يمكن ضغط كم هائل من المعلومات التفصيلية في نسيج صغير من الخلايا العصبية بفضل بعض الرياضيات الذكية للغاية، وفقا لدراسة أجريت على أدمغة الفئران أجراها باحثون في الولايات المتحدة.
وهذه الأنماط المكتشفة حديثا لترتيب خلايا الدماغ التي تجسد التمثيل العقلي للفضاء المادي لا تكشف فقط كيف يخزن دماغنا أنواعا معينة من البيانات، بل يمكن أن توفر نظرة ثاقبة في المناسبات التي تنحرف فيها الذاكرة ووسائل رسم الخرائط.
أدخل غرفة لأول مرة، وسيعمل عقلك على تجنيد الخلايا العصبية التي سترسم المساحة على عجل. ولا يتم ترتيب خلايا المكان هذه بالضرورة بأي طريقة تعكس الغرفة، لكن وميضها المنسق لا يزال يعمل كطريقة لوضع أنفسنا داخل منطقة مادية.
ويتم ترتيب هذه الخلايا في شبكات تسمى حقول المكان، ويتم إعادة تنظيم هذه الخلايا بشكل متكرر مع اعتيادنا على الفضاء، ما يساهم في شبكة غنية بشكل متزايد من الخلايا التي تموج مع الاستجابات المترابطة حيث تصبح المساحة المحيطة بك مألوفة أكثر.
كما أن الكيفية التي يتطور بها هذا التسلسل الهرمي للنشاط المترابط ويعمل حتى الآن كانت تخمينية في الغالب، على الأقل من وجهة نظر رياضية.
وفي دراسة جديدة قادتها عالمة البيولوجيا العصبية الحاسوبية، تاتيانا شاربي، من معهد سالك للدراسات البيولوجية، قام الباحثون بالتحقيق في نشاط الخلايا العصبية في جزء من حصين الفئران وهو أمر بالغ الأهمية لذاكرة الفضاء.
وباستخدام طريقة تم ابتكارها سابقا لدراسة خلايا الأماكن في الفئران أثناء تشغيلها في متاهات، وضع الباحثون حفنة من القوارض البالغة من خلال خطواتها على مسار مستقيم بطول 48 مترا (157 قدما)، تم خلاله تسجيل نشاطها العصبي عند اكتمالها.
وهناك عدة طرق يمكن من خلالها تصميم سلسلة من الرسائل التي يتم تمريرها عبر الشبكة، اعتمادا على القرب المادي أو الطرق التي تتطابق بها الخلايا المختلفة في الاستجابة.
وكان أفضل نموذج لتحليل التسلسل الهرمي للإشارات عبر شبكة من خلايا المكان في الفئران هو نوع من الهندسة الموصوفة بالقطع الزائدية، والتي - ومن المفارقات - ليست أسهل هندسة يمكن لأدمغتنا تصورها.
تخيل، إذا صح التعبير، مبنى مكتبيا نموذجيا مع رئيس في الأعلى، جالسٍ بمفرده على أرضية له وحده. المديرون التنفيذيون ممن هم تحت الرئيس لديهم مكاتب فاخرة. تحتها، ينحصر المدراء المتوسطون في أجنحة أصغر قليلا. وفي الأسفل، احتشدت كتلة كاملة من العمال على أرضية مليئة بالمقصورات.
هذا التسلسل الهرمي "الخطي" ينفد بسرعة من الغرفة لكل فرد وأنت تغوص في الطوابق وتضيف الأقسام الإضافية.
ومع ذلك، فإن برج المكاتب الذي تم إنشاؤه باستخدام الهندسة الزائدية لن يواجه مشكلة في استيعاب أقسام جديدة في الطوابق السفلية، والتي تصبح أكبر فأكبر، مع مراعاة مجموعة مختلفة من القواعد على الزوايا المتقاطعة تشكل الخطوط لأنها تتصل بمكونات مختلفة.
وبينما يمكننا استخدام المثال أعلاه لتمثيل التسلسل الهرمي الزائدي في الفضاء المسطح، في واقع كامل الأبعاد، ستكون كل هذه المثلثات بنفس الحجم (نعم، محاولة تخيل أن هذا سيضر بعقلك). لذلك، إذا كانت هذه قطعة من المواد، فإن الأطراف الخارجية ستنحني مع محيطها الزائد، مثل قبعة مرنة.
وتستخدم التسلسلات الهرمية الزائدية رياضيات متشابهة لوصف العلاقات بين نقاط النشاط المختلفة في سلسلة من العمليات، ما يسمح بطريقة أكثر فاعلية بتمييز تفاصيل المسافات والأشياء في أذهاننا عندما نتخيل أنفسنا في الفضاء.
هنا، بحث الباحثون الرياضيون في كيفية إنشاء الحقول الصغيرة لخلايا المكان بسرعة عندما تم إدخال الفئران إلى فضاء جديد، وهي تنمو في مجالات أكثر تعقيدا وفقا للتوسع اللوغاريتمي مع مرور الوقت.
ووجدت الدراسات الحديثة أن الأنظمة الشمية في علم الأحياء تتبع أيضا تسلسلا هرميا زائديا، ما يسمح للحيوانات بتصنيف الروائح بطرق أكثر تعقيدا وتنوعا بكثير من الطريقة الخطية لتجميع الروائح.
ويمكن أن يؤدي قياس التأثيرات المماثلة على البشر إلى إرشاد النماذج الخاصة بالأمراض، خاصة في مجالات علم الأعصاب المرتبطة بالذاكرة والوعي المكاني.