เทคโนโลยีเป็นแรงบันดาลใจให้นักประสาทวิทยาสร้างสมองขึ้นมาใหม่ได้อย่างไร

โทรเลขและคอมพิวเตอร์ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์จินตนาการถึงความคิดใหม่ได้ Matthew Cobb เขียนไว้ใน The Idea of ​​the Brain

เป็นการยากที่จะพูดถึงสมองของมนุษย์โดยไม่พูดถึงคอมพิวเตอร์โดยไม่ได้ตั้งใจ “ฉันกำลังดำเนินการอยู่” คุณอาจพูด หรือ “เราขอดาวน์โหลดสิ่งที่คุณค้นพบอย่างรวดเร็วได้ไหม” แล้วมีวลีที่ชื่นชอบของพนักงานออฟฟิศที่ผอมเกินไป: “ฉันไม่มีแบนด์วิดท์”

แมทธิว คอบบ์ นักสัตววิทยาและผู้เขียน The Idea of ​​the Brainเล่าถึงเหตุผลที่มีการกล่าวถึงคำอุปมาของคอมพิวเตอร์ในบทความวิชาการและการบรรยายเกี่ยวกับสมอง เมื่อเขามองย้อนกลับไปในช่วงหลายศตวรรษของการค้นคว้าเกี่ยวกับสมองในช่วงแรกๆ

“ผมตระหนักว่าในช่วงเวลาต่างๆ กัน วิธีหนึ่งที่ผู้คนคิดเกี่ยวกับสมองคือการวาดอุปมาระหว่างสิ่งที่พวกเขาคิดว่าสมองทำกับเทคโนโลยีขั้นสูงสุดในยุคนั้น” เขาอธิบาย นักวิจัยรุ่นต่างๆ ได้ดึงความเชื่อมโยงระหว่างสมองกับออโตมาตะ วงจรไฟฟ้า และโทรเลข

คำอุปมาทางเทคโนโลยีเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงภาพประกอบสำหรับแนวคิดที่มีอยู่ของสมอง แทนที่จะเป็นเช่นนั้น Cobb กล่าวว่าการเปรียบเทียบกับสิ่งประดิษฐ์เช่นสายโทรเลขซึ่งสามารถส่งข้อมูลจากโหนดกลางไปยังจุดที่ห่างไกลในชนบทได้ช่วยให้นักวิจัยสามารถจินตนาการถึงสมองได้อย่างแท้จริงโดยกระตุ้นให้พวกเขาเข้าใจโครงสร้างและหน้าที่ของสมอง

“เมื่อฉันได้ตระหนักว่านักวิทยาศาสตร์กำลังใช้คำอุปมาหรือการเปรียบเทียบเหล่านี้ ซึ่งทำให้ฉันสามารถเข้าใจได้ด้วยตนเองว่าทำไมจึงมีการเปลี่ยนแปลงและความเข้าใจของเราเปลี่ยนไป” คอบบ์กล่าว

ตอนล่าสุดของUnexplainableซึ่งเป็นพอดคาสต์ของ Vox เกี่ยวกับความลึกลับที่ยังไม่แก้ในวิทยาศาสตร์ ติดตามผลกระทบของเครื่องมือใหม่ๆ เช่น fMRI ที่ตรวจสอบความลับมากมายของสมอง แต่เครื่องมือไม่เพียงพอ Cobb โต้แย้ง: นักวิจัยยังต้องการแนวคิดหรือกรอบงานเพื่อตีความข้อมูลที่รวบรวมจากเครื่องมือของพวกเขา และเทคโนโลยีที่ไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยสมองมักเป็นแรงบันดาลใจและมีอิทธิพลต่อการศึกษาจิตใจ

สำเนาบทสนทนาของเราซึ่งแก้ไขเพื่อความชัดเจนและความยาวอยู่ด้านล่าง

แล้วไทม์ไลน์นี่ล่ะ? เราเริ่มทำสิ่งนี้ครั้งแรกเมื่อไหร่?

