دال بر افسردگی، اضطراب، ویژگی‌های تجزیه ای، اختلالات فکری، هذیان، توهم، افکار پارانوئید یا سایر پیشنهادات روان پریشی پیدا نکردند. هیچ پیشنهادی مبنی بر انگیزه یا سود شخصی یافت نشد. K.P. هر گونه قصد یا نقشه قتل را انکار کرد و در برابر پلیسی که برای اولین بار او را دید وحشت زده و پشیمان به نظر می‌رسید. آنچه او داشت، سابقه اخیر کم خوابی ناشی از اضطراب و سابقه راه رفتن در خواب از دوران کودکی بود که توسط ارزیابی در یک کلینیک اختلال خواب تایید شد.

Given the facts of K.P.’s case-no identifiable motive, no attempt to hide the body or weapon, no memory of the event, an obvious grief and affection for the victims, the lack of medical causes, a family history of sleep- walking (Figure 14-1), and sleep laboratory evidence of somnambulism-a jury concluded that the assault and homicide had occurred during an episode of sleepwalking (Broughton et al., 1994).

با توجه به حقایق پرونده K.P. – عدم وجود انگیزه قابل شناسایی، عدم تلاش برای مخفی کردن جسد یا سلاح، نداشتن خاطره از واقعه، غم و اندوه آشکار برای قربانیان، عدم وجود دلایل پزشکی، سابقه خانوادگی خواب-راه رفتن. (شکل ۱۴-۱) و شواهد آزمایشگاهی خواب از خواب آلودگی – هیئت منصفه به این نتیجه رسیدند که حمله و قتل در طول یک دوره راه رفتن در خواب رخ داده است. (بروتون و همکاران، ۱۹۹۴).

شکل 14.1 شجره خانوادگی K.P.

FIGURE 14.1 K.P.’s family pedigree for sleepwalking. Males are indicated by squares and females by circles. Individuals with a history of sleepwalking are shaded in black.

شکل ۱۴.۱ دودمانه خانوادگی K.P. برای راه رفتن در خواب. مردها با مربع و خانم‌ها با دایره مشخص می‌شوند. افرادی که سابقه راه رفتن در خواب را دارند به رنگ مشکی هاشورزده می‌شوند.

This case and others similar to it, in which violence was committed during a state of sleepwalking, raise the question of what the person was conscious of at the time. It is likely that K.P. consciously experienced aspects of the episode, but very differently from how his awake self would have experienced them. Can this episode tell us something about how the brain produces conscious experience?

این مورد و موارد مشابه آن، که در آن خشونت در حالت راه رفتن در خواب صورت گرفت، این سوال را ایجاد می‌کند که فرد در آن زمان از چه چیزی آگاه بوده است. به احتمال زیاد ک.پ. جنبه‌هایی از این اپیزود را آگاهانه تجربه کرده است، اما بسیار متفاوت از اینکه خود بیدار او آن‌ها را تجربه کرده است. آیا این قسمت می‌تواند چیزی در مورد چگونگی تولید تجربه آگاهانه توسط مغز به ما بگوید؟

The questions of what consciousness is, what sort of neural processing produces it, and where those processes are located in the brain remain a mystery, and the holy grail of neuroscience. This chapter is written from the perspective that there is not a consciousness circuit per se; if there were a specific location in the brain where consciousness processing was generated, it would have been found by now. We will set out on an odyssey in search of answers to questions about consciousness. It will involve learning about the organizational architecture of the brain, observing multiple clinical cases, and grasping what changed physicists’ view of the world early in the 20th century. It is a lesson that many in biology have ignored. Our travels will lead to some surprising conclusions.

این سؤال که آگاهی چیست، چه نوع پردازش عصبی آن را ایجاد می‌کند، و این فرآیندها در کجای مغز قرار دارند، یک راز باقی مانده است و جام مقدس علم اعصاب است. این فصل از این منظر نوشته شده است که یک مدار آگاهی فی نفسه وجود ندارد. اگر مکان خاصی در مغز وجود داشت که در آن پردازش هوشیاری ایجاد می‌شد، تا به حال پیدا شده بود. ما در جست‌وجوی پاسخ‌هایی برای پرسش‌های مربوط به آگاهی، ادیسه‌ای را آغاز خواهیم کرد. این شامل یادگیری در مورد معماری سازمانی مغز، مشاهده موارد بالینی متعدد، و درک آنچه دیدگاه فیزیکدانان را نسبت به جهان در اوایل قرن بیستم تغییر داد، خواهد بود. این درسی است که بسیاری در زیست شناسی آن را نادیده گرفته اند. سفرهای ما به نتایج شگفت انگیزی منجر خواهد شد.

۱۴.۱ The Mind-Brain Problem

۱۴.۱ مسئله ذهن-مغز

The problem of consciousness, otherwise known as the mind-brain problem, was originally the realm of philosophers. The basic question is, How can a purely physical system (the body and brain) construct conscious intelligence (the thoughts of the mind)? In seemingly typical human fashion, philosophers have adopted dichotomous perspectives: dualism and materialism. Dualism, famously expounded by René Descartes, states that mind and brain are two distinct and separate phenomena, and that conscious experience is nonphysical and beyond the scope of the physical sciences. Materialism asserts that both mind and body are physical mediums, and that understanding the physical workings of the body and brain well enough will lead to an understanding of the mind.

مسئله آگاهی که به عنوان مسئله ذهن-مغز شناخته می‌شود، در اصل قلمرو فلاسفه بود. سوال اساسی این است که چگونه یک سیستم صرفا فیزیکی (بدن و مغز) می‌تواند هوش آگاهانه (افکار ذهن) را بسازد؟ فیلسوفان به شیوه ظاهراً معمولی انسانی، دیدگاه‌های دوگانه ای را اتخاذ کرده اند: دوگانگی و ماتریالیسم. ثنویت، که به طور معروف توسط رنه دکارت توضیح داده شده است، بیان می‌کند که ذهن-مغز دو پدیده مجزا و مجزا هستند و تجربه آگاهانه غیرفیزیکی و فراتر از محدوده علوم فیزیکی است. ماتریالیسم ادعا می‌کند که ذهن و بدن هر دو رسانه‌های فیزیکی هستند و درک عملکرد فیزیکی بدن و مغز به اندازه کافی به درک ذهن منجر می‌شود.

The underlying question is whether there is an unbridgeable gap between the subjective mind and the objective workings of the material brain, or if it is a gap in understanding how one produces the other. Philosopher Joseph Levine (2001) was the first to dub this the explanatory gap. He suggests that if we can’t explain how “the experience of pain = the firing of neurons,” then “it must be that the terms flanking the identity sign themselves represent distinct things.”

سوال اساسی این است که آیا شکافی بین ذهن ذهنی و عملکرد عینی مغز مادی وجود دارد یا اینکه این شکاف در درک چگونگی تولید دیگری است؟ فیلسوف جوزف لوین (۲۰۰۱) اولین کسی بود که این شکاف توضیحی را نامگذاری کرد. او پیشنهاد می‌کند که اگر نمی‌توانیم توضیح دهیم که چگونه “تجربه درد = شلیک نورون‌ها”، پس “باید این باشد که اصطلاحات کنار علامت هویت خود چیزهای متمایزی را نشان می‌دهند.”

Levine was not joining the dualist camp; rather, he thought the problem lay in our understanding of how to bridge the gap. Within these two philosophies, views differ on the specifics, but each side ignores an inconvenient problem; Dualism tends to ignore biological findings, and materialism overlooks the reality of subjective experience. The problem is that if you ignore one side of the gap or the other, you will miss the link between the two. And the link is the hardest problem of all. In this chapter we tackle this problem from a new angle, with help from systems engineering and physics.

لوین به اردوی دوگانه نپیوست. در عوض، او فکر کرد که مشکل در درک ما از نحوه پر کردن شکاف است. در این دو فلسفه، دیدگاه‌ها در خصوص ویژگی‌ها متفاوت است، اما هر یک از طرفین یک مشکل ناخوشایند را نادیده می‌گیرند. دوآلیسم تمایل دارد که یافته‌های بیولوژیکی را نادیده بگیرد و ماتریالیسم واقعیت تجربه ذهنی را نادیده می‌گیرد. مشکل این است که اگر یک طرف شکاف یا طرف دیگر را نادیده بگیرید، پیوند بین این دو را از دست خواهید داد. و لینک سخت ترین مشکل از همه است. در این فصل با کمک مهندسی سیستم‌ها و فیزیک به این مشکل از زاویه ای جدید می‌پردازیم.

