دراسة تكشف عن شبكات دماغ تمكِّن الإنسان من الحديث مع الآخر

5 يناير 2022

المترجم: عدنان أحمد الحاجي

المقالة رقم 11 لسنة 2021

Study Reveals Brain Networks Enabling Human Conversation

January 5, 2022

وحدت دراسة جديدة دارة دماغية نشطة أثناء تحضير الشخص لرده كلاميًا على محاوره  أثناء الحديث معه.

نُشرت الدراسة على الإنترنت في 5 يناير2022  في مجلة نتشر Nature (انظر 1)، وركزت الدراسة على عمليات الدماغ الحوسبية التي تجعل هكذا ردود كلامية ممكنة، والتي يُخطط (يُحضر) لها قبل نهاية دور الطرف الآخر في الحوار (الحديث) من كلامه وتُقال في غضون جزء من الثانية [بعد أن ينهي الطرف الآخر كلامه].

الدراسة، التي أشرف عليها باحثون في كلية غروسمان Grossman للطب بجامعة نيويورك وجامعة أيوا Iowa، توصلت إلى أن مناطق دماغية مميزة تصبح نشطة أثناء التخطيط للكلام أثناء المبادلات اللفظية التي تستغرق أجزاء من الثانية، بما فيها مناطق في الدماغ لم تُعرف أنها مرتبطة بهذه الوظيفة في السابق.

"استطاعت دراستنا أن  تحدد شبكات الدماغ الكامنة وراء هذا التخطيط الذي تجعله ممكنًا أثناء تبادل الحديث، والذي كان اكتشافه صعبًا حتى ذلك الحين ،" كما قال كبير المؤلفين مايكل أ. لونغ Michael A. Long، برفسور العلوم العصبية في كلية غروسمان للطب في جامعة نيويورك

ويضيف الدكتور مايكل أن "هذه الدراسة تعِد بتوجيه تصميم علاجات جديدة لـ 7.5 مليون أمريكي يعانون من صعوبة في استخدام أصواتهم وذلك لخلل في الصوت (انظر 2، 3 كمثالين على هذا الخلل)، بما في ذلك أولئك الذين يعانون من العمه الحركي (تعذر الأداء apraxia، انظر 4)، ومشاكل التخطيط لحركات الكلام وفقدان القدرة على الكلام aphasia (ويعرف أيضًا ب 'بالحبسة'، 5)، وهي صعوبة معالجة اللغة، والتي يمكن أن تصاحب حالات مثل التوحد أو نتيجة صدمة ناجمة عن سكتة دماغية ".

عملية ثلاثية الأجزاء

لسنوات، حاول الباحثون ربط وظائف الكلام بدارات circuits الدماغ باستخدام مخطط كهربية الدماغ ، أو جهاز EEG ، والذي يتضمن  وضع أقطاب كهربائية على فروة الرأس. تقيس مثل هذه الأجهزة التقلبات السريعة في مستوى الإشارات الكهربائية التي يُنظر إليها على أنها مجموعات كبيرة من الخلايا العصبية "تصدر فعل جهد fire" لنقل / لبث الإشارات الكهربائية. لكن جهاز مخطط كهربية الدماغ لم يستطع تحديد موقع الدارات العصبية بالدقة المطلوبة، وجهاز الرنين المغناطيسي الوظيفي - تقنية أخرى شائعة الاستخدام - لم يكن سريعًا بما يكفي لالتقاط أنماط النشاط المتعلقة بالتخطيط للردود على الطرف الآخر أثناء الحديث معه، كما يقول مؤلفو الدراسة. يقول المؤلفون إن هذه الأساليب غير الباضعة noninvasive تترك نقطة عمياء حرجة في قدرة المجال على تتبع ما يفعله الدماغ أثناء الحديث اليومي [شخصين أو أكثر].

تقنية أخرى، وهي تخطيط كهربية الدماغ داخل القحف (ECoG) ، استُخدمت للتغلب على محدودية الجهازين السابقين، وذلك بوضع أقطاب كهربائية ليس على فروة الرأس ، ولكن مباشرة على سطح الدماغ. كشفت قياسات ECoG السريعة والدقيقة أن الدماغ يتوصل إلى حديث / كلام  طبيعي وذلك بالجمع بين الإدراك الحسي لما يُسمع والتخطيط للرد على الكلام وإصدار / انتاج الأصوات (الألفاظ) المكونة للكلمات. على الرغم من أن دراسات تخطيط كهربية الدماغ داخل القحف ECoG الأخرى قد عينت الشبكات المتعلقة بالإدراك الحسي (6) وإصدار / انتاج الأصوات / الألفاظ (7) ، فإن الدراسة الحالية هي الأولى التي قاست نشاط الدماغ أثناء مرحلة التخطيط للرد بين الإدراك الحسي واصدار الصوت، والتي كانت الأصعب في الدراسة ، كما يقول المؤلفون.

