سباستین سونگ: من یعنی کانکتوم من

ما در زمانه فوق العاده ای زندگی میکنیم، عصر ژنومیکس. ژنوم شما تمام توالی دی. ان. ای. شماست. توالی شما و توالی من اندکی از هم متفاوت اند. برای همین هم هست که من و شما ظاهر متفاوتی داریم. من چشمانی قهوه ای دارم. چشمان شما ممکن است آبی یا خاکستری باشند. اما تمام مساله این اندازه ظاهری هم نیست. هر روز از اخبار میشنویم که ژن ها میتوانند منجر به بیماری های خطرناکی در ما شوند، یا حتی در شکل گیری شخصیت ما نقش داشته باشند، یا موجب اختلالات روانی در ما شوند. به نظر میرسد ژن های ما نقش عمیقی در سرنوشت ما داشته باشند. اما همچنان من اصرار دارم که تصور کنم من چیزی بیشتر از ژن هایم هستم. شما چه فکر میکنید؟ آیا شما چیزی بیشتر از ژن هایتان هستید؟ (باشندگان: بله.) بله؟ فکر میکنم بعضی از شما هم با من هم عقیده اید. فکر میکنم ما باید این را با قاطعیت بیان کنیم. و فکر میکنم حتی باید این را همه با هم فریاد بزنیم. بسیار خوب: "من چیزی بیش از ژن هایم هستم" -- همه باهم. همه: من چیزی بیش از ژن هایم هستم. (تشویق) سباستین سونگ: پس من یعنی چه؟ (خنده) من یعنی کانکتوم من. حالا چون شما شنوندگان خیلی خوبی هستید، میتوانید من رو خوشحال کنید و این را هم همه با هم بگویید. (خنده) خوب. حالا همه با هم. همه: من یعنی کانکتوم من. سباستین سونگ: عالی بود. انقدر شما آدم های باحالی هستید که حتی نمیدونید کانکتوم چیست، اما حاضرید من رو همراهی کنید. فکر میکنم کاری که میخواستم رو کردم و همین حالا میتونم برگردم!

بسیار خوب، تا این لحظه تنها یک کانکتوم شناخته شده است، کانکتوم این کرم کوچک. سامانه عصبی جمع و جور این کرم تنها از ۳۰۰ نورون ساخته شده است. و در دهه های ۱۹۷۰ و ۸۰، گروهی از دانشمندان تمامی ۷۰۰۰ اتصال میان این نورون ها را نقشه برداری کردند. در این نمودار، هر گره یک نورون است، و هر خط یک اتصال. و این کانکتوم این کرم کوچک یعنی سی. الگانس است. کانکتوم شما بس پیچیده تر از این است، چرا که مغز شما از ۱۰۰ میلیارد نورون ساخته شده و تعداد اتصالات آن ۱۰،۰۰۰ برابر بیشتر است. یک نمودار شبیه این برای مغز شما هم وجود دارد، اما به هیچ طریقی ممکن نیست در این صفحه بگنجد. تعداد اتصالات کانکتوم شما یک میلیون برابر بیشتر است از تعداد حروف ژنوم شما. و این یعنی انبوهی از اطلاعات.