Notice that we have been throwing the word consciousness around without having defined it. This common problem has led to much confusion in the literature. Harvard psychologist Steven Pinker was so frustrated by the different uses of the word—with some people defining consciousness as the ability to recognize oneself in a mirror, some claiming that only humans are conscious, and others saying that consciousness is a recent invention or is learned from one’s culture-that he was driven to comment, Something about the topic of consciousness makes people, like the White Queen in Through the Looking Glass, believe six impossible things before breakfast. Could most animals really be unconscious-sleepwalkers, zombies, automata, out cold? Hath not a dog senses, affections, passions? If you prick them, do they not feel pain? And was Moses really unable to taste salt or see red or enjoy sex? Do children learn to become conscious in the same way that they learn to wear baseball caps turned around? People who write about consciousness are not crazy, so they must have something different in mind when they use the word. (Pinker, 1997, p. 133)

توجه داشته باشید که ما کلمه آگاهی را بدون اینکه آن را تعریف کرده باشیم به اطراف پرتاب کرده ایم. این مشکل رایج منجر به سردرگمی زیادی در ادبیات شده است. استیون پینکر، روانشناس دانشگاه هاروارد، از کاربردهای مختلف این کلمه به قدری ناامید شده بود – با اینکه برخی افراد آگاهی را به عنوان توانایی تشخیص خود در آینه تعریف می کنند، برخی ادعا می کنند که فقط انسان ها هوشیار هستند، و برخی دیگر می گویند که آگاهی یک اختراع اخیر است یا از فرهنگ فرد آموخته شده است – که او را مجبور به اظهار نظر کرد، چیزی در مورد موضوع G شبیه به هشیاری غیرممکن است چیزهای قبل از صبحانه آیا بیشتر حیوانات واقعاً می توانند خوابگردها، زامبی ها، اتومات ها و بیرون از سرما ناخودآگاه باشند؟ آیا سگ حواس، عواطف، احساسات ندارد؟ اگر آنها را نیش بزنید، احساس درد نمی کنند؟ و آیا موسی واقعاً نمی توانست طعم نمک را بچشد یا قرمز ببیند یا از رابطه جنسی لذت ببرد؟ آیا کودکان به همان روشی که یاد می‌گیرند کلاه بیسبال بپوشند، هوشیار شدن را یاد می‌گیرند؟ افرادی که در مورد آگاهی می نویسند دیوانه نیستند، بنابراین هنگام استفاده از این کلمه باید چیز دیگری در ذهن داشته باشند. (پینکر، ۱۹۹۷، ص ۱۳۳)

In both the 1986 and 1995 editions of the International Dictionary of Psychology, the psychologist Stuart Sutherland pulled out all the stops in his definition of consciousness:

در هر دو نسخه ۱۹۸۶ و ۱۹۹۵ فرهنگ لغت بین‌المللی روان‌شناسی، استوارت ساترلند، روان‌شناس، تمام نکات را در تعریف خود از آگاهی بیان کرد:

Consciousness The having of perceptions, thoughts, and feelings; awareness. The term is impossible to define except in terms that are unintelligible without a grasp of what consciousness means. Many fall into the trap of equating consciousness with self-consciousness-to be conscious it is only necessary to be aware of the external world. Consciousness is a fascinating but elusive phenomenon: it is impossible to specify what it is, what it does, or why it evolved. Nothing worth reading has been written on it. (Sutherland, 1995)

آگاهی داشتن ادراکات، افکار و احساسات. آگاهی تعریف این اصطلاح غیرممکن است مگر با عباراتی که بدون درک معنای آگاهی غیرقابل درک باشد. بسیاری در دام یکسان دانستن خودآگاهی با خودآگاهی می‌افتند – برای هشیار بودن فقط لازم است که از دنیای بیرونی آگاه باشیم. آگاهی پدیده ای جذاب اما گریزان است: نمی‌توان مشخص کرد که چیست، چه می‌کند یا چرا تکامل یافته است. هیچ چیز ارزش خواندن روی آن نوشته نشده است. (ساترلند، ۱۹۹۵)

That last sentence is excellent. It will save us a lot of time! Sutherland’s first point is that the conscious state has a lot of possible contents. It can consist of perceptions: sounds, sights, tastes, touches, and fragrances. It can have highfalutin thoughts of differential equations or mundane worries about whether you left the oven on. And these thoughts are accompanied by feelings. Sutherland also wants us to be clear on the fact that while we are aware of these contents, we don’t have to have awareness that we are aware-that is, meta-awareness-to be conscious.

جمله آخرش عالیه این باعث صرفه جویی در زمان ما می‌شود! اولین نکته ساترلند این است که حالت خودآگاه محتویات ممکن زیادی دارد. این می‌تواند شامل ادراکات باشد: صداها، مناظر، طعم‌ها، لمس‌ها و عطرها. این می‌تواند افکار زیادی در مورد معادلات دیفرانسیل یا نگرانی‌های دنیوی در مورد اینکه آیا فر را روشن گذاشته اید یا خیر. و این افکار با احساسات همراه است. ساترلند همچنین از ما می‌خواهد که این واقعیت را روشن کنیم که در حالی که ما از این مطالب آگاه هستیم، لازم نیست آگاهی از آگاهی داشته باشیم – یعنی فراآگاهی – تا آگاه باشیم.

The knowledge you have about yourself, self- consciousness, is just one type of data stored in the cortex, like data about your siblings, parents, friends, and, of course, your dog. Self-consciousness is no more mysterious than perception or memory. As we learned in Chapter 13, we have all sorts of information about ourselves that is processed separately by different modules. The more interesting question that we will address later in this chapter is why, when all this processing about the self is separate, do we feel unified-a single entity calling the shots?

دانشی که در مورد خودتان دارید، یعنی خودآگاهی، فقط یکی از انواع داده‌های ذخیره شده در قشر مغز است، مانند داده‌های مربوط به خواهر و برادر، والدین، دوستان و البته سگ شما. خودآگاهی مرموزتر از ادراک یا حافظه نیست. همانطور که در فصل ۱۳ آموختیم، ما انواع اطلاعاتی در مورد خود داریم که به طور جداگانه توسط ماژول‌های مختلف پردازش می‌شوند. سوال جالب‌تری که بعداً در این فصل به آن خواهیم پرداخت این است که چرا وقتی همه این پردازش‌های مربوط به خود جداست، آیا احساس می‌کنیم که یک موجود واحد است که عکس‌ها را صدا می‌کند؟

We also have what is known as access awareness, the ability to report on the contents of mental experience, but we don’t have access to how the contents were built up by all the neurons, neurotransmitters, and so forth in the nervous system. The nervous system has two modes of information processing: conscious processing and nonconscious processing (we will reserve the term unconscious in this chapter to refer to an arousal state). Conscious processing can be accessed by the systems underlying verbal reports, rational thought, and deliberate decision making, and it includes the product of visual processing and the contents of short-term memory. Nonconscious processing, which can- not be accessed, includes autonomic (gut-level) responses; the internal operations of vision, language, and motor control; and repressed desires or memories (if there are any).

ما همچنین آنچه را که به عنوان آگاهی دسترسی شناخته می‌شود، توانایی گزارش در مورد محتوای تجربه ذهنی داریم، اما به نحوه ایجاد محتوا توسط همه نورون‌ها، انتقال دهنده‌های عصبی و غیره در سیستم عصبی دسترسی نداریم. سیستم عصبی دارای دو حالت پردازش اطلاعات است: پردازش آگاهانه و پردازش ناخودآگاه (ما در این فصل اصطلاح ناخودآگاه را برای اشاره به حالت برانگیختگی رزرو می‌کنیم). پردازش آگاهانه می‌تواند توسط سیستم‌های زیربنایی گزارش‌های شفاهی، تفکر منطقی و تصمیم گیری عمدی قابل دسترسی باشد و شامل محصول پردازش بصری و محتویات حافظه کوتاه مدت است. پردازش ناخودآگاه، که قابل دسترسی نیست، شامل پاسخ‌های خودمختار (در سطح روده) است. عملیات داخلی بینایی، زبان و کنترل حرکتی؛ و آرزوها یا خاطرات سرکوب شده (در صورت وجود).

Sutherland also tips his hat to the mind-brain problem of consciousness when he describes consciousness as something you just have to experience in order to define. Subjective experience, phenomenal awareness, raw feelings, the first-person viewpoint of an experience, what it feels like to be or do something-these are all on one side of Levine’s equation. The difference between subjective and objective experience is the difference between “I am feeling nauseated” and “A student has the stomach flu.” Try to explain nausea to someone who has never felt it.

ساترلند همچنین زمانی که هوشیاری را به عنوان چیزی توصیف می‌کند که برای تعریف آن باید تجربه کنید، کلاه خود را به مسئله ذهن-مغز هوشیاری سر می‌دهد. تجربه ذهنی، آگاهی فوق‌العاده، احساسات خام، دیدگاه اول شخص از یک تجربه، احساس بودن یا انجام کاری – همه اینها در یک طرف معادله لوین هستند. تفاوت بین تجربه ذهنی و عینی تفاوت بین “من احساس تهوع دارم” و “یک دانش آموز آنفولانزای معده دارد.” سعی کنید حالت تهوع را برای کسی که هرگز آن را احساس نکرده است توضیح دهید.

These sentient experiences are called qualia by philosophers. For instance, philosophers are always wondering what another person’s experience is like when they both look at the same color, same sunset, same anything. In a paper that spotlighted qualia, philosopher Thomas Nagel famously asked, “What is it like to be a bat?” (1974)— not in the sense of “Is it like a bird?” but “What would it feel like for me to be a bat?” which makes Sutherland’s point that if you have to ask, you will never know.

فیلسوفان این تجربیات حسی را کیفیات می‌نامند. به عنوان مثال، فیلسوفان همیشه از خود می‌پرسند که تجربه یک فرد دیگر چگونه است وقتی هر دو به یک رنگ، یک غروب خورشید، و به یک چیز نگاه می‌کنند. فیلسوف توماس ناگل در مقاله‌ای که به ویژگی‌ها اشاره می‌کرد، به طرز معروفی پرسید: “خفاش بودن چگونه است؟” (۱۹۷۴) – نه به معنای “آیا شبیه پرنده است؟” اما “چه حسی برای من دارم که خفاش باشم؟” که این نظر ساترلند را نشان می‌دهد که اگر مجبور شوید بپرسید، هرگز نخواهید فهمید.

Explaining how the firing of neurons (the other side of Levine’s equation) generates sentience is known as the “hard problem” of consciousness. Some think it will never be explained. Some philosophers handle the problem by denying it is there. Daniel Dennett (1991) suggests that consciousness is an illusion, a good one, and, like some optical illusions, one we fall for every time. Owen Flanagan (1991) doesn’t think that the phenomenal side of conscious mental states is at all mysterious, but just part of the coding. As for Sutherland’s final quip, even with all the palaver about the mind and brain over the last 2,500 years, no one has figured it out, but many continue to try.