"تمكن الباحثون من التحدث إلى المرضى ومشاهدة نشاط دارات الدماغ أثناء حديثهم أو الاستماع إليهم وهم يتحدثون ، لكن التخطيط ليس له تلازم / تساوق طبيعي،" كما قال لونغ. "عندما قمنا بدمج مقاييس ECoG مع طريقة تسأل المرضى أسئلة منظمة، كشفنا عن شبكة تخطيط كامنة."

لإجراء الدراسة، غرز فريق البحث أقطابًا كهربائية على أسطح أدمغة المرضى أثناء العمليات الجراحية التي كانت تُجري لإزالة ورم أو أنسجة دماغية كانت تسبب نوبات صرع لهولاء المرضى.  في كلتا الحالتين، وضع الجراحون المرضى تحت تخدير موضعي فقط في البداية حتى يتمكنوا من تحديد مناطق الدماغ التي تنشط والمرضى يتكلمون، وبالتالي يتجنبون الأضرار التي ربما تلحق بمراكز نطق / كلام المريض في الدماغ.

وضع الباحثون مصفوفات من أقطاب ECoG على نصف الدماغ الأيسر المختص باللغة لثمانية متطوعين من المرضى. بعد ذلك ، قاموا بقياس استجابات التخطيط باستخدام نموذج طوره مختبر آخر يسمى مهمة المعلومات المهمة / الحرجة ، والمصمم للتحكم في توقيت التخطيط. في كل مجموعة من الأسئلة، الكلمة المفتاح المتغيرة ، أي المعلومات المهمة / الحرجة، متى يبدأ تخطيط الرد بحيث يمكن تتبع نشاط الدماغ في تلك النافذة الزمنية. أمثلة علي الأسئلة المطروحة تضمنت، "ما هي الكلمة الشائعة المقابلة لكلمة "ناعم / ة؟" و "ما هي الكلمة الشائعة المقابلة لكلمة" ساخن "؟

بتغيير صياغة كل سؤال لتقديم معلومات مفتاحية في وقت سابق أو لاحق لازمة لبدء التخطيط للإجابة - تمكن الباحثون من التمييز بين نشاط الدماغ ذي الصلة بالتخطيط من الإدراك الحسي إلى اصدار / انتاج الألفاظ / الكلام. الأهم من ذلك، غالبية الاستجابات القشرية الدماغية [المترجم: أي محاولة الدماغ لتقليل الطاقة الحرة التي يسببها المنبه / المثير وبالتالي يرمِّز المسبب الأكثر احتمالا لهذا المنبه، 8]. كانت مرتبطة بواحدة فقط من عمليات الكلام الثلاث هذه ، مما يدل على أن الشبكات كانت منفصلة لكل وظيفة إلى حد كبير.

الصورة: وُجد أن مناطق الدماغ البشري نشطة أثناء التخطيط للتبادلات الكلامية، كما قيست عن طريق أقطاب كهربائية موضوعة على سطح الدماغ. الدراسة حددت مركز لغة تفاعليًا،  المنطقة الملونة بالأصفر ، وتزود الباحثين بفهم معمق للعمليات التي قد تساهم في اضطرابات التواصل.

بالإضافة إلى ذلك، وجد الباحثون أن 95.5 في المائة من أقطاب التخطيط كانت متجمعة في منطقة متميزة مكانيًا من الدماغ، حيث كانت معظم أقطاب التخطيط متمركزة في التلفيف الجبهي السفلي الذيلي (cIFG) والتلفيف الجبهي الأوسط الذيلي (cMFG). علي الرغم من أن CIFG، المعروفة باسم "باحة بروكا Broca" (انظر 9)، معروفة منذ فترة طويلة بأهميتها للغة، لم يُثبت دور ل cMFG من قبل.

علاوة على ذلك ، وجد الفريق أن شبكة التخطيط المحددة بمهمة المعلومات الحرجة تكون نشطة أيضًا عندما يستعد المرضى للكلام أثناء الكلام الطبيعي غير المكتوب. بعد أن انتهى المرضى من الإجابة على الأسئلة المنظمة، أشغلهم الباحثون في عدة دقائق من تبادل حديث عادي، والتي ظهرت خلاله نفس أنماط المشاط الدماغي للمريض المتعلقة بالإدراك الحسي  والتخطيط والتحدث.

"تقدم هذه الدراسة وصفًا أوليًا لآليات الدماغ المعينة التي تصدر / تنتج اللغة ونحن نتكلم في السياقات الطبيعية اليومية،" كما يقول غريغ كاستيلوتشي Gregg Castellucci، دكتوراه، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر الدكتور لونغ. 

