نمی توانید کلیدهای خود را پیدا کنید؟ شما به یک مغز چیکدی(موعی پرنده های کوهستانی) نیاز دارید
منبع: دانشگاه کرنل
برای اولین بار، محققان نشان دادند که یک جزء ژنتیکی در زمینه خاطرات فضایی شگفت انگیز Chickadees کوهستانی وجود دارد. این پرندگان پر انرژی هر پاییز هزاران ماده غذایی را پنهان می‌کنند و برای پشت سر گذاشتن زمستان‌های سخت در کوه‌های غرب به این فروشگاه‌های پنهان تکیه می‌کنند.
برای یافتن این حافظه‌های پنهان، بچه‌ها از توانایی‌های حافظه فضایی بسیار تخصصی استفاده می‌کنند. اگرچه اساس ژنتیکی برای حافظه فضایی برای انسان و سایر پستانداران نشان داده شده است، شواهد مستقیمی از این ارتباط هرگز در پرندگان شناسایی نشده است.
این یافته ها به تازگی در مجله Current Biology منتشر شده است. این تحقیق با همکاری دانشمندان آزمایشگاه پرنده‌شناسی کرنل، دانشگاه کلرادو بولدر، دانشگاه نوادا، رنو و دانشگاه اوکلاهاما انجام شده است.
یک پژوهش
کری برانچ، نویسنده اصلی در آزمایشگاه پرنده‌شناسی کرنل، می‌گوید: همه ما از حافظه فضایی برای حرکت در محیط خود استفاده می‌کنیم. “بدون حافظه هیچ یادگیری وجود ندارد و یک موجود زنده باید برای هر کاری از صفر شروع کند. بنابراین، این واقعاً زندگی و مرگ است که این پرندگان بتوانند به خاطر بیاورند که غذای خود را کجا ذخیره کرده اند. ما توانسته‌ایم نشان دهیم که انتخاب طبیعی توانایی آنها را برای به خاطر سپردن مکان‌ها شکل می‌دهد.»
اگر انتخاب طبیعی (بقای شایسته) در حال شکل دادن به حافظه جوجه است، معیارهای خاصی باید رعایت شود. در این ویژگی باید تنوع وجود داشته باشد: برخی از جوجه ها در واقع بهتر از دیگران در پیدا کردن مجدد فروشگاه خود هستند. باید یک مزیت متناسبی وجود داشته باشد: پرندگانی که عملکرد بهتری در حافظه فضایی دارند، احتمال بیشتری برای زنده ماندن و تولید فرزندان دارند. مهمتر از همه، تنوع در صفت باید مبنای ژنتیکی داشته باشد.
برانچ توضیح می‌دهد: «محیط از نظر شکل‌دهی رفتار هنوز اهمیت زیادی دارد، اما کار ما در اینجا نشان می‌دهد که ژن‌ها ممکن است ساختارهای مغزی را ایجاد کنند، و سپس تجربه و یادگیری می‌تواند در بالای آن ایجاد شود.
چگونه حافظه یک جوجه را اندازه گیری می کنید؟ نویسنده ارشد ولادیمیر پراووسودوف و تیمش در دانشگاه نوادا، رنو، آرایه‌هایی از فیدرهای «هوشمند» را برای اندازه‌گیری حافظه در جمعیتی از Chickadees کوهستانی وحشی در کوه‌های سیرا نوادا کالیفرنیا طراحی کردند. هر فیدر مجهز به سنسورهای شناسایی فرکانس رادیویی است.
42 پرنده آزمایش شده با برچسب های پایی به اندازه یک دانه برنج نصب شده بودند که سیگنال شناسایی را منتشر می کند. هر پرنده به یکی از هشت تغذیه کننده در هر آرایه اختصاص داده شد. سنسور فیدر تگ شناسه پرنده را می خواند و اگر فیدر منطبق با آن فرد باشد، با یک مکانیسم در را برای آنها باز می کرد و پرنده یک دانه می گیرد. دانشمندان سپس بررسی کردند که قبل از اینکه پرندگان به طور مداوم به تغذیه مناسب بروند، چند بار تلاش می کنند؟!
