B a R a N
مدير ارشد تالار
همانطور که در مطلب قبل گفتیم ، خواب یکی از مهم ترین کارهایی است که در طول شبانه روز باید انجام شود. در صورتی که میزان خواب شما کافی نباشد ، تاثیرات منفی زیادی بر روی بدن شما می گذارد ، مغز انسان به خواب نیاز حیاتی دارد.
هفته پیش در چنین روزی شام چه خوردید؟ به احتمال زیاد دقیقا به یاد نمی آورید، اما جالب است که مدت کوتاهی پس از صرف هر وعده غذایی می توانید محتویات بشقاب تان را با تمام جزئیات به خاطر آورید. در این میان چه اتفاقی روی می دهد. آیا خاطراتی از این دست، کم کم محو می شوند یا به طور ناگهانی از بین می روند؟خاطرات دیداری مثل بشقاب غذا در حافظه دیداری (visual memory) ذخیره می شود. ذهن ما از حافظه تصویری برای ساده ترین عملکردها استفاده می کند.
مثلاً برای یادآوردن چهره کسی که بتازگی دیده ایم، از این حافظه بهره می بریم. بدون حافظه دیداری، قادر به ذخیره آنچه دیده ایم و بازیابی آن در آینده نخواهیم بود.
ظرفیت حافظه تصویری انسان با برخی توانایی های شناختی مهم تر نظیر موفقیت درسی، هوش سیال (توانایی حل مسائل به شکلی نوآورانه) و درک کلی ارتباط تنگاتنگ دارد.
درک این که چگونه حافظه دیداری، عملکردهای ذهنی را تسهیل و از سویی محدودیت ایجاد می کند، مفید خواهد بود. با این که مدت هاست این پرسش های مهم مطرح است، اما هنوز در آغاز راه پاسخگویی به آن هستیم.
خاطراتی نظیر وعده های غذایی در حافظه دیداری کوتاه مدت ـ بویژه در نوعی حافظه تصویری با نام حافظه عملکرد دیداری (visual working memory) ـ ذخیره می شود.
این نوع حافظه جایی است که تصاویر وقتی مغز در حال کار روی چیزهای دیگر است، به صورت موقت در آن ذخیره می شوند؛ درست مثل تخته سیاهی که چیزهایی به صورت خلاصه روی آن نوشته و سپس پاک می شود.
هنگام یادآوری مطالب مختلف در فواصل زمانی کوتاه (مثلا وقتی یک دانشجو، نکاتی را که استاد روی تخته سیاه نوشته در دفترش وارد می کند) از حافظه عملکرد دیداری استفاده می شود.
حال این پرسش مطرح است: این خاطرات چه وقت پاک می شوند و وقتی پاک می شوند، آیا ردپایی از خود بر جای می گذارند یا اصلا چیزی باقی نمی ماند؟ اگر خاطرات کوتاه مدت تصویری کم کم حذف شود، باقیمانده این خاطرات باید قابل بازخوانی باشد، ولی اگر بکلی پاک شود، به هیچ وجه نمی توان آن را بازخوانی کرد.
بتازگی پژوهشگران به مطالعه ای در این زمینه دست زده اند. در این پژوهش، از افراد شرکت کننده خواسته شد سه مربع رنگی چشمک زن را مدتی کوتاه روی نمایشگر مشاهده کنند سپس از آنها خواسته شد رنگ هر مربع را بگویند. بعد از یک، چهار و ۱۰ثانیه، بار دیگر این مربع ها ظاهر شده، اما این بار فقط مربع های سیاه با حاشیه سفید دیده می شد. از شرکت کنندگان خواسته شد کار ساده ای انجام دهند و رنگ یکی از مربع ها را به یاد آورند. البته شرکت کنندگان از قبل نمی دانستند، رنگ کدام مربع پرسیده می شود.