مصادر من داخل وخارج النص

1- https://www.nature.com/articles/s41586-021-04270-z

2- "خلل النطق التشنجي (Spasmodic dysphonia) (أو اختلالات الحنجرة) هي عبارة عن اضطراب أو خلل صوتي يتميز بوجود حركات لا إرادية لعضلة واحدة أو أكثر من عضلات الحنجرة (الثنايا الصوتية أو صندوق الصوت) أثناء الكلام.  في هذا النوع، تتسبب حركات أو تشنجات العضلات اللا إرادية المفاجئة في العمل الجماعي أو الحبال الصوتية،  ومثل هذه التشنجات تجعل اهتزاز  الحبال الصوتية صعبًا حتى يصدر الصوت. وهذا من شأنه أن يتسبب في تقطع الكلمات وصعوبة إخراجها نتيجة لتلك التشنجات العضلية. ولذلك، يصبح الكلام متقطعًا والصوت شبيهًا بالتأتأة "التلعثم". وعادة ما يوصف صوت المصاب بخلل النطق المتقطع المقرب بأنه متوتر أو مخنوق وملئ بالجهد. ومن المدهش، أن هذه التشنجات تتوقف عادة أثناء الضحك أو عند التحدث بنغمة عالية أو أثناء التنفس والغناء، ولكن المطربين يواجهوا نقص في المدى الصوتي أو عدم القدرة على إنتاج بعض العلامات الموسيقية ذات المقام أو عند العرض. ولكن كثيراً ما يتسبب الإجهاد أو التوتر في أن تكون التشنجات العضلية أكثر شدة" مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: 

https://ar.wikipedia.org/wiki/خلل_النطق_التشنجي#التشخيص

- "اضطرابات النطق أو اضطراب الكلام هي نوع من الاضطراب في التواصل وعدم القدرة على توضيح بعض الكلمات أو إنتاج الأصوات بشكل صحيح أو بطلاقة، أو بسبب وجود مشاكل في صوت الشخص نفسه، كالتأتأة ، اللثس .. الخ. تختلف اضطرابات اللغة عادةً عن اضطرابات الكلام، على الرغم من أنها غالبا ما تستخدم بشكل مترادف. تشير اضطرابات الكلام إلى مشاكل في إنتاج أصوات الكلام أو جودة الصوت، حيث تكون الاضطرابات اللغوية عادةً اختلالًا في فهم الكلمات أو القدرة على استخدام الكلمات وليس لها علاقة بإنتاج الكلام." مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: 

https://ar.wikipedia.org/wiki/اضطراب_الكلام

3- https://www.nidcd.nih.gov/health/statistics/statistics-voice-speech-and-language

4- "العمه الحركي أو تعذّر الأداء apraxia هو خلل حركي ناتج عن تلف في الدماغ (خاصة منطقة القشرة الجدارية الخلفية)، يعاني المريض من صعوبة في تخطيط سلسلة الأحداث (التحركات) للقيام بحركة ما أو عندما يطلب منه تنفيذ مهمة ما، بالرغم من أن الأمر مفهوم وينوي المصاب القيام به. إذاً هو خلل في عملية التخطيط الحركي ليسبب اضطرابا في التناسق، أو فقدان الحواس، أو خلل في فهم الأوامر البسيطة (والذي يمكن تشخيصه من خلال الطلب من المريض تمييز الحركة الصحيحة من بين سلسلة حركات)، إنما ينتج من تلف في أماكن معينة في المخ.  يجب التمييز بين تعذر الإرادة والترنح (فقد الاتزان) والذي يتمثل بعدم القدرة على تنسيق الحركات العضلية الإرادية، الحبسة وهي عبارة عن اضطراب لغوي في الاستيعاب أو كليهما، فقد الإرادة على القيام بعمل أو اتخاذ قرار مناسب، الحس النازح للمقابل وهو حالة الحس في أحد الأطراف عند تنبيه الطرف المعاكس له، وخلل الأداء التنموي والذي يؤثر على التخطيط للحركة وتناسقها." مقتبس من نص ورد على هذا العنوان 

https://ar.wikipedia.org/wiki/عمه_حركي

5- "فقدان القدرة على الكلام أو ما يعرف ب (الحبسة) aphasia وهو مصطلح يطلق على مجموعة من الاضطرابات اللغوية الناتجة عن تلف في الدماغ.  الحبسة تعني وجود مشكلة في وظيفة أساسية أو أكثر في عملية النطق. الصعوبات التي يواجهها المريض تتراوح بين الصعوبة في إيجاد المفردات إلى، في بعض الأحيان، فقدان المريض النطق تماماً، وكذلك فقدان القدرة علي القراءة والكتابة، لكن هذا لا يؤثر في ذكاء المصاب. ولكنه يؤثر هذا المرض في التواصل البصري مع الآخرين؛ حيث يعاني المصاب من ضعف في فهم الحركات." مقتبس من نص ورد على هذا العنوان:

https://ar.wikipedia.org/wiki/حبسة

6- https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.1245994

7- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364661314001089#!

8- https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15937014/

9- https://ar.wikipedia.org/wiki/منطقة_بروكا

المصدر الرئيس

https://nyulangone.org/news/study-reveals-brain-networks-enabling-human-conversation