علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
The art of smell: Research suggests the brain processes smell both like a painting and a symphony
(المركز الطبي بجامعة روشستر – URMC)
ماذا يحدث عندما نشم وردة؟ كيف يعالج دماغنا روائحها العطرية؟ هل يعالجها كما يعالج لوحة فنية – لقطة من نشاط خلايا وامضة – التقطت في لحظة من اللحظات؟ أو هل يعالجها كما يعالج مقطوعة سيمفونية، مجموعة ناشئة / متطورة من خلايا مختلفة تعمل معًا لالتقاط (لشم) الروائح؟ بحث جديد يقترح أن دماغنا يقوم بالأمرين معًا.
تكشف هذه النتائج عن مبدأ أساسي للجهاز العصبي، وهو المرونة في أنواع العمليات الحسابية التي يقوم بها الدماغ لتمثيل جوانب من العالم الحسي، قال كريشنان بادمانابان (Krishnan Padmanabhan)، أستاذ مشارك في علم الأعصاب وكبير مؤلفي الدراسة التي نشرت مؤخرًا في مجلة تقارير الخلية1: “دراستنا تزود الباحثين بأدوات جديدة لمعرفة مقدار أنماط نشاط الدماغ كميًا وتفسيرها”.
طور الباحثون نموذجًا لمحاكاة طريقة عمل الجهاز الشمي الأولي2 – وهو الشبكة التي يعتمد عليها الدماغ في الشم. باستخدام المحاكاة الحاسوبية، وجد الباحثون مجموعة معينة من التوصيلات، تسمى الألياف النابذة3 (centrifugal fibers) والتي تنقل النبضات من أجزاء أخرى من الجهاز العصبي المركزي إلى المناطق الحسية الأولية في الدماغ4 – 9، لعبت دورًا مهمًا.
الألياف النابذة هذه تعمل كمفتاح، يبدل بين الاستراتيجيات / الحالات المختلفة (أي ينتقل من استراتجية / حالة إلى أخرى) لتمثيل الروائح بكفاءة. عندما كانت الألياف النابذة في إحدى الحالات، الخلايا في القشرة الكمثرية10، 11 – حيث يتشكل الاحساس بالرائحة – اعتمدت على نمط النشاط خلال لحظة معينة من اللحظات. عندما كانت الألياف النابذة في الحالة الأخرى، الخلايا في القشرة الكمثرية حسّنت كلًا من الدقة والسرعة التي تحس بها الخلايا بالرائحة وتصنفها وذلك بالإعتماد على أنماط نشاط الدماغ المتتابع زمانيًا.
تفيد هذه العمليات بأن لدى الدماغ استجابات متعددة لتمثيل الرائحة. في إحدى الإستراتيجيات، يستخدم الدماغ حالة من الحالات في لحظة معينة، كما يستخدم لوحة فنية أو صورة، لالتقاط الخصائص الأساسية للرائحة. وفي الإستراتيجية الأخرى، يتتبع الدماغ الأنماط الناشئة بمرور الزمن. الدماغ متنبه إلى أي الخلايا نشطة وأيها خاملة ومتى يحدث ذلك – كمقطوعة سيمفونية.
تسلط النماذج الرياضية التي طورها الباحثون الضوء على خاصية الجهاز العصبي البالغة الأهمية – ليس فقط من جهة تنوعها من حيث المكونات التي يتكون منها الدماغ ولكن أيضًا على كيف تعمل هذه المكونات معًا لمساعدة الدماغ على الإحساس بعالم الروائح.
“تكشف هذه النماذج الرياضية عن جوانب بالغة الأهمية لكيف يعمل جهاز حاسة الشم في الدماغ وقد تساعد في بناء أنظمة حوسبية اصطناعية مستوحاة من الدماغ”. “الأساليب الحوسبية المستوحاة من دارات الدماغ مثل هذه لديها القدرة على تحسين سلامة السيارات ذاتية القيادة، أو مساعدة خوارزميات الرؤية الكمبيوترية12 في تشخيص وتصنيف الأشياء الموجودة في صورة من الصور بدقة أكبر، كما قال بادمانابان”.
مصادر من داخل وخارج النص:
1- https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)00286-8
2- “نظام الشم أو جهاز الشم أو حاسة الشم (Olfactory system) هو جزء من النظام الحسي يُستخدم في علمية الشم، وتمتلك معظم الثدييات والزواحف نظامًا شميًا رئيسيًا ونظامًا شميًا إضافيًا، حيث يقوم النظام الرئيسي بالكشف عن الروائح المحمولة في الجو، في حين يكشف النظام الإضافي عن محفزات المرحلة السائلة. غالبًا ما يشار إلى حاستي الشم والتذوق معًا على أنهما نظام المستقبل الكيميائي، نظرًا لأن كلا منهما يرسل للدماغ معلومات حول التركيب الكيميائي للأجسام من خلال عملية تُسمى التنبيغ” ، مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/نظام_الشم
3- “في حالة البصلة الشمية، ستكون الألياف النابذة (centrifugal fibers) عبارة عن محاور عصبية من القشرة الشمية، والتي تعود إلى الخلايا المستهدفة في البصلة الشمية. يستخدم المصطلح لتمييز هذه الألياف عن البروزات العادية من النهايات العصبية الحسية في البصلة الشمية، ومن البصلة إلى القشرة الشمية” ، ترجمناه من نص ورد على هذا العنوان: https://www.researchgate.net/post/What-are-centrifugal-innervations
4- “البَاحة الحسيِّة الأوليِّة هي المناطق القشرية الأساسية للأنظمة الحسية الخمسة في الدماغ (حاسة التذوق5 وحاسة الشم6 وحاسة اللمس7 وحاسة السمع8 وحاسة البصر9). باستثناء الجهاز الشمي فإنه يتلقى المعلومات الحسية من إسقاطات العصب المهادي. يأتي مصطلح الأولي من حقيقة أن هذه المناطق القشرية هي المستوى الأول في التسلسل الهرمي لمعالجة المعلومات الحسية في الدماغ. لا ينبغي الخلط بين هذا وبين وظيفة القشرة الحركية الأولية، والتي هي آخر موقع في القشرة الحركية” ، مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/باحة_حسية_أولية
5- https://ar.wikipedia.org/wiki/تذوق
6- https://ar.wikipedia.org/wiki/شم
7- https://ar.wikipedia.org/wiki/جهاز_حسي_جسدي
8- https://ar.wikipedia.org/wiki/سمع
9- https://ar.wikipedia.org/wiki/إدراك_بصري
10- “القشرة الكمثرية (pyriform cortex) هي منطقة في الدماغ البشري تُعتبر جزءً من الدماغ الشمي11، وترتبط وظيفتها بحاسة الشم” ، مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/قشرة_كمثرية
11- https://ar.wikipedia.org/wiki/دماغ_شمي
12- “الرؤية الحاسوبية (computer vision) هي إحدى مجالات علم الحاسوب، تهدف إلى بناء تطبيقات ذكية قادرة على فهم محتوى الصور كما يفهمها الإنسان. حيث من الممكن أن تأخذ بيانات الصور عدة أشكال كالصور المتعاقبة (فيديو)، المشاهد من عدة كاميرات، بيانات ذات عدة أبعاد مأخوذة من جهاز تصوير طبي” ، مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/رؤية_حاسوبية
المصدر الرئيس:
https://www.urmc.rochester.edu/news/publications/neuroscience/the-art-of-smell