در این انبوه اطلاعات چه چیزی نهفته ست؟ هنوز کسی به طور قطع نمیداند، اما نظریه هایی وجود دارند. از قرن نوزدهم، عصب شناسان گمانه زنی هایی در این زمینه کرده اند که شاید خاطرات شما -- اطلاعاتی که باعث شده اند شما، شما باشید -- شاید خاطرات شما در این اتصالات میان نورون های مغز شما نگهداری میشوند. و احتمالا جنبه های دیگری از هویت شخصی شما -- شاید شخصیت و خرد شما -- شاید آن ها هم در اتصالات میان نورون های شما رمز شده باشند. حالا متوجه میشوید که چرا این فرضیه را پیشنهاد کردم که: من یعنی کانکتوم من. از شما نخواستم که فریادش بزنید چون لزوما درست است، تنها از شما میخواهم که آن را بخاطر بسپارید. در واقع، ما نمیدانیم آیا این فرضیه صحت دارد یا نه، چون هرگز فناوری های لازم برای آزمودن آن را در اختیار نداشته ایم. نقشه برداری کانکتوم آن کرم نیازمند بیش از یک دهه کار طاقت فرسا بود. و برای یافتن کانکتوم مغزهایی شبیه مغز ما نیاز به فناوری هایی بس پیچیده تر داریم، که خودکار هستند، و فرآیند نقشه برداری کانکتوم ها را سرعت میبخشند. در چند دقیقه آینده در مورد برخی از این فناوری ها صحبت میکنم. فناوری هایی که اکنون در آزمایشگاه من و همکارانم در حال توسعه هستند.

احتمالا شما تصویر نورون ها را قبلا دیده اید. نورون ها را میتوان به راحتی از روی اشکال خارق العاده شان شناخت. نورون ها شاخه های بلند و نازکی دارند، و شبیه درخت هستند. اما این تنها یک نورون است. برای یافتن یک کانکتوم، بایستی تمام نورون ها را همزمان ببینیم. اجازه بدهید بابی کاستوری را به شما معرفی کنم. بابی در آزمایشگاه جف لیکمن در دانشگاه هاروارد کار میکند. چیزی که در دست بابی میبینید برش های بسیار نازکی از مغز موش است. برای مشاهده همزمان تمام شاخه های نورون ها نیاز به قدرت تفکیکی داریم که در بزرگنمایی ۱۰۰،۰۰۰ به دست می آید. تنها مشکل اینجاست که حتی در این بزرگنمایی ممکن است نتوان آن ها را تشخیص داد، و این به این دلیل است که باید با دید سه بعدی به آن ها نگاه کنیم.

اگر بتوانیم تصاویر بسیاری از تعداد زیادی برش مغز بگیریم و آن ها را روی هم پشته کنیم، به یک تصویر سه بعدی دست خواهیم یافت. اما همچنان نمیتوان شاخه ها را تشخیص داد. پس از بالا شروع میکنیم، و سطح مقطع یک شاخه را با رنگ قرمز پر میکنیم، و این کار را برای برش بعدی هم انجام میدهیم، و برش بعدی هم. و این کار را تکرار میکنیم، برش بعد از برش. اگر این کار را برای تمام برش های یک پشته انجام دهیم، میتوانیم شکل سه بعدی قطعه کوچکی از شاخه ای از یک نورون را بازسازی کنیم. و میتوانیم این کار را برای یک نورون دیگر به رنگ سبز انجام دهیم. همانطور که میبینید نورون سبز رنگ با نورون قرمز رنگ در دو نقطه تماس پیدا میکند و این نقاط همان سیناپس ها هستند.

بد نیست یک سیناپس را در بزرگنمایی بالاتری ببینیم. سعی کنید به سطح داخلی نورون سبز دقت کنید. احتمالا میتوانید دایره های کوچکی را مشاهده کنید. این ها همان کیسه چه ها یا وزیکول ها هستند. کیسه چه ها حاوی انتقال دهنده های عصبی هستند. هنگامی که نورون سبز رنگ بخواهد پیامی را به نورون قرمز مخابره کند، مقادیری انتقال دهنده عصبی ترشح میکند. اصطلاحا گفته میشود که دو نورون با یکدیگر در سیناپس تماس میگیرند، مانند دو دوستی که تلفنی با هم حرف میزنند.

پس یاد گرفتید که سیناپس ها را چگونه ردیابی کنید. حال، چطور میتوان تمام یک کانکتوم را پیدا کرد؟ ساده است، باید این پشته سه بعدی از تصاویر را برداریم و با آن به سان یک کتاب رنگ آمیزی غول آسا برخورد کنیم. بایستی هر نورون را با رنگ متمایزی رنگ آمیزی کنیم، به مجموعه این تصاویر نگاه کنیم، سیناپس ها را بیابیم، و به رنگ هر دو نورونی که در هر سیناپس شریک اند توجه کنیم. اگر این کار را برای تمام این پشته از تصاویر انجام دهیم، میتوانیم یک کانکتوم را نقشه برداری کنیم.