این پژوهشگران فرض را بر این گذاشته بودند که عملکرد حافظه دیداری در این بازه های زمانی (یک، چهار یا ۱۰ ثانیه) کارکرد این حافظه را بیشتر نمایان کند.
اگر خاطرات کوتاه مدت دیداری کم کم از بین بروند، دقت شرکت کنندگان در یادآوری رنگ ها حتی پس از بازه زمانی طولانی تر باید زیاد بماند و فقط اندکی با رنگ اصلی مربع تفاوت داشته باشد، ولی اگر خاطرات یکباره از بین رود، شرکت کنندگان باید بتوانند پاسخ های دقیقی بیان کنند و بعد از این که بازه زمانی طولانی شد، فقط به حدس های خود تکیه کنند و نتوانند رنگ مورد نظر را به خاطر آورند.
نتیجه آزمایش این شد که شرکت کنندگان پاسخ بسیار دقیقی می دادند یا فقط آن را حدس می زدند. یعنی رنگ مربع را بدقت به خاطر می آوردند یا کاملا آن را فراموش کرده بودند.
ذهنشان درست همانند فایل های موجود در رایانه عمل می کرد. یک فایل متنی در گذر زمان از تعداد حرف هایش کم نمی شود و یک تصویر دیجیتال هم بعد از گذشت زمان، زرد نمی گردد و تا وقتی از روی رایانه حذف نشده، کامل باقی می ماند.
البته این مطلب برای خاطرات صادق نیست. دانشمندان ام.آی.تی و دانشگاه هاروارد به این یافته رسیدند که اگر یک خاطره آنقدر دوام بیاورد که به «حافظه بلندمدت دیداری» بدل شود، حذف کلی آن، امری ناممکن است.
این دانشمندان به گروهی از شرکت کنندگان، ۳۰۰۰ تصویر از مناظر مختلف نظیر امواج اقیانوس، زمین گلف یا پارک بازی نشان دادند سپس به این شرکت کنندگان ۲۰۰ جفت عکس نشان داده شد.
هر جفت از عکس ها شامل یکی از عکس هایی که قبلا نشان داده شده بود و یک عکس جدید بود. از شرکت کنندگان خواسته شد بگویند کدام عکس جدید است.
شرکت کنندگان در این مطالعه در تعیین عکس جدید و قدیمی بسیار دقیق عمل کردند و در ۹۶درصد از موارد، پاسخ درست بود. به عبارت دیگر، با این که می بایست ۳۰۰۰ عکس به یاد آورده می شد، این کار را به بهترین نحو انجام دادند.
با این حال مشخص شد که این افراد، تنها در مواردی که عکس جدید و قدیم به دو منظره متفاوت تعلق داشت (مثلا یک زمین گلف در کنار یک پارک بازی) بخوبی عمل می کردند.
برای تعیین میزان دقت این خاطرات، پژوهشگران به بررسی مواقعی پرداختند که دو عکس نشان داده شده به یک منظره (مثلا دو پارک بازی متفاوت) تعلق داشت.
از آنجا که دو عکس از یک منظره، تفاوت کمتری نسبت به مواقعی داشتند که دو عکس از دو منظره مختلف بودند، شرکت کنندگان تنها زمانی می توانستند تفاوت ها را تشخیص دهند که جزئیات بسیاری را از تصاویری که دیده بودند، به یاد می آوردند.
همان طور که انتظار می رفت، عملکرد شرکت کنندگان در تشخیص تفاوت تصاویری که در یک گروه جای داشتند، ضعیف تر بود، ولی چندان هم کم نبود.
در ۸۴ درصد موارد، آنها پاسخ درست داده بودند. در واقع، وقتی آزمایش کنندگان، تعداد تصاویری را که شرکت کنندگان می بایست ابتدا برای هر منظره به یاد می آوردند، افزایش دادند، عملکرد مطلوبی در تشخیص تصاویر جدید از قدیمی داشتند و فقط اندکی از کارایی آنان کاسته شد.