สิ่งแรกที่ต้องตระหนักก็คือ แม้แต่ความสนใจในสมอง [มา] ค่อนข้างช้า ในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ส่วนใหญ่ สมองไม่ได้เป็นจุดสนใจในการคิดเกี่ยวกับการรับรู้ อารมณ์ จิตวิญญาณ จิตใจ ไม่ว่าคุณจะเรียกมันว่าอะไรก็ตาม เป็นอวัยวะในร่างกาย เช่น ตับ ไต หรือหัวใจ

คุณพูดถึงในหนังสือของคุณว่าวลีเช่น “ปวดใจ” หรือ “ดึงที่หัวใจ” ย้อนกลับไปที่ความคิดนี้ที่ความคิดเกิดขึ้นในใจ นักวิจัยในยุโรปเริ่มพูดว่า “โอ้ บางทีอาจเป็นสมองก็ได้”

ไม่ได้ในชั่วขณะหนึ่ง คุณต้องไม่เข้าใจว่าจู่ๆ ก็มีใครบางคนทำการทดลองและพูดว่า “อ่าฮะ!” แต่มีการสะสมความแน่นอนช้านี้แทน อย่างแรก มีการสาธิตทางกายวิภาคว่า “อวัยวะภายใน” เช่นเดียวกับหัวใจมีหน้าที่อื่นๆ หัวใจเปรียบเสมือนเครื่องสูบน้ำ ซึ่งแสดงให้เห็นเมื่อต้นศตวรรษที่ 17 ดังนั้นจึงไม่มีจุดประสงค์ในการทำธุรกิจลึกลับที่เกี่ยวข้องกับการรับรู้และการคิด เป็นต้น

ในทางกลับกัน ตามที่การศึกษาทางกายวิภาคของสมองพบว่า มีเซลล์ประสาทเหล่านี้ทั้งหมด และเชื่อมต่อด้วยเซลล์ประสาทกับอวัยวะรับความรู้สึกทั้งหมดและทุกสิ่งทุกอย่าง โดยเฉพาะในช่วงศตวรรษที่ 17 ผู้คนเริ่มมีความมั่นใจมากขึ้นเรื่อยๆ ว่าเป็นสมองที่กำลังคิดอยู่ มันทำได้อย่างไรพวกเขาไม่ค่อยแน่ใจ Descartes ปราชญ์ชาวฝรั่งเศส มองไปที่หุ่นจำลองแบบกลไก ขับเคลื่อนด้วยน้ำ และแอนิมาโทรนิกส์ และเขาคิดว่า บางทีเราอาจมีระบบไฮดรอลิกในตัว

เราไม่เป็นเช่นนั้น และในไม่ช้าก็แสดงให้เห็นแล้วว่าไม่มีพลังน้ำในเซลล์ประสาทของเรา แต่นั่นเป็นตัวอย่างของคนที่พยายามใช้เทคโนโลยีเพื่ออธิบายและทำความเข้าใจการทำงานของสมอง

[ในเวลาต่อมา นักวิจัยได้รับแรงบันดาลใจจากกลไกจักรกลอัตโนมัติ เช่นเดียวกับด้านล่าง]

ฉันคิดว่าโทรเลขเป็นตัวอย่างที่ช่วยให้ฉันเข้าใจได้ดีที่สุดว่าการมีอุปมาทางเทคโนโลยีช่วยให้นักวิจัยเข้าใจสมองได้อย่างไร คุณบอกฉันได้ไหมว่าเกิดอะไรขึ้นที่นั่น?