تا اینجا، مبانی نورون ها و سیناپس ها را یاد گرفتید. گمان میکنم آماده باشیم تا با یکی از مهم ترین پرسش ها در نوروساینس برخورد کنیم: مغز مردان و زنان چه تفاوت هایی با هم دارند؟ (خنده) به گفته این کتاب رشد شخصیت، مغز پسرها شبیه ویفر است؛ آن ها زندگی شان را در جعبه هایی طبقه بندی میکنند. مغز دخترها شبیه ماکارونی است؛ همه چیز در زندگی آن ها به همه چیز ارتباط دارد! (خنده) حالا شما به این میخندید، اما این کتاب زندگی من را دگرگون کرد! (خنده) ولی بی شوخی، این توصیف چه ایرادی دارد؟ شما دیگر الان به اندازه کافی میدانید تا جواب من را بدهید. چه ایرادی دارد؟ مهم نیست که شما پسر باشید یا دختر، مغز همه مثل ماکارونی است. یا حتی رشته های ورمیشل خیلی نازک با شاخه های زیاد. درست همانطور که یک رشته ماکارونی با رشته های زیاد دیگری در بشقاب شما تماس دارد، یک نورون هم نورون های بسیار زیاد دیگری را از طریق شاخه های در هم پیچیده شان لمس میکند. یک نورون میتواند به تعدادی چنان زیاد از نورون های دیگر وصل باشد، زیرا در هر یک از نقاط تماس میتواند یک سیناپس تشکیل دهد. با این همه جزئیات ممکن است چشم انداز کلی را گم کرده باشید. تصویر کلی اینکه این مکعب از بافت مغز واقعا چه اندازه است.

بد نیست چند مقایسه انجام دهیم تا متوجه شوید. تاکید میکنم، این مکعب بسیار کوچک است. هر یال تنها ۶ میکرون. این همان مکعب است در کنار یک نورون کامل. و میبینید که در واقع تنها کوچکترین قطعات هر شاخه در درون این مکعب قرار دارند. و یک نورون، خوب مسلما کوچکتر از مغز است. و این تنها مغز یک موش است. که بسیار کوچکتر از مغز انسان است. گاهی وقتی این را به دوستانم نشان میدهم، به من پیشنهاد میدهند که «میدونی سباستین، بد نیست بیخیال شی. نوروساینس به جایی نمیرسه!» چرا که اگر به مغز با چشم غیرمسلح نگاه کنید، هرگز عمق پیچیدگی آن را نمیبینید، اما اگر از یک میکروسکوپ استفاده کنید، در نهایت، پیچیدگی پنهان آن آشکار میشود.

در قرن هفدهم، فیلسوف و ریاضیدان، بلیز پاسکال، از ترس خود از بینهایت نوشت، احساسش در مورد بیهودگی اندیشیدن به دوردست های فضای بیکران. اما به عنوان یک دانشمند، من قرار نیست از احساساتم صحبت کنم. ..استاد خیلی حرف میزنید! (خنده) ولی آیا اجازه دارم؟ (خنده) (تشویق) من بسیار کنجکاوم، و در شگفتی غوطه میخورم، اما گاهی هم نا امید و درمانده میشوم. چرا تصمیم گرفتم این اندام را مطالعه کنم؟ اندامی که پیچیدگی زیبا و خیره کننده ای دارد اما همزمان ممکن است بینهایت باشد. احمقانه نیست؟ ما چطور جرأت میکنیم حتی فکر کنیم که روزی ممکن است پیچیدگی اش را درک کنیم؟