توضیح اینکه چگونه شلیک نورون‌ها (طرف دیگر معادله لوین) حس ایجاد می‌کند به عنوان “مشکل سخت” آگاهی شناخته می‌شود. برخی فکر می‌کنند هرگز توضیح داده نخواهد شد. برخی از فیلسوفان با انکار وجود آن مشکل را حل می‌کنند. دانیل دنت (۱۹۹۱) پیشنهاد می‌کند که آگاهی یک توهم است، یک توهم خوب، و مانند برخی از توهمات نوری، هر بار درگیر آن می‌شویم. Owen Flanagan (1991) فکر نمی‌کند که جنبه خارق العاده حالات ذهنی خودآگاه اصلاً مرموز است، بلکه فقط بخشی از کدگذاری است. در مورد آخرین شوخی ساترلند، حتی با وجود همه چیزهایی که در مورد ذهن-مغز در ۲۵۰۰ سال گذشته وجود داشته است، هیچ کس آن را کشف نکرده است، اما بسیاری به تلاش خود ادامه می‌دهند.

For example, Francis Crick teamed up with computational neuroscientist Cristof Koch to discover the neural correlates of consciousness, stressing that any change in a subjective state must be associated with a change in a neuronal state. Koch (2004) emphasized that “the converse need not necessarily be true; two different neuronal states of the brain may be mentally indistinguishable.” Crick hoped that revealing the neural correlates would do for consciousness studies what discovering the structure of DNA had done for genetics. Focusing on the visual system, Crick and Koch sought to discover the minimal set of neuronal events and mechanisms for a specific conscious percept. They both knew that this endeavor would not solve the mystery of consciousness but instead would provide constraints for possible models.

به عنوان مثال، فرانسیس کریک با کریستف کخ، عصب شناس محاسباتی، برای کشف همبستگی‌های عصبی آگاهی همکاری کرد و تاکید کرد که هر تغییری در یک حالت ذهنی باید با تغییر در یک حالت عصبی همراه باشد. کوچ (۲۰۰۴) تاکید کرد که “برعکس لزوماً نباید درست باشد، دو حالت عصبی مختلف مغز ممکن است از نظر ذهنی غیرقابل تشخیص باشند.” کریک امیدوار بود که آشکار کردن همبستگی‌های عصبی برای مطالعات هوشیاری کاری انجام دهد که کشف ساختار DNA برای ژنتیک انجام داده است. کریک و کخ با تمرکز بر سیستم بینایی به دنبال کشف حداقل مجموعه ای از رویدادهای عصبی و مکانیسم‌های یک ادراک آگاهانه خاص بودند. هر دوی آنها می‌دانستند که این تلاش معمای آگاهی را حل نمی‌کند، بلکه محدودیت‌هایی را برای مدل‌های ممکن ایجاد می‌کند.

Others have assumed that there is a neural circuit that enables consciousness. Gerard Edelman and Giulio Tononi (2000) proposed that the brain’s interactive, reciprocal, and self-propagating feedback, especially in the thalamocortical system, gives rise to consciousness. As for access to consciousness, Bernard Baars introduced the global workspace theory (1988, 1997, 2002), which suggests that conscious- ness enables multiple networks to cooperate and compete in solving problems, such as the retrieval of specific items from immediate memory. Baars conceives targeted retrieval to be somewhat like working memory, but much more fleeting.

برخی دیگر فرض کرده اند که یک مدار عصبی وجود دارد که آگاهی را قادر می‌سازد. جرارد ادلمن و جولیو تونونی (۲۰۰۰) پیشنهاد کردند که بازخورد متقابل، متقابل و خود تکثیر شونده مغز، به ویژه در سیستم تالاموکورتیکال، باعث آگاهی می‌شود. در مورد دسترسی به آگاهی، برنارد بارز نظریه فضای کاری جهانی را معرفی کرد (۱۹۸۸، ۱۹۹۷، ۲۰۰۲)، که نشان می‌دهد آگاهی شبکه‌های متعدد را قادر می‌سازد تا در حل مسائل، مانند بازیابی موارد خاص از حافظه فوری، همکاری و رقابت کنند. بارس بازیابی هدفمند را تا حدودی شبیه به حافظه کاری می‌داند، اما بسیار زودگذرتر.

Stanislas Dehaene elaborates on this model, suggesting that information becomes conscious if the neural population that represents it is the focus of top-down attention. Attention amplifies the neural firings into a state of coherent activity involving many neurons distributed throughout the brain. Dehaene (2014) suggests that this global availability of information through the “global workspace” is what we subjectively experience as a conscious state.

استانیسلاس دهاین در مورد این مدل توضیح می‌دهد و پیشنهاد می‌کند که اگر جمعیت عصبی که آن را نشان می‌دهد در کانون توجه از بالا به پایین باشد اطلاعات آگاه می‌شوند. توجه، شلیک‌های عصبی را در حالتی از فعالیت منسجم تقویت می‌کند که شامل بسیاری از نورون‌های توزیع شده در سراسر مغز می‌شود. Dehaene (2014) پیشنهاد می‌کند که این در دسترس بودن جهانی اطلاعات از طریق “فضای کاری جهانی” چیزی است که ما به طور ذهنی به عنوان یک حالت آگاهانه تجربه می‌کنیم.

Meanwhile, Michael Graziano and his colleagues have developed the attention schema theory of subjective aware- ness from the perspective that the brain is an information- processing machine that builds internal modes, and that cognition has partial access to these models. One of the models is of attention itself (Webb & Graziano, 2015). They propose that what we are conscious of is the content of the model, which leads the brain to conclude that it has subjective experience. While some of these theories have features in common, none explain all aspects of consciousness.

در همین حال، مایکل گرازیانو و همکارانش نظریه طرحواره توجه آگاهی ذهنی را از این منظر توسعه دادند که مغز یک ماشین پردازش اطلاعات است که حالت‌های درونی را ایجاد می‌کند و شناخت به این مدل‌ها دسترسی جزئی دارد. یکی از مدل‌ها خود توجه است (Webb & Graziano, 2015). آنها پیشنهاد می‌کنند که آنچه ما از آن آگاه هستیم محتوای مدل است که مغز را به این نتیجه می‌رساند که تجربه ذهنی دارد. در حالی که برخی از این نظریه‌ها دارای ویژگی‌های مشترک هستند، هیچ کدام همه جنبه‌های آگاهی را توضیح نمی‌دهند.

Cognitive neuroscience can be brought to bear on the topic of consciousness by breaking the problem down into three categories: the contents of conscious experience, access to this information, and sentience (the subjective experience). While the field has much to say about the contents of our conscious experience-such as self-knowledge, memory, perception, and so forth- and about the information to which we have access, we will find that bridging the gap between the firing of neurons and phenomenal awareness continues to be elusive. Before we take a look at these different aspects of consciousness, however, we need to differentiate wake- fulness from consciousness and introduce an important aspect of the brain: its organizational architecture, which neuroscientists have not yet taken into full account. It is a framework that will help us in our quest.

علوم اعصاب شناختی را می‌توان با تقسیم مسئله به سه دسته: محتویات تجربه آگاهانه، دسترسی به این اطلاعات، و احساس (تجربه ذهنی) به موضوع آگاهی وارد کرد. در حالی که این حوزه در مورد محتوای تجربه آگاهانه ما – مانند خودشناسی، حافظه، ادراک و غیره – و در مورد اطلاعاتی که ما به آنها دسترسی داریم، چیزهای زیادی برای گفتن دارد، متوجه خواهیم شد که پر کردن شکاف بین شلیک نورون‌ها و آگاهی پدیده ای همچنان گریزان است. با این حال، قبل از اینکه نگاهی به این جنبه‌های مختلف هوشیاری بیندازیم، باید بیداری را از هوشیاری متمایز کنیم و یک جنبه مهم از مغز را معرفی کنیم: معماری سازمانی آن، که دانشمندان علوم اعصاب هنوز به طور کامل آن را در نظر نگرفته‌اند. این چارچوبی است که به ما در تلاشمان کمک می‌کند.

TAKE-HOME MESSAGES

پیام‌های اصلی

▪️ Consciousness is the having of perceptions, thoughts, and feelings; awareness.

▪️ آگاهی یعنی داشتن ادراکات، افکار و احساسات؛ هوشیاری.

▪️ Self-knowledge is one type of information that makes up the contents of our conscious experience.

▪️ خودشناسی یکی از انواع اطلاعاتی است که محتویات تجربه آگاهانه ما را تشکیل می‌دهد.

▪️ We are able to report on only the contents of mental experience, known as access awareness, and not the processing that produces them.

▪️ ما قادریم فقط در مورد محتوای تجربه ذهنی، که به عنوان آگاهی دسترسی شناخته می‌شود، گزارش دهیم و نه پردازشی که آنها را تولید می‌کند.

▪️ Explaining how the chemical interactions of the body produce our subjective conscious experience is the hard problem that cognitive neuroscience faces.

▪️ توضیح اینکه چگونه فعل و انفعالات شیمیایی بدن تجربه هشیار ذهنی ما را ایجاد می‌کند، مشکل سختی است که عصب شناسی شناختی با آن مواجه است.

۱۴.۲ The Anatomy of Consciousness

۱۴.۲ آناتومی‌آگاهی

When we look at the multiple anatomical regions that contribute to aspects of consciousness (see the “Anatomical Orientation” box on p. 623), it is helpful to distinguish between states of arousal that range from deep unconscious sleep to full wakefulness, including simple awareness and more complex conscious states.

وقتی به نواحی آناتومیکی مختلفی که به جنبه‌های آگاهی کمک می‌کنند (به جعبه “جهت‌گیری آناتومیکی” در صفحه ۶۲۳ نگاه کنید) نگاه می‌کنیم، مفید است که بین حالت‌های برانگیختگی که از خواب عمیق و بی‌هوشی تا بیداری کامل متغیر است، تمایز قائل شویم، از جمله آگاهی ساده و حالات آگاهانه پیچیده‌تر.

