بر اساس مطالعه جدیدی که با استفاده از محیط واقعیت مجازی چندبعدی سفارشی و تصویربرداری از فعالیت‌های مغز در زمان جاری انجام شده است، مگس‌ها نسبت به آن‌چه پیش‌تر تصور می‌شد، توانایی‌های شناختی پیشرفته‌تری دارند.

محققان «موسسه مغز و ذهن کاولی» وابسته به دانشگاه سن دیگوی کالیفرنیا (KIBM)، حواس جمعی، حافظه فعال، و قابلیت‌هایی مشابه آگاهی هشیارانه (ویژگی‌هایی که معمولا فقط در پستانداران آزمایش شده است) را در مگس‌های میوه یافته‌اند. 

این مطالعه که چهارشنبه، ۱۶ فوریه، در مجله نیچر منتشر شد، شکل‌گیری، قابلیت سردرگمی، و ناپدید شدن آنی رد حافظه را در مغزهای کوچک مگس‌های میوه (Drosophila melanogaster) روشن می‌کند.

رالف گرینزپن، نویسنده ارشد این مطالعه و مدیر همکار موسسه کی‌آی‌بی‌ام (KIBM)، در بیانیه‌ای توضیح داد: «این تحقیق به‌رغم نبودِ شباهت آناتومیکی آشکار، از عملکرد شناختی روزانه ما خبر می‌دهد؛ یعنی به آن‌چه توجه می‌کنیم، و چگونگی انجام آن.»

دکتر گرینزپن افزود: «از آن‌جا که همه مغزها نیای مشترکی دارند، می‌توانیم ارتباط میان بخش‌های مغز مگس‌ها و پستانداران را بر اساس ویژگی‌های مولکولی دریابیم و بفهمیم که چطور می‌توانیم حافظه‌‌مان را ذخیره کنیم.»

محققان در انسان‌ها و پستانداران پیشرفته‌تر، دو روش یادگیری تداعی را عمیق و گسترده مطالعه کرده‌اند: شرطی‌سازی تاخیری، و شرطی‌سازی ردی.   

در شرطی‌سازی تاخیری، محرکی غیرشرطی (مانند شوک الکتریکی یا هر محرکی که به شکل طبیعی و خودکار واکنشی را بدون تمرین یا یادگیری قبلی تحریک می‌کند) در لحظات نهایی محرکی شرطی ارائه می‌شود؛ مانند طنینی که هر دو در یک زمان قطع شوند.

در شرطی‌‌سازی ردی، فاصله‌های «ردی»، محرک‌های شرطی را از محرک‌های غیر‌شرطی جدا می‌کند و لازم است که موجودات شکلی از حافظه، یا بازنمایی عصبی از محرک اولیه داشته باشند.

در مطالعه جدید، دانشمندان محیط واقعیت مجازی چندبعدی ایجاد کردند تا رفتار مگس را از طریق تحریک تصویری آزمایش کنند، و تصویرسازی ذهنی نمایش داده شده را با لیزر مادون قرمز، به عنوان محرک گرمایی مخالف، همبند کردند.

دانشمندان اعلام کردند که این رویداد مجازی برای دروسوفیلا (مگس‌های میوه) فضایی در حدود ۳۶۰ درجه تمام‌نما ایجاد کرد تا در حالی که در محیطی بسته قرار دارند، بال‌های خود را آزادانه به هم بزنند و فضای واقعیت مجازی بر اساس حرکت بال آن‌ها پیوسته به‌روز می‌شد (با استفاده از دوربین‌های پرسرعت دید ماشینی در زمان جاری تحلیل می‌شد) و به مگس‌ها این توهم را القا می‌کرد که دارند آزادانه در دنیا پرواز می‌کنند.

دانشمندان با استفاده از این برنامه‌ریزی می‌توانستند مگس‌های میوه را برای کارهای شرطی‌سازی تمرین دهند و آزمایش کنند؛ به این ترتیب که می‌گذاشتند مگس‌ها از تصویری مربوط به محرک گرمایی منفی دور شوند و به طرف دومین تصویری بروند که با گرما ارتباط نداشت.