لحظاتی که خوابیده ایم مغز به فعالیتی مشغول است که نقش کلیدی در فعالیت های خلاقانه دارد، مغز خود را
ویرایش می کند و گاه اطلاعات بسیاری را دور می ریزد
کاهش کارایی حافظه، در کنار این مطلب که خاطرات ما جزئیات فراوانی دارند، نشان می دهد که این خاطرات تصویری (photographic) نیستند.
این دو آزمایش مجزا متناقض به نظر می رسد. چرا ما می توانیم در برخی موارد، آن حجم زیاد از تصاویر را با جزئیات فراوان به خاطر آوریم اما نمی توانیم چند تصویر دیگر را پس از چند ثانیه به خاطر آوریم؟ چه چیزی تعیین کننده جای گیری یک تصویر در حافظه بلند مدت یا کوتاه مدت است؟
پژوهشگران دانشگاه هاروارد و ام.آی.تی اخیرا بیان کرده اند که عامل اساسی، معنادار بودن تصاویر به یادآورده شده است. یعنی این که آیا محتوای تصاویری که می بینیم به دانش قبلی ما در مورد آنها اتصال می یابد یا خیر.
در آزمایش اول، شرکت کنندگان سعی می کردند رنگ های بی معنا و بی ربط را به یاد آورند، لذا ارتباطی با دانش قبلی شان ایجاد نمی شد. مثل این که قبل از این که بتوانید نوشته های روی تابلو را در دفتر خود یادداشت کنید، همه شان پاک می شوند، ولی در آزمایش دوم، شرکت کنندگان تصاویری می دیدند که قبلا در مورد آنها اطلاعات معناداری داشتند؛ مثلا این که چرخ و فلک در چه ارتفاعی نسبت به زمین قرار می گیرد.
این دانش قبلی، سبب تغییر نحوه پردازش این تصاویر می گردد و در نهایت باعث می شود، هزاران عدد از آنها از تخته سیاه حافظه کوتاه مدت به مخزن بزرگ حافظه بلندمدت منتقل و در آنجا با دقت فراوان ذخیره شود.
با کنار هم قرار دادن این دو آزمایش می توان گفت چرا خاطرات به طور یکسان از بین نمی روند و برخی خاطرات هرگز از یاد نمی روند. همین مساله نشان می دهد که چرا در یادآوری برخی خاطره ها ناتوان هستیم و برخی خاطره های دیگر را با دقت زیاد به یاد می آوریم.
پیکسل های اشباع شده
یادگیری وقتی روی می دهد که یک تجربه (مثل گوش کردن به یک موسیقی جدید یا گردش در شهری ناآشنا) الگویی جدید به گروهی از نورون ها (رشته های عصبی) می دهد.
این الگوها سبب تغییر ارتباط بین سلول ها می شود؛ یعنی پیوند بین نورون هایی که با یکدیگر فعالیت می کنند، قوی تر و پیوند نورون های غیرمرتبط ضعیف می شود.
به این صورت، سلول ها از نظر عملکردی به هم پیوسته می شوند. پیوند میان نورون هایی خاص، سبب حفظ قسمتی از یک تجربه (خاطره) می شود.
هنگام خواب، این تجربه بارها و بارها تکرار می شود و سبب تغییرات سلولی و تثبیت آن الگوی خاص از ارتباطات عصبی می شود و در نتیجه، آن تجربه خاص بیش از پیش در حافظه جای می گیرد.
روان شناسان حدود یک دهه قبل، خواب را تکرار یادگیری روزانه می دانستند، اما تونونی ایراداتی در این دیدگاه یافته است.
وی می گوید: اگر اتصالات نورون ها (سیناپس ها) در طول روز و شب های متوالی، محکم تر و قوی تر شود، در نهایت اشباع می شوند. درست مثل پیکسل های اشباع شده در یک تصویر بسیار روشن که وقتی تعداد سیناپس های یکسان به نهایت خود می رسد، اطلاعات چندانی تولید نمی کند در این صورت، مغز دیگر فضایی برای ذخیره اطلاعات نخواهد یافت.