The neurologist Antonio Damasio separates conscious- ness into two categories: core consciousness and extended consciousness (A. R. Damasio, 1998). Core consciousness (or awareness) is what results when the consciousness “switch” is “flipped on”: The organism is alive, awake, alert, and aware of one moment, now, and of one place, here. It is not concerned with the future or the past. Core consciousness is the foundation on which to build extended consciousness, the increasingly complex contents of conscious experience, provided by input from the cortex.

آنتونیو داماسیو، متخصص مغز و اعصاب، آگاهی را به دو دسته تقسیم می‌کند: هوشیاری مرکزی و آگاهی گسترده (A. R. Damasio، ۱۹۹۸). هشیاری اصلی (یا آگاهی) وقتی نتیجه می‌شود که «سوئیچ» آگاهی «روشن» شود: ارگانیسم زنده، بیدار، هوشیار و آگاه از یک لحظه، اکنون، و از یک مکان، اینجاست. به آینده و گذشته توجهی ندارد. هشیاری مرکزی پایه‌ای است که بر روی آن می‌توان آگاهی گسترده، محتویات پیچیده‌تر و فزاینده‌ای از تجربه هشیار، که توسط ورودی از قشر فراهم می‌شود، ایجاد کرد.

The brain regions needed to turn on the consciousness switch and to modulate wakefulness are located in the evolutionarily oldest part of the brain, the brainstem. As we have learned, the brainstem’s primary job is homeostatic regulation of the body and brain, performed mainly by nuclei in the medulla oblongata, along with some input from the pons. Disconnect this portion of the brainstem, and the body dies (and the brain and consciousness along with it). This is true for all mammals.

نواحی مغزی که برای روشن کردن سوئیچ هوشیاری و تعدیل بیداری لازم است در قدیمی‌ترین بخش مغز یعنی ساقه مغز قرار دارند. همانطور که آموختیم، کار اصلی ساقه مغز تنظیم هموستاتیک بدن و مغز است که عمدتاً توسط هسته‌های بصل النخاع، همراه با مقداری ورودی از pons انجام می‌شود. این بخش از ساقه مغز را قطع کنید و بدن می‌میرد (و مغز و هوشیاری همراه با آن). این برای همه پستانداران صادق است.

Above the medulla are the nuclei of the pons and the mesencephalon (midbrain). Within the pons is the reticular formation, a heterogeneous collection of nuclei, some of which compose the neural circuits of the reticular activating system (RAS), involved with arousal, regulating sleep-wake cycles, and mediating attention. Depending on the location, damage to the pons may result in locked-in syndrome, unresponsive wakefulness syndrome, coma, or death. The RAS has extensive connections to the cortex via two path- ways. The dorsal pathway courses through the intralaminar nucleus of the thalamus to the cortex. People with lesions of the thalamus are usually awake but unresponsive. The ventral pathway passes through the hypothalamus and the basal forebrain and on to the cortex. People with an injury to the ventral pathway find it difficult to stay awake and tend to sleep more than the usual amount.

در بالای مدولا، هسته‌های پونز و مزانسفالون (مغز میانی) قرار دارند. در داخل حوضچه تشکیل شبکه ای وجود دارد، مجموعه ای ناهمگن از هسته‌ها، که برخی از آنها مدارهای عصبی سیستم فعال کننده شبکه (RAS) را تشکیل می‌دهند که درگیر برانگیختگی، تنظیم چرخه خواب و بیداری و واسطه شدن توجه است. بسته به محل، آسیب به پلک ممکن است منجر به سندرم قفل شده، سندرم بیداری بدون پاسخ، کما یا مرگ شود. RAS از طریق دو مسیر ارتباط گسترده ای با قشر مغز دارد. مسیر پشتی از طریق هسته داخل لامینار تالاموس به قشر می‌رود. افراد مبتلا به ضایعات تالاموس معمولاً بیدار هستند اما پاسخگو نیستند. مسیر شکمی‌از هیپوتالاموس و پیش مغز قاعده ای عبور می‌کند و به قشر مغز می‌رسد. افرادی که در مسیر شکمی‌آسیب دیده اند، بیدار ماندن دشوار است و تمایل دارند بیش از مقدار معمول بخوابند.

The brainstem receives information via the spinal cord from afferent neurons involved with pain, interoception, and somatosensory, proprioceptive, and vestibular information. It also receives afferent signals from the thalamus, hypothalamus, amygdala, cingulate gyrus, insula, and prefrontal cortex. Thus, information about the state of the organism in its current milieu-along with ongoing changes in the organism’s state as it interacts with objects and the environment-is mediated by the brain- stem. In concert with the brainstem and thalamus, the cerebral cortex maintains wakefulness and contributes to selective attention.

ساقه مغز اطلاعات را از طریق طناب نخاعی از نورون‌های آوران درگیر با درد، حس درونی، و اطلاعات حسی تنی، عمقی و دهلیزی دریافت می‌کند. همچنین سیگنال‌های آوران را از تالاموس، هیپوتالاموس، آمیگدال، شکنج سینگولیت، اینسولا و قشر پره‌فرونتال دریافت می‌کند. بنابراین، اطلاعات در مورد وضعیت ارگانیسم در محیط کنونی آن – همراه با تغییرات مداوم در وضعیت ارگانیسم هنگام تعامل با اشیاء و محیط – توسط ساقه مغز واسطه می‌شود. در هماهنگی با ساقه مغز و تالاموس، قشر مغز بیداری را حفظ می‌کند و به توجه انتخابی کمک می‌کند.

The information provided by the cortex expands the contents of what the organism is conscious of, but we will see that the cortex may not be necessary for conscious experience. The contents of that experience, which are pro- vided by the cortex, depend on the species and the information that its cortex is capable of supplying. In humans, some of the information stored in the cortex provides us with an elaborate sense of self. It places the self in individual historical time, and it depends on the gradual buildup of an autobiographical self from memories of past experiences and expectations of future experiences.

اطلاعات ارائه شده توسط قشر، محتوای آنچه ارگانیسم از آن آگاه است را گسترش می‌دهد، اما خواهیم دید که قشر ممکن است برای تجربه آگاهانه ضروری نباشد. محتویات آن تجربه، که توسط قشر فراهم می‌شود، به گونه‌ها و اطلاعاتی که قشر آن قادر به ارائه آن است بستگی دارد. در انسان‌ها، برخی از اطلاعات ذخیره شده در قشر مغز، حس دقیقی از خود به ما می‌دهد. خود را در زمان تاریخی فردی قرار می‌دهد و به ساخت تدریجی خود زندگی نامه ای از خاطرات تجربیات گذشته و انتظارات از تجربیات آینده بستگی دارد.

ANATOMICAL ORIENTATION
Anatomy of Consciousness

جهت گیری آناتومیک
آناتومی آگاهی

آناتومی آگاهی

The cerebral cortex, thalamus, brainstem, and hypothalamus are largely responsible for the conscious mind.

قشر مغز، تالاموس، ساقه مغز و هیپوتالاموس تا حد زیادی مسئول ضمیر خودآگاه هستند.

TAKE-HOME MESSAGES

پیام‌های اصلی

▪️ Processing in the brainstem and thalamus is sufficient for an organism to be alive, awake, alert, and aware of the current moment and place.

▪️ پردازش در ساقه مغز و تالاموس برای یک موجود زنده، بیدار، هوشیار و آگاه از لحظه و مکان فعلی کافی است.

▪️ The reticular activating system is involved with arousal, regulating sleep-wake cycles, and mediating attention.

▪️ سیستم فعال کننده شبکه ای با برانگیختگی، تنظیم چرخه خواب و بیداری و واسطه شدن توجه درگیر است.

▪️ The contents of our conscious experience are expanded by processing in the cerebral cortex.

▪️ محتوای تجربه آگاهانه ما با پردازش در قشر مغز گسترش می‌یابد.

۱۴.۳ Levels of Arousal and Consciousness

۱۴.۳ سطح برانگیختگی و آگاهی

While a level of wakefulness is necessary for consciousness, consciousness is not necessary for wakefulness. For example, patients with unresponsive wakefulness syndrome (UWS), formerly known as vegetative state (Laureys et al., 2010), “awaken” from a coma-that is, open their eyes-but show only reflex behavior. They are not conscious, in contrast with minimally conscious state (MCS) patients, who show localization to pain and nonreflex movement. For example, they will visually fixate on or pursue a stimulus, or will follow simple commands like “squeeze my hand” (Bruno et al., 2011; Giacino et al., 2002).

در حالی که سطحی از بیداری برای هوشیاری لازم است، هوشیاری برای بیداری لازم نیست. به عنوان مثال، بیماران مبتلا به سندرم بیداری بدون پاسخ (UWS)، که قبلاً به عنوان حالت نباتی شناخته می‌شد (Laureys et al., 2010)، از کما بیدار می‌شوند – یعنی چشمان خود را باز می‌کنند – اما فقط رفتار بازتابی نشان می‌دهند. آنها هوشیار نیستند، برخلاف بیماران با حالت حداقل هوشیاری (MCS)، که موضعی را به درد و حرکت غیر رفلکس نشان می‌دهند. برای مثال، آنها به صورت بصری روی یک محرک تثبیت می‌کنند یا آن را دنبال می‌کنند، یا از دستورات ساده‌ای مانند «دستم را فشار بده» پیروی می‌کنند (برونو و همکاران، ۲۰۱۱؛ جیاسینو و همکاران، ۲۰۰۲).

Complicating the diagnosis is locked-in syndrome (LIS), a condition in which one is unable to move any muscle but is fully conscious and has normal sleep-wake cycles. Some LIS patients have the ability to voluntarily blink an eyelid or make very small vertical eye movements, alerting only the very watchful observer that they are conscious. Others cannot even do this and exhibit no external signs.