اما من دن کیشوت وار در این تلاش آرمانگرایانه پافشاری میکنم. و در واقع، این روزها امید های تازه ای در ذهن میپرورم. یک روز، یک ناوگان بزرگ از میکروسکوپ ها هر نورون و هر سیناپس را در دریای عظیمی از عکس ها تصویر میکنند. و یک روز، ابررایانه های هوشمند این تصاویر را بدون کمک انسان پردازش میکنند و آن ها را در یک کانکتوم خلاصه میکنند. نمیدانم، ولی امیدوارم زنده باشم تا آن روز را ببینم. چرا که یافتن یک کانکتوم کامل انسان یکی از بزرگترین چالش های فناوری تاریخ است. و برای موفقیت نیاز به تلاش نسل ها دارد. در زمان حاضر، آنچه من و همکارانم برایش تلاش میکنیم هدفی بسیار فروتنانه تر از این است -- یافتن کانکتوم های جزئی از قطعات کوچکی از مغز موش و انسان. و تنها همین برای آزمون های اولیه این فرضیه کافی است که من، یعنی کانکتوم من. اکنون اجازه دهید شما را متقاعد کنم که این فرضیه ای معقول است، و در واقع ارزش دارد جدی گرفته شود.

هنگامی که شما در کودکی رشد میکنید، و در بزرگسالی پا به سن میگذارید، هویت شخصی شما به آهستگی دستخوش تغییر میشود. به همین صورت، هر کانکتوم نیز در طول زمان دگرگون میشود. چه دگرگونی هایی رخ میدهند؟ نورون ها همانند درختانی، میتوانند شاخه های جدید بر آورند، و شاخه های کهنه را از دست بدهند. سیناپس ها میتوانند شکل بگیرند، و میتوانند از بین بروند. و سیناپس ها میتوانند بزرگتر شوند، یا کوچکتر شوند. پرسش دوم: چه چیزی موجب این دگرگونی ها میشود؟ خب، درست است. این تغییرات تا اندازه ای توسط ژن ها برنامه ریزی میشوند. اما این تمام داستان نیست، چرا که سیگنال هایی وجود دارند، سیگنال های الکتریکی، که شاخه های نورون ها را طی میکنند و سیگنال های شیمیایی که از شاخه ای به شاخه دیگر میپرند. مجموعه این سیگنال ها را فعالیت مغزی مینامند. و شواهد بسیاری وجود دارد که فعالیت مغزی افکار ما، احساسات و ادراک ما و تجربیات ذهنی ما را رمز میکند. و شواهد بسیاری وجود دارد که فعالیت مغزی اتصالات مغز را دگرگون میکند. و اگر این دو دانسته را کنار هم بگذاریم، نتیجه میشود که تجربیات شما میتوانند کانکتوم شما را دگرگون کنند. و از این روست که هر کانکتوم یگانه است، حتا کانکتوم دوقلوهای همسان. کانکتوم جایی ست که «سرشت» و «پرورش» یکدیگر را ملاقات میکنند. و ممکن است درست باشد که فکر کردن به تنهایی میتواند کانکتوم شما را تغییر دهد -- ایده ای که میتواند انگیزه بخش باشد.

در این تصویر چه میبینید؟ ممکن است بگویید جریان خنک و تازه آب. دیگر چه میبینید؟ آن شیار روی زمین را که بستر رودخانه نامیده میشود از قلم نیاندازید. بدون آن آب نمیداند به کدام جهت جاری شود. و من میخوام از مثال جریان آب به عنوان یک تشبیه استفاده کنم برای ارتباط میان فعالیت عصبی و ارتباطات عصبی. فعالیت عصبی همواره در حال تغییر است. مانند آب رودخانه؛ هرگز از حرکت نمی ایستد. ارتباطات شبکه عصبی مغز مسیری که فعالیت عصبی در آن جریان می یابد را تعیین میکند. به این طریق، کانکتوم همچون بستر رودخانه است. اما این تشبیه از این نیز غنی تر است. زیرا جدا از اینکه که بستر رودخانه جریان آب را هدایت میکند، در دراز مدت، آب نیز بستر رودخانه را تغییر شکل میدهد. و همانطور که اندکی پیشتر گفتم، فعالیت عصبی میتواند کانکتوم را تغییر دهد. و اگر اجازه بدهید بار دیگر از کلام استعاره کمک بگیرم، به یادتان میآورم که فعالیت عصبی بنیاد فیزیکی افکار، احساسات و ادراک است -- یا دستکم عصب شناسان اینگونه گمان میکنند. پس بیراه نیست اگر از رودخانه هوشیاری صحبت کنیم. فعالیت عصبی آب آن است، و کانکتوم بستر آن.