آن‌ها از هر دو نوع شرطی‌سازی استفاده کردند: یکی که در آن به مگس‌ها محرک تصویری داده می‌شد که گاهی با گرما تداخل می‌یافت (شرطی‌سازی تاخیری) و هر دو با هم تمام می‌شد، و در دومی، شرطی‌سازی ردی، که در آن پس از نشان دادن و برداشتن تحریک تصویری، گرما را بعد از ۵ تا ۲۰ ثانیه می‌دادند.

محققان گفتند در این مرحله فاصله زمان، وقفه «ردی» در نظر گرفته می‌شود، و توضیح دادند که در طول این فاصله زمانی، مگس «ردی» از محرک تصویری را در مغز خود حفظ می‌کند؛ یعنی ویژگی‌ای که نشانگر خصوصیاتی نظیر حواس جمعی، حافظه کاری، و هشیاری آگاهانه در پستانداران است.

دانشمندان همچنین از مغز مگس‌ها تصویربرداری کردند تا فعالیت کلسیم را در زمان جاری ردیابی کنند. این کار با استفاده از مولکول فلورسنت انجام شد که با مهندسی ژنتیک در سلول‌های مغز آن‌ها جای‌گذاری کرده بودند.

این برنامه‌ریزی به محققان اجازه داد تا تشکیل و طول دوره حافظه زنده مگس را ضبط کنند؛ زیرا دیدند که نشانه‌ای که در حافظه کوتاه‌مدت مگس گذاشته شده است، چشمک می‌زند.

این مطالعه همچنین به این نتیجه رسید که سردرگمی در طول آموزش به شکل فوت کردن آرام هوا، حافظه تصویری را در مگس‌ها سریع‌تر از بین می‌برد.

درو گروور، عضو دانشکده تحقیقاتی کی‌آی‌بی‌ام سن دیگو در دانشگاه کالیفرنیا، گفت: «این کار نشان می‌دهد که مگس‌ها نه تنها قادر به انجام این شکل پیشرفته‌تر شرطی‌سازی ردی هستند (و این که یادگیری، درست مانند یادگیری در پستانداران و انسان‌ها، ممکن است دچار اختلال شود)، بلکه فعالیت عصبی زمینه‌ای این فرآیند حافظه فعال در مگس، شباهت قابل‌توجهی به حافظه پستانداران دارد.»

دکتر گروور افزود: «این کار نشان می‌دهد که می‌توان از مگس‌های میوه به عنوان نمونه قدرتمندی برای مطالعه عملکردهای شناختی پیشرفته استفاده کرد. به عبارتی ساده، همچنان از این که مگس چه موجود باهوشی است، شگفت‌زده‌ایم.»

محققان همچنین ناحیه‌ای از مغز مگس را که حافظه در آن شکل می‌گیرد و از بین می‌رود، کشف کرده‌اند و آن را همانا بدنه بیضوی مجموعه مرکزی مغز مگس می‌شناسند.

دانشمندان می‌گویند این ناحیه مغزی در مگس، با لایه بیرونی مغز انسان به نام قشر مغز (سربرال کورتکس) همخوانی دارد.

این مطالعه همچنین به این نتیجه رسیده است که ماده شیمیایی مغز، دوپامین، برای یادگیری و عملکرد شناختی پیشرفته مگس لازم است و در آزمایش مذکور، واکنش‌های شیمیایی عصبی به صورت افزایشی، از پیش در فرآیند یادگیری رخ داده است و سرانجام، رسیدن محرک گرمایی را پیش‌بینی کرده است.

دانشمندان در حال حاضر در پی مطالعه جزئیات این موضوع هستند که چطور حواس جمعی در مغز، از نظر فیزیولوژیکی رمزگشایی می‌شود.

آنان معتقدند که یافته‌های به دست آمده از سیستم نمونه مگس میوه، می‌تواند به درک مستقیم ما از شناخت انسان و اختلالات عصبی مختل کننده آن کمک کند.

محققان می‌گویند این مطالعه همچنین می‌تواند بر رویکردهای جدید مهندسی برای طراحی‌های بهتر هوش مصنوعی تاثیر بگذارد.