پیچیده‌تر تشخیص سندرم قفل شده (LIS) است، وضعیتی که در آن فرد قادر به حرکت دادن هیچ ماهیچه‌ای نیست اما کاملا هوشیار است و چرخه‌های خواب و بیداری طبیعی دارد. برخی از بیماران LIS توانایی پلک زدن داوطلبانه پلک یا انجام حرکات عمودی بسیار کوچک چشم را دارند و فقط به ناظر بسیار مراقب هشدار می‌دهند که آنها هوشیار هستند. دیگران حتی نمی‌توانند این کار را انجام دهند و هیچ نشانه خارجی از خود نشان نمی‌دهند.

LIS is caused by a lesion to the ventral part of the pons in the brainstem, where neurons connect the cerebellum with the cortex. Patients with LIS may retain their full cognitive ability and have sensation, and months or years may pass before a caregiver realizes that the patient is conscious. During that interval, some patients have had medical procedures without anesthesia and have heard conversations about their own fate in which they could not participate.

LIS در اثر ضایعه ای در قسمت شکمی‌پونز در ساقه مغز ایجاد می‌شود، جایی که نورون‌ها مخچه را با قشر مغز متصل می‌کنند. بیماران مبتلا به LIS ممکن است توانایی شناختی کامل خود را حفظ کنند و احساس داشته باشند، و ممکن است ماه‌ها یا سال‌ها بگذرد تا مراقبت کننده متوجه شود که بیمار هوشیار است. در این فاصله، برخی از بیماران اقدامات پزشکی بدون بیهوشی انجام داده اند و صحبت‌هایی در مورد سرنوشت خود شنیده اند که نمی‌توانند در آن شرکت کنند.

For example, in 2005, 5 months after a traffic accident that resulted in a severe traumatic brain injury (TBI), a 23-year-old woman remained unresponsive with preserved sleep-wake cycles. A multidisciplinary team had assessed her condition and concluded that she “fulfilled all of the criteria for a diagnosis of vegetative state according to inter- national guidelines” (Owen et al., 2006). If no evidence of a sustained, reproducible, purposeful, or voluntary behavioral response to visual, auditory, tactile, or noxious stimuli is found on repeated examinations, a diagnosis of UWS is made. While some patients may permanently remain in this state, others may show some inconsistent but reproducible signs of awareness.

به عنوان مثال، در سال ۲۰۰۵، ۵ ماه پس از یک حادثه رانندگی که منجر به آسیب مغزی شدید (TBI) شد، یک زن ۲۳ ساله با حفظ چرخه خواب و بیداری واکنشی نشان نداد. یک تیم چند رشته ای وضعیت او را ارزیابی کرده و به این نتیجه رسیدند که او “همه معیارهای تشخیص وضعیت رویشی را طبق دستورالعمل‌های بین المللی انجام می‌دهد” (اوون و همکاران، ۲۰۰۶). اگر در معاینات مکرر شواهدی از پاسخ رفتاری پایدار، تکرارپذیر، هدفمند یا اختیاری به محرک‌های بینایی، شنوایی، لامسه یا مضر یافت نشد، تشخیص UWS داده می‌شود. در حالی که برخی از بیماران ممکن است برای همیشه در این حالت باقی بمانند، برخی دیگر ممکن است برخی از علائم آگاهی ناسازگار اما قابل تکرار را نشان دهند.

Adrian Owen and his team at Cambridge University (2006) attempted a novel approach to aid in the accident victim’s diagnosis, evaluating her for neural responses by fMRI. Surprisingly, her brain’s activity in response to spoken sentences was equivalent to the activity seen in healthy volunteers. Furthermore, when ambiguous words were used, additional activity similar to that of the volunteers was seen in her left inferior frontal region. Was this evidence of conscious awareness, or could such activity occur in the absence of conscious awareness?

آدریان اوون و تیمش در دانشگاه کمبریج (۲۰۰۶) یک رویکرد جدید را برای کمک به تشخیص قربانی تصادف انجام دادند و او را از نظر پاسخ‌های عصبی توسط fMRI ارزیابی کردند. به طور شگفت انگیزی، فعالیت مغز او در پاسخ به جملات گفتاری معادل فعالیتی بود که در داوطلبان سالم مشاهده می‌شد. علاوه بر این، هنگامی‌که از کلمات مبهم استفاده می‌شد، فعالیت اضافی مشابه داوطلبان در ناحیه پیشانی تحتانی چپ او مشاهده شد. آیا این شواهدی از آگاهی آگاهانه بود یا ممکن است چنین فعالیتی در غیاب آگاهی آگاهانه رخ دهد؟

A second fMRI study addressed this question by using an active imagination task. The patient was instructed to imagine playing a game of tennis at one point during the scan, during which time she showed significant activity in the supplementary motor area. At another point she was asked to imagine visiting all the rooms of her house, starting at the front door; this mental task was accompanied by significant activity in the parahippocampal gyrus, the posterior parietal cortex, and the lateral premotor cortex. These were all the same activations seen in the healthy controls doing the same task (Owen et al., 2006; Figure 14.2).

مطالعه دوم fMRI با استفاده از یک کار تخیل فعال به این سوال پرداخت. به بیمار آموزش داده شد که بازی تنیس را در یک نقطه در طول اسکن تصور کند، در این مدت او فعالیت قابل توجهی در ناحیه حرکتی تکمیلی نشان داد. در نقطه ای دیگر از او خواسته شد تصور کند که تمام اتاق‌های خانه اش را که از جلوی در شروع می‌شود بازدید می‌کند. این کار ذهنی با فعالیت قابل توجهی در شکنج پاراهیپوکامپ، قشر آهیانه‌ای خلفی و قشر پیش حرکتی جانبی همراه بود. همه اینها همان فعالیت‌هایی بودند که در کنترل‌های سالم مشاهده می‌شد که همان کار را انجام می‌دادند (اوون و همکاران، ۲۰۰۶؛ شکل ۱۴.۲).

The especially striking part of this experiment was that the patient seemed to have been responding in a volitional manner. If the researchers had merely shown her pictures of faces and observed a response in the fusiform face area (FFA), for example, then they could have attributed her response to some form of automatic priming arising from her extensive preinjury experience in perceiving faces. The BOLD response to these two imagery tasks, however, was sustained for long periods of time.

بخش ویژه قابل توجه این آزمایش این بود که به نظر می‌رسید بیمار به شیوه ای ارادی پاسخ می‌داد. برای مثال، اگر محققان صرفاً تصاویری از چهره‌های او را نشان می‌دادند و پاسخی را در ناحیه دوکی شکل صورت (FFA) مشاهده می‌کردند، می‌توانستند پاسخ او را به نوعی پرایمینگ خودکار ناشی از تجربه گسترده او قبل از آسیب در درک چهره‌ها نسبت دهند. با این حال، پاسخ جسارت به این دو کار تصویرسازی برای دوره‌های طولانی ادامه داشت.

The researchers went on to study 54 additional patients with severe brain injuries who had received diagnoses of either MCS or UWS. Five of these patients were able to modulate their brain activity in the same way that normal controls did when they imagined performing a skilled behavior like playing tennis, or undertaking a spatial task such as walking around their home. One of these five, who had had a diagnosis of UWS for 5 years, underwent additional testing. He was asked a series of questions and, for each one, was instructed to imagine the skilled action if the answer was yes, and the spatial task if the answer was no (Figure 14.3).

محققان در ادامه به مطالعه ۵۴ بیمار دیگر با آسیب‌های شدید مغزی که تشخیص MCS یا UWS را دریافت کرده بودند، پرداختند. پنج نفر از این بیماران توانستند فعالیت مغزی خود را به همان روشی که کنترل‌های معمولی انجام می‌دادند تعدیل کنند، زمانی که تصور می‌کردند یک رفتار ماهرانه مانند بازی تنیس یا انجام یک کار فضایی مانند راه رفتن در خانه خود را انجام می‌دهند. یکی از این پنج نفر که به مدت ۵ سال تشخیص UWS داشت، تحت آزمایشات تکمیلی قرار گرفت. از او یک سری سؤال پرسیده شد و برای هر یک از آنها دستور داده شد که در صورت مثبت بودن پاسخ، اقدام ماهرانه و در صورت منفی بودن پاسخ، تکلیف فضایی را تصور کند (شکل ۱۴.۳).

Although the patient was unable to make any overt behavioral responses to the questions, the answers that his neural activity indicated were similar to those observed in control participants without brain injury, representing clear evidence that the patient was consciously aware and able to communicate by modulating his brain activity (Monti et al., 2010). The ethical necessity of differentiating among UWS, MCS, and LIS is obvious, but it can be difficult (see Box 14.1).

اگرچه بیمار قادر به دادن هیچ گونه پاسخ رفتاری آشکار به سؤالات نبود، اما پاسخ‌هایی که فعالیت عصبی وی نشان داد مشابه پاسخ‌هایی بود که در شرکت کنندگان شاهد بدون آسیب مغزی مشاهده شد، که نشان دهنده شواهد روشنی است که نشان می‌دهد بیمار آگاهانه آگاه بوده و می‌تواند با تعدیل خود ارتباط برقرار کند. فعالیت مغز (مونتی و همکاران، ۲۰۱۰). ضرورت اخلاقی تمایز بین UWS، MCS، و LIS واضح است، اما ممکن است دشوار باشد (به کادر ۱۴.۱ مراجعه کنید).

شکل 14.2 مکان‌های فعال‌سازی در بیماران UWS و کنترل‌ها در حالی که تصور می‌کنند تنیس بازی می‌کنند یا در خانه خود راه می‌روند

FIGURE 14.2 Activation sites in UWS patient and controls while imagining playing tennis or walking through their house. The same regions were active in both the patient diagnosed with UWS and the controls when they were imagining the same situation. (a) When they imagined playing tennis, the supplementary motor area (SMA) was active. (b) When they imagined walking around their house, the parahippocampal place area (PPA), posterior parietal cortex (PPC), and lateral premotor cortex (PMC) were active.