بد نیست از قله های استعاره پایین بیاییم و به دانش برگردیم. فرض کنید فناوری های ما برای یافتن کانکتوم واقعا کار کنند. چگونه میتوان این فرضیه را آزمود که که «من، یعنی کانکتوم من»؟ من آزمونی پیشنهاد میکنم که خیلی سر راست است. مثلا فرض کنید بخواهیم خاطره های یک کانکتوم را بخوانیم. حافظه مربوط به یک توالی زمانمند بلند از حرکات را تصور کنید، مانند یک پیانیست که قطعه سوناتای بتهوون را مینوازد. بنا بر نظریه ای که به قرن نوزدهم بر میگردد، اینگونه محفوظات به صورت یک زنجیره اتصالات سیناپسی درون مغز شما ذخیره شده اند. چرا که اگر اولین نورون در این زنجیر فعال شود، نورون دوم نیز توسط پیامی که از طریق سیناپس دریافت میکند فعال میشود، و همینطور در طول خط، مانند زنجیری از مهره های دومینو که می افتند. و فرض میشود که این توالی فعال سازی های عصبی، مبنای توالی آن حرکات است.

پس یک راه آزمودن آن نظریه این است که در درون کانکتوم ها در پی چنین زنجیرهایی بگردیم. اما این هرگز آسان نخواهد بود زیرا کانکتوم ها به این سادگی نیستند. بلکه بسیار پیچیده و در هم تنیده اند. پس قطعا به رایانه هایمان نیاز خواهیم داشت تا این زنجیرهای در هم و بر هم را باز کنند. و اگر موفق شویم، توالی نورون هایی که بدست میآوریم پیشگویی الگوی فعالیت عصبی خواهد بود که در هنگام به یاد آوردن محفوظات بازپخش میشود. و باز اگر موفق شویم، این نخستین مثال خواندن حافظه از یک کانکتوم خواهد بود.

(خنده)

چه شیر تو شیری! آیا تا به حال تلاش کرده اید سامانه ای به این پیچیدگی را سیم کشی کنید؟ امیدوارم نکرده باشید! اما اگر کرده باشید، میدانید که اشتباه کردن بسیار آسان است. شاخه های نورون ها شبیه سیم کشی های مغز اند. کسی از شما میداند طول کل سیم های درون مغز شما چقدر است؟ اجازه بدهید راهنماییتان کنم: خیلی زیاد است! (خنده) حدس من میلیون ها کیلومتر است. این همه در جمجمه شما بسته بندی شده است. و اگر به بزرگی این عدد فکر کنید میبینید که ظرفیت بسیار بالایی برای بروز خطا در سیمکشی مغز وجود دارد. و چقدر هم روزنامه ها و مجلات تیترهایی از این قبیل را دوست دارند: «سیمکشی متفاوت مغز عامل کم اشتهایی بیمارگونه» یا «مغز بیماران اوتیسم سیمکشی متفاوتی دارد.» این ها ادعاهای قابل توجهی هستند، اما در حقیقت ما هنوز نمیتوانیم سیمکشی مغز را به اندازه کافی به روشنی ببینیم تا بتوانیم درستی آن ها را آزمایش کنیم. بدین سان فناوری های ما برای دیدن کانکتوم ها نهایتا ما را قادر میسازند سیمکشی های اشتباه مغز را نیز بخوانیم، و ناهنجاری های روانی را هم در کانکتوم ها ببینیم.