این پژوهشگر، برخی ویژگی های امواج مغزی را ـ که او و بسیاری دیگر از پژوهشگران در افراد در حال خواب به دست آورده اند ـ ذکر می کند. مدت های زیادی است که دانشمندان، خواب با امواج آهسته (slow wave sleep) را می شناسند. این نوع خواب، نوعی حالت استراحت است و بیدار کردن افراد در این مرحله، سخت تر از سایر مراحل است. این نوع خواب ضروری و بازسازنده است.
تونونی به دو پدیده دیگر نیز اشاره می کند؛ اول این که وقتی افراد از خواب با امواج آهسته محروم می شوند، بعدها آن را با مراحل شدیدتر و طولانی تر از همین نوع خواب جبران می کنند.
در ضمن او به این نتیجه رسید که شدت این نوع خواب عمیق ـ که با استفاده از بزرگی امواج مغزی تعیین می شود ـ با طی زمان در شب کم می شود. این دو پدیده، از نظر او نوعی هم ایستایی بود.
بین این دو نیروی مخالف، نوعی رقابت وجود دارد که به تعادل در سیستم زیستی می انجامد. خواب با امواج آهسته مغز را به سمت نوعی تعادل سوق می دهد و بیدار ماندن سبب برهم خوردن این نوع تعادل می شود.
تونونی بررسی کرد که کدام فرآیند زیست شناختی، دلیل تغییرات در خواب با امواج آهسته است. شدت این نوع خواب با قدرت سیناپس ها رابطه دارد.
وقتی نورون ها با هم فعالیت می کنند، این اتصالات عصبی به صورت هماهنگ فعال می شوند. جریان الکتریکی که در میان آنها جریان دارد، سیگنال امواج آهسته را تولید می کند که توسط الکترودهای متصل به سر افراد ثبت می شود.
تونونی نتیجه گیری می کند که بیدار ماندن سبب تکثیر یا تقویت سیناپس ها می شود و شدت اولیه این خواب با امواج آهسته نشان دهنده قدرت این شبکه های سلولی است بنابراین تضعیف یا درهم شکسته شدن سیناپس ها، دلیل کاهش سیگنال های خواب در طول شب است.
این پژوهشگر برای دفاع از این فرضیه ـ که خودش آن را هم ایستایی سیناپسی (synaptic homeostasis) می نامد ـ تصمیم گرفت تفاوت سیناپس ها را بین حالت بیداری و خواب بررسی کند. در پژوهشی که نتایج آن در سال ۲۰۰۸ منتشر شد، او و همکارانش بافت هایی را که از مغز موش های بیدار و خوابیده گرفته بودند، در آزمایشگاه کشت دادند.
در نمونه های بافتی، پژوهشگران از پادتن های رادیواکتیو برای انتخاب و علامت گذاری برخی پروتئین های خاص ـ که فقط در سیناپس ها موجود است ـ استفاده کردند. نتیجه آن شد که بسیاری از پروتئین ها در موش های خوابیده، بسیار کمتر از موش های بیدار بود.
این پژوهشگران نتیجه گرفتند که تعداد سیناپس ها در مغز خوابیده کمتر است یا این سیناپس ها چندان امکان ارتباط موثر را ندارند و به کلامی دیگر، ضعیف تر هستند.
پژوهشی که سال ۲۰۱۰ از سوی برخی دانشمندان دانشگاه ییل صورت گرفت، تائید دیگری بر این فرضیه بود. این تیم پژوهشی با همکاری تونونی به بررسی فعالیت الکتریکی تک نورون ها در قطعات بافت مغزی به دست آمده از موش های خواب و بیدار پرداخت.