شکل ۱۴.۲ مکان‌های فعال‌سازی در بیماران UWS و کنترل‌ها در حالی که تصور می‌کنند تنیس بازی می‌کنند یا در خانه خود راه می‌روند. همان مناطق هم در بیمار مبتلا به UWS و هم در گروه کنترل زمانی که وضعیت مشابهی را تصور می‌کردند فعال بودند. (الف) وقتی آنها بازی تنیس را تصور کردند، ناحیه حرکتی تکمیلی (SMA) فعال بود. (ب) وقتی تصور می‌کردند که در اطراف خانه خود راه می‌روند، ناحیه محل پاراهیپوکامپ (PPA)، قشر آهیانه‌ای خلفی (PPC) و قشر پیش حرکتی جانبی (PMC) فعال بودند.

شکل 14.3 ارتباط اسکن fMRI از یک بیمار با تشخیص UWS و کنترل

FIGURE 14.3 Communication fMRI scans from a patient diagnosed with UWS and controls.
One patient who had been diagnosed with UWS was asked (a) to imagine a motor task if the answer to a question was yes, and (b) to imagine a spatial imagery task if the answer was no. His scans were compared to scans of controls without brain injury performing either task. The patient correctly answered five of six questions, and he did not get the sixth question wrong; he simply had no response. When he answered “yes” by imagining a motor task, his SMA was active, and when he answered “no” by imagining the spatial task, his lateral PMC, PPA, and PPC were active.

شکل ۱۴.۳ ارتباط اسکن fMRI از یک بیمار با تشخیص UWS و کنترل.
از یکی از بیمارانی که مبتلا به UWS تشخیص داده شده بود، خواسته شد (الف) در صورت مثبت بودن پاسخ یک سوال، یک کار حرکتی را تصور کند، و (ب) اگر پاسخ منفی بود، یک کار تصویربرداری فضایی را تصور کند. اسکن‌های او با اسکن‌های کنترل‌ها بدون آسیب مغزی که هر دو کار را انجام می‌دادند مقایسه شد. بیمار به پنج سؤال از شش سؤال به درستی پاسخ داد و سؤال ششم را اشتباه نگرفت. او به سادگی هیچ پاسخی نداشت. هنگامی‌که او با تصور یک کار حرکتی “بله” پاسخ داد، SMA او فعال بود، و زمانی که با تصور کار فضایی “نه” پاسخ داد، PMC جانبی، PPA و PPC او فعال بودند.

BOX14.1 \ LESSONS FROM THE CLINIC

باکس ۱۴.۱ \ درس‌هایی از کلینیک

A Life Worth Living

یک زندگی ارزش زیستن دارد

We may imagine that having locked-in syndrome (LIS) is a fate worse than death, but those who suffer it do not appear to agree. Their self-scored perception of mental health, personal and general health, and bodily pain is close to that of controls (Lulé et al., 2009). Our best glimpse into their world was supplied by the editor in chief of the French magazine Elle, Jean-Dominique Bauby, who suffered a stroke at the age of 43. Several weeks later he awoke from a coma; although he was fully conscious with no cognitive loss, he was only able to move his left eyelid.

ممکن است تصور کنیم که داشتن سندرم قفل شده (LIS) سرنوشتی بدتر از مرگ است، اما به نظر می‌رسد کسانی که از آن رنج می‌برند موافق نیستند. درک خود امتیازدهی شده آنها از سلامت روان، سلامت شخصی و عمومی‌و درد بدنی نزدیک به درک افراد کنترل است (لوله و همکاران، ۲۰۰۹). بهترین نگاه ما به دنیای آنها توسط سردبیر مجله فرانسوی ال، ژان دومینیک بابی، که در سن ۴۳ سالگی دچار سکته مغزی شد، ارائه شد. چند هفته بعد او از کما بیدار شد. اگرچه او کاملا هوشیار بود و هیچ از دست دادن شناختی نداشت، اما فقط می‌توانست پلک چپ خود را حرکت دهد.

After it was recognized that Bauby was conscious, arrangements were made for an amanuensis to work with him. Each day before she arrived, he would construct and memorize sentences. Sitting at his bedside and using a frequency-ordered French alphabet, she would go through the alphabet until Bauby blinked at the correct letter, which she wrote down. It took 200,000 blinks to write The Diving Bell and the Butterfly, a book describing his conscious experience as he lay paralyzed (Figure 14.4). Though he described feeling stiffness and pain, and dearly missing playful and spontaneous interactions with his children, Bauby continued, My mind takes flight like a butterfly. There is so much to do. You can wander off in space or in time, set out for Tierra del Fuego or for King Midas’s court. You can visit the woman you love, slide down beside her and stroke her still-sleeping face. You can build castles in Spain, steal the Golden Fleece, discover Atlantis, realize your childhood dreams and adult ambitions. (Bauby, 1997, p. 5)

پس از اینکه مشخص شد بابی هوشیار است، ترتیبی داده شد تا یک آمانوئنسیس با او کار کند. هر روز قبل از ورود او، جملاتی را می‌ساخت و حفظ می‌کرد. او که کنار تخت او می‌نشست و از الفبای فرانسوی مرتب شده بر اساس فرکانس استفاده می‌کرد، الفبا را مرور می‌کرد تا زمانی که بابی به حرف درستی که می‌نوشت چشمک می‌زد. نوشتن «زنگ غواصی و پروانه»، کتابی که تجربه آگاهانه او را در حالی که فلج دراز کشیده بود، توصیف می‌کند، ۲۰۰۰۰۰ پلک زدن طول کشید (شکل ۱۴.۴). بابی ادامه داد: اگرچه او احساس سفتی و درد و از دست دادن تعاملات بازیگوشانه و خود به خود با فرزندانش را توصیف کرد، اما ذهن من مانند یک پروانه پرواز می‌کند. کارهای زیادی برای انجام دادن وجود دارد. می‌توانید در فضا یا در زمان پرسه بزنید، به سمت Tierra del Fuego یا دربار پادشاه میداس حرکت کنید. می‌توانید به زنی که دوستش دارید بروید، کنارش بخوابید و صورت او را که هنوز خوابیده است نوازش کنید. می‌توانید در اسپانیا قلعه بسازید، پشم طلایی را بدزدید، آتلانتیس را کشف کنید، رویاهای کودکی و جاه طلبی‌های بزرگسالی خود را محقق کنید. (Bauby, 1997, p. 5)

شکل ۱۴.۴ ژان-دومینیک باوبی، (الف) قبل از سکته و (ب) بعد از آن با سندرم LIS، در حین توصیف تجربه‌اش به یک دبیر

FIGURE 14.4 Jean-Dominique Bauby, (a) before stroke and (b) afterward with LIS, while describing his experience to an amanuensis.

شکل ۱۴.۴ ژان-دومینیک باوبی، (الف) قبل از سکته و (ب) بعد از آن با سندرم LIS، در حین توصیف تجربه‌اش به یک دبیر.

Arousal Regulation

مقررات برانگیختگی

Sleep and wakefulness are regulated by a complex inter play of neurotransmitters, neuropeptides, and hormones released by structures located in the basal forebrain, hypothalamus, and brainstem. The overarching controller is our biological clock, the grand circadian pacemaker: the suprachiasmatic nucleus (SCN) in the hypothalamus. The SCN receives light inputs directly from the retina, allowing its neurons to synchronize to the day-night cycle. Thus, through diverse neurochemical and hormonal pathways, the SCN synchronizes the cells throughout the brain and body.

خواب و بیداری توسط یک بازی متقابل پیچیده از انتقال دهنده‌های عصبی، نوروپپتیدها و هورمون‌های آزاد شده توسط ساختارهای واقع در قاعده پیش مغز، هیپوتالاموس و ساقه مغز تنظیم می‌شود. کنترل کننده اصلی ساعت بیولوژیکی ما است، ضربان ساز شبانه روزی بزرگ: هسته فوق کیاسماتیک (SCN) در هیپوتالاموس. SCN ورودی‌های نور را مستقیماً از شبکیه دریافت می‌کند و به نورون‌های آن اجازه می‌دهد تا با چرخه روز و شب هماهنگ شوند. بنابراین، از طریق مسیرهای عصبی شیمیایی و هورمونی متنوع، SCN سلول‌ها را در سراسر مغز و بدن هماهنگ می‌کند.

As seen in Figure 14.5, arousal is modulated by neurotransmitters released by neurochemically distinct systems that produce norepinephrine (NE), acetylcholine (ACh), serotonin, dopamine, or histamine, which innervate and increase arousal in multiple regions, including the cerebral cortex, basal forebrain, and lateral hypothalamus. For example, the photoactivated SCN stimulates the neurons of the locus coeruleus (LC) to release high levels of NE, which spread across the brain to increase wakefulness. LC activity increases with stress, or with the presence of novel or salient stimuli indicating reward or threat, making it difficult to fall asleep.

همانطور که در شکل ۱۴.۵ مشاهده می‌شود، برانگیختگی توسط انتقال دهنده‌های عصبی آزاد شده توسط سیستم‌های عصبی شیمیایی متمایز که نوراپی نفرین (NE)، استیل کولین (ACh)، سروتونین، دوپامین یا هیستامین را تولید می‌کنند، تعدیل می‌شود که باعث عصب کشی و افزایش برانگیختگی در مناطق مختلف از جمله قشر مغز، قشر پایه می‌شود. پیش مغز و هیپوتالاموس جانبی. به عنوان مثال، SCN فعال شده با نور نورون‌های لوکوس سرولئوس (LC) را تحریک می‌کند تا سطوح بالایی از NE را آزاد کند، که در سراسر مغز پخش می‌شود تا بیداری را افزایش دهد. فعالیت LC با استرس یا با حضور محرک‌های جدید یا برجسته که نشان‌دهنده پاداش یا تهدید است افزایش می‌یابد و به خواب رفتن را دشوار می‌کند.