گاهی بهترین راه برای آزمودن یک فرضیه در نظر گرفتن افراطی ترین نتایج آن است. فیلسوفان این بازی را خیلی خوب میدانند. اگر باور داشته باشید که من، یعنی کانکتوم من، به همین طریق باید بپذیرید كه مرگ فروپاشی کانکتوم شماست. اگر باور داشته باشید که من، یعنی کانکتوم من، به همین طریق باید بپذیرید كه مرگ فروپاشی کانکتوم شماست. اگر باور داشته باشید که من، یعنی کانکتوم من، به همین طریق باید بپذیرید كه مرگ فروپاشی کانکتوم شماست. اگر باور داشته باشید که من، یعنی کانکتوم من، به همین طریق باید بپذیرید كه مرگ فروپاشی کانکتوم شماست. این را مطرح میکنم چرا که امروز پیامبرانی هستند که ادعا میکنند فناوری شرایط زندگی بشر را به طور بنیادی دگرگون خواهد کرد و حتی موجب دگرگونی گونه انسان میشود. یکی از پرطرفدارترین رویاهای آن ها این است که با استفاده از انجماد اجساد مرگ را دور بزنند. اگر شما حاضر باشید ۱۰۰٫۰۰۰ دلار پول بدهید، میتوانید وصیت کنید که بدنتان را بعد از مرگ در یکی از این مخازن در انباری در آریزونا، در نیتروژن مایع نگهداری کنند، در انتظار تمدنی پیشرفته در آینده که بتواند شما را زنده کند.

آیا جا دارد این جویندگان مدرن بیمرگی را مسخره کنیم و آن ها را احمق بنامیم؟ یا آن ها روزی بالای سر قبر ما به ما پوزخند خواهند زد؟؟ نمیدانم. من ترجیح میدهم باورهای آن را به صورت علمی آزمون کنم. من پیشنهاد میکنم که تلاش کنیم تا کانکتوم یک مغز منجمد را پیدا کنیم. میدانیم که پس از مرگ و حتی در حال انجماد مغز دچار آسیب خواهد شد. حال پرسش این است که آیا این آسیب ها کانکتوم را پاک میکنند؟ اگر چنین باشد، دیگر هیچ راهی وجود ندارد که تمدنی در آینده بتواند حافظه های این مغزهای منجمد را بازخوانی کند. ممکن است بتوان بدن ها را زنده کرد، اما مغزها را نه. اما اگر کانکتوم همچنان دست نخورده مانده باشد، نمیتوان به سادگی ادعاهای طرفداران انجماد را به سخره گرفت.

من در این سخنرانی جویشی را تشریح کردم که از دنیای چیزهای بسیار کوچک آغاز میشود، و ما را تا دنیای آینده های دور پیش میبرد. کانکتوم ها نقطه عطفی را در تاریخ بشر رقم خواهند زد. آن زمان که ما از اجداد میمون-مانندمان فرگشت (تکامل) پیدا میکردیم، در ساوانای افریقا، آنچه ما را متمایز میکرد مغزهای بزرگتر ما بود. ما مغزهایمان را بکار بستیم تا فناوری های حتی شگفت انگیز تری را شکل دهیم. روزی آخر این فناوری ها چنان قدرتمند خواهند شد که آن ها را بکار خواهیم بست تا خودمان را بشناسیم، با پیاده کردن و بازساختن مغزهای خودمان. با پیاده کردن و بازساختن مغزهای خودمان. من باور دارم این سفر دراز خودشناسی نه فقط برای دانشمندان، که برای همه ماست. و خوشحالم که امروز شما را در این سفر همراه خودم داشتم.

سپاسگزارم.

(برگردان: امیر صابری)