نورون ها به صورت مرتب از طریق جریان های الکتریکی کوچکی که به سیناپس های خود می فرستادند، با یکدیگر ارتباط برقرار می کردند.
هر قدر سیناپس ها قوی تر بودند، جریان بیشتری به آنها فرستاده می شد. نورون های موش هایی که بیدار بودند، جریان بیشتری نسبت به موش هایی که خواب بودند، داشتند.
به عبارتی، نورون های مغزی در حال خواب با سیناپس های کمتر یا ضعیف تری به هم متصل هستند. این نتیجه نشان می دهد که در چرخه روز و شب، مغز حالت هایی از اتصال نورونی قوی و ضعیف را تجربه می کند.
مگس های بی خواب
اگر خواب سبب تغییر شکل سیناپس ها می شود، پژوهشگران باید بتوانند نشانه های ساختاری این تغییر را مشاهده کنند.
سیناپس هایی که نورون ها از طریق آنها ارتباط برقرار می کنند، ممکن است از نظر تعداد و اندازه با هم متفاوت باشند.
هر قدر تعداد سیناپس ها بیشتر باشد و این سیناپس ها بزرگ تر باشد، اطلاعات بیشتری در قالب جریان الکتریکی بین دو نورون انتقال می یابد. دانشمندان با اتصال مواد درخشنده به پروتئین هایی که در دو طرف سیناپس هستند، می توانند سیناپس ها را مشاهده کنند.
سال ۲۰۱۱ تونونی همراه دو دانشمند عصب شناس، اندازه و تعداد سیناپس های موجود در مغز مگس سرکه را تعیین کردند.
آنها تعدادی از این مگس ها را با قراردادن در جعبه ای چرخان، مجبور به بیدار ماندن کردند. هدف آزمایش این بود که ببینند محرومیت از خواب، سبب تضعیف سیناپس ها می شود یا خیر.
نتیجه آزمایش این بود که مگس های محروم از خواب، سیناپس های زیادتر و بزرگ تری داشتند. در برخی موارد، سیناپس های مغز مگس های سرکه محروم از خواب، دو برابر سیناپس های مغز مگس های سرکه معمولی بود.
تونونی و همکارانش این آزمایش را با موش ها هم انجام دادند. در این آزمایش، نورون های موجود در کورتکس مغز موش، با نشانگر های فلورسنت نشانه گذاری شدند و پژوهشگران می توانستند رشد یا تضعیف قسمتی از نورون را که در آنجا سیناپس ها ساخته می شوند، مشاهده کنند.
پژوهشگران مشاهده کردند، تعداد کل سیناپس ها در واحد حجم هنگام بیداری افزایش می یافت و تا وقتی موش ها از خواب محروم بودند، این تعداد همچنان زیاد باقی می ماند و مدت کوتاهی پس از این که موش ها اجازه خواب می یافتند، کاهش می یافت.
اثرات خواب
نظریه هم ایستایی سیناپسی، از جذابیت های زیادی برخوردار است، اما برای این که این نظریه دلیل اصلی خواب مطرح شود، پژوهش های دیگری نیز باید صورت گیرد تا اثرات ناشی از تضعیف سیناپس ها بر یادگیری، حافظه و ادراک روشن تر گردد.
اگر این شواهد یافت شود، اندیشه های تونونی اطلاعات بسیاری را به دانسته های فعلی ما درباره خواب خواهد افزود.
همه به طور غریزی می دانیم که خواب، سبب تجدید قوا می شود. قطعات ادبی زیادی برای بیان این مفهوم در طول سالیان شکل یافته است. شکسپیر در نمایشنامه مکبث، خواب را «بازکننده رشته های درهم بافته ذهن» خواند.
احتمالا او نمی دانست که مغز ما، با باز کردن برخی رشته هایی که در طول روز در هم بافته، تجدید قوا می کند تا به این ترتیب بتوانیم روزی دیگر را برای آموختن آغاز کنیم.