شکل 14.5 نوروآناتومی و انتقال دهنده‌های عصبی برانگیختگی و خواب

FIGURE 14.5 The neuroanatomy and neurotransmitters of arousal and sleep. (a) The arousal system has two pathways that produce cortical arousal. The dorsal pathway (green) through the thalamus has cholinergic neurons from the laterodorsal tegmental nuclei (LTN). The ventral pathway (blue) through the hypothalamus and basal forebrain (BF) has noradrenergic neurons in the locus coeruleus (LC, another of the RAS nuclei), serotonergic neurons in the dorsal raphe nucleus, dopaminergic neurons in the ventral periaqueductal gray (VPAG), and histaminergic neurons in the tuberomammillary nucleus (TMN) of the hypothalamus. Antihistamines can cause drowsiness because they inhibit the histaminergic neurons. The lateral hypothalamus (LH) has neurons that secrete orexin during wakefulness, and neurons containing melanin-concentrating hormone that are active during REM sleep and are thought to inhibit the arousal system. Studies show that taking melatonin promotes sleep onset and length. (b) Neurons projecting from the ventrolateral preoptic nucleus (vIPON, indicated by the open circle) contain the inhibitory neurotransmitters GABA and galanin and are active during sleep, inhibiting the arousal circuits.

شکل ۱۴.۵ نوروآناتومی و انتقال دهنده‌های عصبی برانگیختگی و خواب. (الف) سیستم برانگیختگی دارای دو مسیر است که برانگیختگی قشر مغز ایجاد می‌کند. مسیر پشتی (سبز) از طریق تالاموس دارای نورون‌های کولینرژیک از هسته‌های تگمنتال لاترودورسال (LTN) است. مسیر شکمی‌(آبی) از طریق هیپوتالاموس و پیش‌ مغز قاعده‌ای (BF) دارای نورون‌های نورآدرنرژیک در لوکوس سرولئوس (LC، یکی دیگر از هسته‌های RAS)، نورون‌های سروتونرژیک در هسته رافه پشتی، نورون‌های دوپامینرژیک در ناحیه خاکستری دور قنات شکمی‌(VPAG) است. و نورون‌های هیستامینرژیک در هسته توبرومامیلاری (TMN) هیپوتالاموس. آنتی هیستامین‌ها می‌توانند باعث خواب آلودگی شوند زیرا نورون‌های هیستامینرژیک را مهار می‌کنند. هیپوتالاموس جانبی (LH) دارای نورون‌هایی است که در هنگام بیداری اورکسین ترشح می‌کنند و نورون‌های حاوی هورمون متمرکز کننده ملانین است که در طول خواب REM فعال هستند و تصور می‌شود که سیستم برانگیختگی را مهار می‌کنند. مطالعات نشان می‌دهد که مصرف ملاتونین شروع و طول خواب را افزایش می‌دهد. (ب) نورون‌هایی که از هسته پیش‌اپتیک بطنی جانبی بیرون می‌زنند (vIPON، که با دایره باز مشخص می‌شود) حاوی انتقال‌دهنده‌های عصبی بازدارنده GABA و گالانین هستند و در طول خواب فعال هستند و مدارهای برانگیختگی را مهار می‌کنند.

We all know this. Who can easily fall asleep when they know they have an early plane to catch? How many Christmas Eves do children spend tossing and turning? How long does it take to fall asleep after hearing a strange noise in the house? ACh from the laterodorsal tegmental nuclei, serotonin from the raphe nucleus of the RAS, and dopamine from the periaqueductal gray also contribute to arousal. The neuropeptides orexin-A and orexin-B, produced in the lateral hypothalamus, are also essential for regulating wakefulness, especially long periods of wakefulness (the all-nighter before an exam), and for suppressing REM sleep. Loss of orexin-producing neurons causes the sleep disorder narcolepsy, characterized by overwhelming drowsiness.

همه ما این را می‌دانیم. چه کسی می‌تواند به راحتی بخوابد، وقتی می‌داند که یک هواپیمای اولیه برای گرفتن دارد؟ کودکان چند شب کریسمس را با چرخاندن می‌گذرانند؟ بعد از شنیدن صدای عجیب در خانه چقدر طول می‌کشد تا به خواب بروید؟ ACH از هسته‌های تگمنتال لاترودورسال، سروتونین از هسته رافه RAS، و دوپامین از خاکستری دور قناتی نیز به برانگیختگی کمک می‌کنند. نوروپپتیدهای orexin-A و orexin-B که در هیپوتالاموس جانبی تولید می‌شوند، همچنین برای تنظیم بیداری، به‌ویژه دوره‌های طولانی بیداری (تمام شب قبل از امتحان) و برای سرکوب خواب REM ضروری هستند. از دست دادن نورون‌های تولید کننده اورکسین باعث اختلال خواب نارکولپسی می‌شود که با خواب آلودگی شدید مشخص می‌شود.

Homeostatic mechanisms kick in after periods of prolonged wakefulness, mediated by sleep-producing substances called somnogens. One such substance is adenosine, formed intracellularly or extracellularly by the breakdown of adenine nucleotides. Levels of adenosine increase as wakefulness is prolonged and decrease during sleep. Coffee is ubiquitous at exam time because it is an adenosine receptor antagonist, promoting wakefulness. The sleep-inducing system is made up primarily of the neurons from the preoptic area of the hypothalamus and adjacent basal forebrain neurons. These neurons project to the brainstem and to hypothalamic areas involved in the promotion of wakefulness, where they secrete the neurotransmitter GABA and a neuropeptide, galanin, to inhibit arousal.

مکانیسم‌های هومئوستاتیک پس از دوره‌های بیداری طولانی‌مدت، با واسطه‌ی موادی که خواب‌آور نامیده می‌شوند، به وجود می‌آیند. یکی از این مواد آدنوزین است که در داخل یا خارج سلولی از تجزیه نوکلئوتیدهای آدنین تشکیل می‌شود. سطح آدنوزین با طولانی شدن بیداری افزایش می‌یابد و در طول خواب کاهش می‌یابد. قهوه در زمان امتحان در همه جا حاضر است زیرا آنتاگونیست گیرنده آدنوزین است و باعث بیداری می‌شود. سیستم القای خواب عمدتاً از نورون‌های ناحیه پیش‌اپتیک هیپوتالاموس و نورون‌های قاعده‌ای جلو مغز مجاور تشکیل شده است. این نورون‌ها به ساقه مغز و نواحی هیپوتالاموس درگیر در ارتقای بیداری می‌رسند، جایی که انتقال‌دهنده عصبی GABA و یک نوروپپتید، گالانین، ترشح می‌کنند تا برانگیختگی را مهار کنند.

When we fall asleep, the brain passes through distinct brain states with typical patterns of EEG activity. We quickly pass through three increasingly deep levels of sleep until we reach the deepest sleep, Stage 4 non-rapid eye movement (NREM) sleep, where our brain waves are less frequent and have a higher amplitude (Table 14.1). Then, throughout the night, we cycle between rapid eye movement (REM) sleep, which has low-amplitude, more frequent brain waves, and NREM sleep with high-amplitude waves of low frequency (Figure 14.6). NREM sleep cycles become progressively less deep the longer we sleep. Normally, when NREM sleep shifts into REM sleep, there is a loss of muscle tone, preventing motor movement during REM sleep.

هنگامی‌که ما به خواب می‌رویم، مغز از حالت‌های مغزی متمایز با الگوهای معمولی فعالیت EEG عبور می‌کند. ما به سرعت از سه سطح عمیق و فزاینده خواب عبور می‌کنیم تا زمانی که به عمیق ترین خواب برسیم، مرحله ۴ خواب بدون حرکت سریع چشم (NREM)، که در آن امواج مغزی کمتر تکرار می‌شوند و دامنه بیشتری دارند (جدول ۱۴.۱). سپس، در طول شب، بین خواب حرکت سریع چشم (REM) که دارای امواج مغزی با دامنه کم و مکررتر است و خواب NREM با امواج با دامنه بالا با فرکانس پایین چرخه می‌کنیم (شکل ۱۴.۶). چرخه خواب NREM هر چه بیشتر بخوابیم به تدریج عمیق تر می‌شود. به طور معمول، هنگامی‌که خواب NREM به خواب REM تغییر می‌کند، تون عضلانی از دست می‌رود و از حرکت حرکتی در طول خواب REM جلوگیری می‌کند.

TABLE 14.1 Characteristics of Sleep Stages

جدول ۱۴.۱ ویژگی‌های مراحل خواب

جدول 14.1 ویژگی‌های مراحل خواب

شکل 14.6 مراحل خواب

FIGURE 14.6 Stages of sleep. Cycling sleep patterns seen over the course of a night’s sleep. Notice that early in sleep, NREM sleep is deeper and more prolonged.

شکل ۱۴.۶ مراحل خواب. الگوهای خواب دوچرخه سواری که در طول خواب شبانه مشاهده می‌شود. توجه داشته باشید که در اوایل خواب، خواب NREM عمیق تر و طولانی تر است.

We are now ready to revisit K.P. from the beginning of the chapter. Sleepwalking, also known as somnambulism, is a parasomnia, a sleep disorder that may involve abnormal movements, behaviors, emotions, perceptions, and dreams. While up to 17% of children may sleepwalk, only 2% to 4% of adults continue to do so (Mahowald & Schenck, 2005). Sleepwalking can be triggered by anxiety and emotional distress, fatigue, fever, and medications, including alcohol. It usually occurs after an abrupt, spontaneous, and incomplete arousal from NREM sleep in the first third of the sleep period (Figure 14.7).