ในที่สุดโทรเลขก็ใช้งานได้จริงในช่วงกลางทศวรรษที่ 1830 และ ’40 และกระจายไปทั่วทั้งทวีปอย่างรวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อ และแทบจะในทันที นักวิทยาศาสตร์ได้วาดเส้นขนานระหว่างเครือข่ายโทรเลขกับระบบประสาทและสมอง

อุปมาเรื่องการสื่อสาร การต่อสาย และเหนือสิ่งอื่นใด มีข้อมูลอยู่ในสายดังกล่าว ไม่ว่าจะเป็นข่าว ข้อเท็จจริง และคำสั่ง จากศูนย์กลางออกไปสู่ส่วนนอกเพื่อทำให้สิ่งต่างๆ เกิดขึ้น ที่เปลี่ยนแปลงไปมากในการมองเห็นสมอง

การคิดถึงสมองเหมือนกับโทรเลข ส่งสัญญาณไฟฟ้าจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง มันช่วยนักวิจัยได้อย่างไร?

ตัวอย่างเช่น พวกเขาดูโครงสร้างของสายเคเบิลใต้ทะเลที่บรรทุกข้อความโทรเลขข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก และพวกเขาก็สามารถเห็นได้ว่ามีแกนทองแดงอยู่ตรงกลาง และรอบๆ มันคือฉนวน จากนั้นพวกเขาก็ดูที่เซลล์ประสาท ที่เส้นประสาท และพวกเขาพูดว่า “ก็เหมือนกันทุกประการ” มีปลอกหุ้มด้านนอกซึ่งดูเหมือนว่าจะเป็นฉนวน ดังนั้น แม้แต่ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับหน่วยพื้นฐานที่สุดของระบบประสาทก็เริ่มถูกหลอมรวมเข้ากับความเข้าใจในเทคโนโลยีของเราอย่างสมบูรณ์

เมื่อใดที่พวกเขามาถึงจุดที่พวกเขาตระหนักว่าคำเปรียบเทียบของโทรเลขอาจมีข้อจำกัด หรือไม่ใช่การเปรียบเทียบที่สมบูรณ์แบบสำหรับสมอง

ปัญหาหลักของระบบโทรเลขคือมันได้รับการแก้ไขแล้วและการเดินสายเป็นแบบคงที่ มันไม่เปลี่ยนแปลง คุณส่งข้อความจากสำนักงานใหญ่ลงไปที่สำนักงานสาขาของคุณในเขตชานเมือง แค่นั้นเอง คุณไม่สามารถตัดสินใจเปลี่ยนเส้นทางข้อความนั้นไปยังสำนักงานใหญ่ ไปยังสำนักงานสาขา หรือไปที่อื่นที่อยู่ติดกัน

สิ่งที่เกิดขึ้นคือมีเทคโนโลยีใหม่เข้ามา และผู้คนเริ่มคิดว่า “ที่จริงแล้ว สมองก็เหมือนการแลกเปลี่ยนทางโทรศัพท์มากกว่า” เพราะนั่นคือการพัฒนาครั้งใหญ่ครั้งต่อไป

การแลกเปลี่ยนทางโทรศัพท์ – เหมือนกับผู้ดำเนินการสวิตช์บอร์ดเสียบสายเคเบิลเข้าและออกหรือไม่?

การแลกเปลี่ยนทางโทรศัพท์ในปลายศตวรรษที่ 19 ประกอบด้วยตะแกรงสล็อตที่มีสายไฟเข้าไป และถ้าคุณต้องการโทรศัพท์หาใครสักคน คุณจะต้องรับเครื่องรับที่บ้าน และไฟจะสว่างขึ้นในการแลกเปลี่ยนในพื้นที่ และหนึ่งในผู้ให้บริการโทรศัพท์ ซึ่งโดยปกติเป็นผู้หญิง จะเสียบสายเข้าไปในช่องเสียบของคุณ