سیستم حافظه
پراووسودوف گفت: “این یک سیستم موثر برای آزمایش یادگیری و حافظه فضایی در صدها جوجه وحشی در محیط طبیعی آنها است.” ما قبلاً نشان داده بودیم که حتی تغییرات بسیار کوچک در عملکرد با تفاوت در بقا مرتبط است.
برای درک ارتباط بین حافظه فضایی و معماری ژنتیکی، جورجی سمنوف و اسکات تیلور از دانشگاه کلرادو بولدر، ژنوم های Mountain Chickadee را توالی یابی کردند.
سمنوف گفت: “ما از دو روش برای پیوند تغییرات ژنتیکی با حافظه فضایی در جوجه ها استفاده کردیم.” «در رویکرد سنتی در سراسر ژنوم، ما داده‌های ژنتیکی افراد را مقایسه کردیم، از آنهایی که در یادگیری فضایی و وظایف حافظه عملکرد خوبی داشتند تا آنهایی که عملکرد ضعیفی داشتند. ما همین مقایسه را با یک الگوریتم جدید یادگیری ماشین انجام دادیم. هر دو روش صدها تفاوت مرتبط با حافظه فضایی را نشان دادند. بسیاری از تغییرات در ژنوم ها در مناطقی دیده می شود که با یادگیری، حافظه و رشد نورون ها در مغز مرتبط هستند.
نویسندگان می گویند که سؤالات زیادی در مورد تأثیر خود حافظه فضایی باقی می ماند، از جمله اینکه چه نقشی ممکن است در انتخاب جنس مونث برای همسر داشته باشد.
این تحقیق با کمک‌های مالی به دانشگاه نوادا، رنو، و دانشگاه کلرادو بولدر، از بنیاد ملی علوم و توسط فلوشیپ پسادکتری رز از آزمایشگاه پرنده‌شناسی کرنل حمایت شد.
کمی بیشتر
مصاحبه با یکی از نویسندگان این مقاله
با وجود وزن کمتر از نیم اونس، جوجه‌های کوهستانی می‌توانند در زمستان‌های سخت با دمای زیر صفر، بادهای زوزه‌کش و بارش برف سنگین جان سالم به در ببرند. چگونه این کار را انجام می دهند؟ با گذراندن پاییز در مخفی کردن 80000 بذر منفرد، که سپس آنها را – با حافظه – در طول زمستان بازیابی می کنند. توانایی شگفت‌انگیز آنها در ردیابی این تعداد مکان، خاطره آنها را در میان تاثیرگذارترین مکان‌ها در قلمرو حیوانات قرار می‌دهد.
این امر همچنین باعث می شود که جوجه ها به موضوعی جذاب برای محققان رفتار حیوانات تبدیل شوند. ولادیمیر پراووسودوف، بوم شناس شناختی از دانشگاه نوادا، رنو، کار خود را وقف مطالعه حافظه شگفت انگیز این پرنده کوچک سخت کرده است. او و تیموتی راث، نویسنده همکار، در سال 2013 درباره اکولوژی شناختی ذخیره غذا در بررسی سالانه اکولوژی، تکامل و سیستماتیک نوشتند که پاسخ به سؤالات بزرگ در مورد تکامل شناخت ممکن است در مغز این پرندگان کوچک باشد.