اکنون آماده بازدید مجدد از K.P. از ابتدای فصل راه رفتن در خواب که به نام خواب‌گردی نیز شناخته می‌شود، یک پاراسومنیا، یک اختلال خواب است که ممکن است شامل حرکات، رفتارها، احساسات، ادراکات و رویاهای غیرطبیعی باشد. در حالی که تا ۱۷٪ از کودکان ممکن است راه رفتن در خواب را انجام دهند، تنها ۲٪ تا ۴٪ از بزرگسالان به این کار ادامه می‌دهند (Mahowald & Schenck, 2005). راه رفتن در خواب می‌تواند با اضطراب و ناراحتی عاطفی، خستگی، تب و داروها از جمله الکل تحریک شود. معمولاً پس از یک برانگیختگی ناگهانی، خود به خود و ناقص از خواب NREM در یک سوم اول دوره خواب رخ می‌دهد (شکل ۱۴.۷).

Sleepwalkers engage in automatic behaviors and lack conscious awareness or memory of the event. Their actions tend to be relatively harmless, such as moving objects or walking around the room, but sleepwalkers may also engage in very com- plex behaviors such as cooking or repairing things, or even more dangerous ones, such as riding a bike or driving a car. Such behaviors make it difficult to believe that sleepwalkers are not consciously aware of their actions, but the behaviors are never recalled upon awakening. Sleepwalkers cannot be awoken, and it can be dangerous to try: The sleepwalker may feel threatened by physical contact, triggering a fight- or-flight response-that is, automatic violent behavior. Sleepwalking violence includes incidents of assault, rape, and murder.

خوابگردها رفتارهای خودکار انجام می‌دهند و فاقد آگاهی یا حافظه آگاهانه از رویداد هستند. اعمال آنها نسبتاً بی ضرر است، مانند حرکت دادن اشیا یا راه رفتن در اطراف اتاق، اما خوابگردها ممکن است رفتارهای بسیار پیچیده ای مانند پخت و پز یا تعمیر چیزها، یا حتی رفتارهای خطرناک تر، مانند دوچرخه سواری یا رانندگی انجام دهند. ماشین چنین رفتارهایی باور این موضوع را دشوار می‌کند که خوابگردها آگاهانه از اعمال خود آگاه نیستند، اما این رفتارها هرگز پس از بیدار شدن به خاطر نمی‌آورند. خوابگردها را نمی‌توان بیدار کرد، و امتحان کردن آن می‌تواند خطرناک باشد: خوابگرد ممکن است در اثر تماس فیزیکی احساس خطر کند، که باعث واکنش جنگ یا گریز – یعنی رفتار خشونت آمیز خودکار – شود. خشونت راه رفتن در خواب شامل حوادث تجاوز، تجاوز و قتل است.

While it is commonly believed that sleep happens only at the level of the entire organism, new lines of evidence suggest that sleep can occur locally in subsets of neural circuitry, which may be awake only when their processing is required (Ray & Reddy, 2016; Vyazovskiy et al., 2011). Neuroimaging (Bassetti et al., 2000) and EEG (Terzaghi et al., 2009) have enabled researchers to see what is happening in the brain during sleepwalking episodes (Figure 14.8). It appears that half the brain is awake- the cerebellum, posterior cingulate cortex (important for monitoring functions), and brainstem-while the cortex, anterior cingulate cortex (important for cognitive control and emotional regulation), and cerebrum are asleep.

در حالی که معمولاً اعتقاد بر این است که خواب فقط در سطح کل ارگانیسم اتفاق می‌افتد، شواهد جدید نشان می‌دهد که خواب می‌تواند به صورت محلی در زیرمجموعه‌هایی از مدارهای عصبی رخ دهد، که ممکن است تنها زمانی بیدار باشند که پردازش آنها مورد نیاز باشد (Ray & Reddy, 2016; Vyazovskiy و همکاران، ۲۰۱۱). تصویربرداری عصبی (Bassetti et al., 2000) و EEG (Terzaghi et al., 2009) محققان را قادر می‌سازد تا ببینند در طول دوره‌های راه رفتن در خواب چه اتفاقی در مغز می‌افتد (شکل ۱۴.۸). به نظر می‌رسد که نیمی‌از مغز بیدار است – مخچه، قشر سینگولیت خلفی (برای نظارت بر عملکردها مهم است) و ساقه مغز – در حالی که قشر، قشر سینگولیت قدامی‌(برای کنترل شناختی و تنظیم هیجانی مهم است) و مخ در خواب هستند.

So, while the regions involved with control of complex motor behavior and emotion generation are active, those in the frontal lobe that are involved in planning, attention, judgment, inhibition of automatic responses, recognition of emotional expressions, and emotion regulation are asleep, along with the parietal association cortex. What- ever K.P. was aware of during his sleepwalking episode- whatever enabled him to drive a car and navigate-was not provided by or regulated by cortical processing.

بنابراین، در حالی که نواحی درگیر با کنترل رفتارهای حرکتی پیچیده و تولید احساسات فعال هستند، آن‌هایی که در لوب فرونتال درگیر برنامه‌ریزی، توجه، قضاوت، مهار پاسخ‌های خودکار، تشخیص عبارات هیجانی و تنظیم هیجان هستند، در خواب هستند. با قشر ارتباط آهیانه‌ای هرچه که باشد K.P. در طول دوره راه رفتن در خواب، از هر چیزی که او را قادر به رانندگی و مسیریابی می‌کرد، توسط پردازش قشر مغزی تهیه و تنظیم نشده بود.

رویداد راه رفتن در خواب رویداد راه رفتن در خواب قسمت دوم رویداد راه رفتن در خواب قسمت سوم

FIGURE 14.7 A sleepwalking episode.
A patient with a history of sleepwalking shows a very rapid progression (18 seconds) from lying in her bed in deep sleep (slow-wave NREM sleep) to having an abrupt spontaneous arousal, immediately followed by standing up and sleepwalking.

شکل ۱۴.۷ رویداد راه رفتن در خواب.
یک بیمار با سابقه راه رفتن در خواب پیشرفت بسیار سریعی (۱۸ ثانیه) از دراز کشیدن در تخت خود در خواب عمیق (خواب NREM با موج آهسته) به یک برانگیختگی خود به خودی ناگهانی نشان می‌دهد که بلافاصله پس از ایستادن و راه رفتن در خواب انجام می‌شود.

گگشکل 14.8 یافته‌های تصویربرداری عصبی در طول راه رفتن در خواب

FIGURE 14.8 Neuroimaging findings during sleepwalking. Areas in red indicate 25% more blood flow during a sleepwalking episode than in quiet Stages 3 to 4 NREM sleep in cerebellum (a) and posterior cingulate cortex (b). (c, d) Areas in yellow are deactivated during sleepwalking compared to normal wakeful volunteers. Large areas of frontal and parietal association cortices remain deactivated during sleepwalking.

شکل ۱۴.۸ یافته‌های تصویربرداری عصبی در طول راه رفتن در خواب. نواحی قرمز نشان دهنده ۲۵ درصد جریان خون بیشتر در طول دوره راه رفتن در خواب نسبت به مراحل آرام ۳ تا ۴ خواب NREM در مخچه (a) و قشر سینگولیت خلفی (b) است. (ج، د) مناطق زرد در هنگام راه رفتن در خواب در مقایسه با داوطلبان عادی بیدار غیرفعال می‌شوند. مناطق بزرگی از قشرهای ارتباطی فرونتال و آهیانه‌ای در طول راه رفتن در خواب غیرفعال می‌مانند.

TAKE-HOME MESSAGES

پیام‌های اصلی

▪️ Sleep and arousal are regulated by a complex interplay of excitatory and inhibitory neurotransmitters, neuropeptides, and hormones released by structures located in the basal forebrain, hypothalamus, and brainstem.

▪️خواب و برانگیختگی توسط یک فعل و انفعال پیچیده از انتقال‌دهنده‌های عصبی تحریکی و مهاری، نوروپپتیدها و هورمون‌های آزاد شده توسط ساختارهای واقع در پیش‌مغز قاعده‌ای، هیپوتالاموس و ساقه مغز تنظیم می‌شوند.

▪️ The suprachiasmatic nucleus (SCN) in the hypothalamus acts as the body’s circadian pacemaker.

▪️ هسته سوپراکیاسماتیک (SCN) در هیپوتالاموس به عنوان ضربان ساز شبانه روزی بدن عمل می‌کند.

▪️ Throughout the night, sleep cycles between REM sleep with short-amplitude and more frequent brain waves and NREM sleep with high-amplitude waves that are less frequent. The deepest sleep occurs early in the sleep cycle.

▪️ در طول شب، چرخه خواب بین خواب REM با امواج مغزی با دامنه کوتاه و پرتکرارتر و خواب NREM با امواج با دامنه بالا که فراوانی کمتری دارند. عمیق ترین خواب در اوایل چرخه خواب اتفاق می‌افتد.

▪️During sleepwalking, the brain areas that mediate cognitive control and emotional regulation are asleep.

▪️ در طول راه رفتن در خواب، نواحی مغزی که واسطه کنترل شناختی و تنظیم هیجانی هستند، خواب هستند.

کپی بخش یا کل این مطلب «آینده‌‌نگاران مغز» تنها با کسب مجوز مکتوب امکان‌پذیر است.

» کتاب علوم اعصاب شناختی گازانیگا
»» قسمت دوم: ادامه فصل مسئله آگاهی

» کتاب علوم اعصاب شناختی گازانیگا
»» فصل قبل: فصل شناخت اجتماعی

»» فصل اول: فصل تاریخچه مختصری از علوم اعصاب شناختی

» کتاب علوم اعصاب شناختی گازانیگا
»» تمامی کتاب