จากนั้นเธอก็จะพูดว่า “คุณต้องการหมายเลขอะไร” แล้วเธอก็ต่อสายนั้นกับหมายเลขที่คุณต้องการคุยด้วย ดังนั้นประเด็นสำคัญที่นี่คือข้อความสามารถเปลี่ยนปลายทางได้ การเดินสายไฟนั้นยืดหยุ่นได้ โดยจะเปลี่ยนแปลงไปตามสิ่งที่คุณกำลังทำ และสิ่งนี้ก็เกิดขึ้นพร้อมกับการรับรู้ถึงโครงสร้างของระบบประสาท neuroanatomy ที่สวยงามอย่างน่าอัศจรรย์ด้วยรอยเปื้อนใหม่ที่ผู้คนกำลังพัฒนา หมายความว่าพวกเขาสามารถเห็นโครงสร้างเหล่านี้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์โดยเฉพาะ

โครงสร้างเหล่านี้และความเชื่อมโยงกัน เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา เติบโต และระบบประสาทของเราไม่คงที่ และนั่นก็เหมือนกับการแลกเปลี่ยนทางโทรศัพท์มากกว่าระบบโทรเลข คุณยังคงมีความคิดที่ว่าข้อความจะพังทลาย แต่ตอนนี้มันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ — มันสามารถเปลี่ยนแปลงได้และเป็นพลาสติก

แล้วโทรศัพท์ล่ะ?

อุปมาที่โดดเด่นก็คือ สมองก็เหมือนคอมพิวเตอร์ กำลังดำเนินการคำนวณบางอย่าง และความคิดนั้นซึ่งเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1940 และต้นทศวรรษ 1950 ยังคงครอบงำกว่า 70 ปี

คำอุปมานี้มีข้อ จำกัด ที่ชัดเจน มีนักวิทยาศาสตร์ไม่มากนักที่จะพูดว่า “แท้จริงแล้ว สมองก็เหมือนคอมพิวเตอร์ที่มีหน่วยประมวลผลกลาง มีบอร์ดกราฟิก” ถ้าฉันนำหน่วยกราฟิกออกจากคอมพิวเตอร์ของฉัน มันจะไม่มีภาพใด ๆ ในขณะที่ถ้า ฉันทำลายส่วนใดส่วนหนึ่งของสมองของฉัน หากฉันโชคดี สมองส่วนอื่น ๆ ของฉันอาจมีความยืดหยุ่นพอที่จะฟื้นตัว บางส่วนของการทำงานเหล่านั้น สมองยังมีชีวิตอยู่

หากเราเห็นข้อจำกัดของคำอุปมานี้ที่เราทำงานด้วยมา 70 ปี นั่นเป็นเพราะคำอุปมาทางคอมพิวเตอร์นั้นใช้ไม่ได้ผลแล้วอย่างนั้นหรือ มีคำอุปมาที่ดีกว่าไหม?

ถ้าฉันรู้ ฉันคงรวยมาก ฉันไม่แน่ใจว่าการพูดว่า “ใช่ เราต้องการอุปมาใหม่” จะช่วยเราได้ เมื่อตอนที่ฉันยังเป็นนักศึกษาปริญญาตรี โฮโลแกรมเป็นเรื่องใหญ่ แต่ผู้คนก็ละทิ้งมัน ไม่นานมานี้ กับการถือกำเนิดของคลาวด์คอมพิวติ้ง ผู้คนเริ่มพูดว่า “อืม สมองอาจจะเหมือนกับระบบคลาวด์คอมพิวติ้งมากกว่า” แต่ไม่มีการทดลองใดเกิดขึ้นจากการใช้คำอุปมา

สมองมีวิวัฒนาการมากกว่า 600 ล้านปี เชื้อสายของสัตว์แต่ละตัวมีสมองที่แตกต่างกันซึ่งตอบสนองและประมวลผลโลกในรูปแบบที่แตกต่างกันเนื่องจากวิวัฒนาการในอดีต ดังนั้นสมองของเราอาจไม่มีคำอธิบายเดียว บางทีนั่นอาจเป็นความผิดพลาด บางทีเราอาจจะแค่ต้องพอใจกับคำอธิบายเล็กๆ น้อยๆ มากมาย

หน้าแรก