در ماه جولای، در جلسه انجمن رفتار حیوانات در شیکاگو، پراووسودوف آخرین تحقیقات گروه خود را در مورد جوجه‌های وحشی که در کوه‌های سیرا نوادا زندگی می‌کنند ارائه کرد. او و دانشجویان تحصیلات تکمیلی اش توانستند برای اولین بار نشان دهند که حافظه فضایی یک پرنده تأثیر مستقیمی بر بقای آن دارد. این تیم این کار را با ساخت یک ابزار آزمایشی انجام داد که از فناوری شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) و باندهای پای الکترونیکی برای آزمایش حافظه تک تک پرندگان در طبیعت و سپس ردیابی طول عمر آنها استفاده می کند. محققان دریافتند پرندگانی که بهترین حافظه را دارند به احتمال زیاد در زمستان زنده می مانند.
برخی از ایده های بزرگی که کار شما را در مورد جوجه ها هدایت می کند چیست؟
اگر برخی از گونه‌ها باهوش هستند یا باهوش نیستند، سؤال این است: چرا؟ بوم شناسان شناختی مانند من به طور خاص در تلاش هستند تا دریابند کدام عوامل بوم شناختی ممکن است تکامل این تفاوت ها در شناخت را شکل داده باشد. به عبارت دیگر، ایده درک دلایل اکولوژیکی و تکاملی برای تنوع در شناخت است.
چرا جوجه ها را انتخاب کردید؟
ما از پرندگان ذخیره غذا استفاده می کنیم زیرا آنها مانند ماشین های حافظه هستند – آنها بسیار به حافظه متکی هستند، بنابراین آنها مدل خوبی برای این نوع چیزها هستند. افراد دیگر به تفاوت‌های بین پرندگان نر و ماده نگاه کرده‌اند، زیرا ماده‌ها باید لانه‌های بسیاری از گونه‌های دیگر را برای تخم‌گذاری در آن بیابند و زیر نظر بگیرند – که این یک کار بسیار سنگین مبتنی بر حافظه است. مردم همچنین به تفاوت‌های بین ول‌های تک‌همسر و ولها که در آن نرها جفت‌های متعدد و قلمروهای بزرگتری دارند، توجه کرده‌اند. دومی حافظه بهتر و هیپوکامپ بزرگتری دارند.
تحقیقات اکولوژی شناختی در کنفرانس امسال بسیار محبوب بود. آیا این رشته ای است که در حال حاضر
به سرعت در حال رشد و پیشرفت است؟
من هم اینچنین فکر میکنم. این زمینه در ابتدا با مقایسه چندین گونه شروع شد، و این از برخی جهات خوب بود، اما از جهات دیگر کاملاً کارساز نبود. من فکر میکنم این تا حد زیادی به این دلیل بود که وقتی گونه‌های مختلف را با هم مقایسه می‌کنید، تفاوت‌های زیادی بین آنها وجود دارد، نه فقط شناخت. و وقتی آنها را آزمایش می کنید، همه این تفاوت ها به نحوه عملکرد آنها کمک می کند. به عنوان مثال، گونه ها به اسارت بسیار متفاوت واکنش نشان می دهند. همه حیوانات طوری تکامل یافته اند که به روش خاصی عمل می کنند و هنگامی که گونه های مختلف را به آزمایشگاه می آورید و همه آنها را در یک اتاق سفید قرار می دهید، حتی گونه های نزدیک به هم به طور متفاوتی به آن اتاق پاسخ می دهند. این امر تشخیص اینکه کدام تفاوت‌های رفتاری ناشی از تفاوت‌های شناختی است، دشوار می‌کند.
برای حل این مشکل، شما باید به تفاوت‌های بین جمعیت‌های یک گونه نگاه کنید. وقتی به گونه‌ای مشابه نگاه می‌کنید، حداقل شبیه‌تر از مقایسه کردن، مثلاً جوجه‌ها است. بنابراین ما با مقایسه جوجه‌های آلاسکا با جوجه‌های اهل کلرادو در آزمایشگاه شروع کردیم. ایده این بود که در آلاسکا در زمستان واقعاً خشن است، اما در کلرادو ملایم‌تر است و جوجه‌ها باید کمتر به ذخیره‌سازی غذا تکیه کنند، بنابراین نیازی به حافظه خوب نیست. و مطمئناً، تفاوت‌های بزرگی بین این دو جمعیت پیدا کردیم: پرندگان آلاسکا حافظه بهتر، هیپوکامپ بزرگ‌تر و نورون‌های بیشتری داشتند.
بسیاری از کارهای کلاسیک در زمینه اکولوژی شناختی به این موضوع پرداخته اند که چرا برخی از گونه ها مغز بزرگتری دارند، به ویژه ناحیه ای از مغز به نام هیپوکامپ. در آزمایشگاه من، ما روی حافظه فضایی کار می کنیم، که به خوبی شناخته شده است که با هیپوکامپ مرتبط است. بنابراین، ما به بررسی تنوع در اندازه هیپوکامپ، تعداد نورون‌ها، اندازه نورون‌ها و چگونگی ارتباط آنها با تغییرات حافظه پرداخته‌ایم.
ارائه شما جمعیت زیادی را جذب کرد. می توانید توضیح دهید که چه چیزی این همه علاقه مند شده است؟
مطالعات تطبیقی هنوز به طور مستقیم نشان نمی دهد که چگونه تفاوت های شناختی رخ می دهد. آنها پیشنهاد می کنند، و همه فرض می کنند، این انتخاب طبیعی است، اما هیچ کس نتوانست آن را نشان دهد. مردم سعی کردند پرندگان را در آزمایشگاه آزمایش کنند و سپس آنها را رها کنند تا ببینند تفاوت های شناختی آنها چگونه بر بقای آنها تأثیر می گذارد، اما این کار مؤثر نبود. بنابراین سالها پیش من را مجبور کرد که وارد این رشته شوم. و بخشی از آن ساخت دستگاهی با قابلیت RFID بود تا بتوانیم شناخت آنها را در طبیعت آزمایش کنیم. ما همچنین می‌توانیم بقای جوجه‌ها، تولید مثل، و با چه کسانی جفت می‌شوند را دنبال کنیم.
کاری که من در جلسه ارائه کردم به طور خاص به نوجوانان در سال اول آنها نگاه می کرد تا ببیند آیا انتخاب طبیعی بر شناخت تأثیر می گذارد یا خیر. اگر چنین است، ما انتظار داریم که ببینیم پرندگانی که در آزمون شناختی بهتر عمل کردند و حافظه فضایی بهتری دارند، احتمال بیشتری برای زنده ماندن در اولین زمستان خود خواهند داشت و پرندگانی که عملکرد بدتری داشتند احتمال مرگ بیشتر خواهند داشت. و این چیزی است که ما پیدا کردیم. ما برای اولین بار مستقیماً آنچه را که همه مشکوک بودند تأیید کردیم – که بله، به نظر می رسد آنچه در حال رخ دادن است این است که شناخت فضایی مستقیماً توسط انتخاب طبیعی انجام می شود.
ما همچنین جوجه های کوهستانی را که در ارتفاعات بالاتر و پایین تر در سیرا زندگی می کردند مقایسه کردیم. در ارتفاعات بالاتر، تقریباً 70 درصد از نوجوانان(پرندگان ) ممکن است در اولین زمستان خود هر سال بمیرند. آن خیلی زیاد است! اگر به انتخاب علاقه دارید، این خوب است. اگر حیوانات بیشتری می میرند و دلیلی وجود دارد که برخی از حیوانات بهتر زنده بمانند، خوب، اینجاست که می توانید نتایج انتخاب را به بهترین نحو مشاهده کنید: آنهایی که زنده می مانند تولید مثل می کنند و فرزندان آنها باید برای زنده ماندن در شرایط سخت مجهزتر باشند.
بنابراین در ارتفاعات بالا می دانیم که پرندگان به طور قابل توجهی غذای بیشتری نسبت به پرندگانی که در ارتفاعات پایین زندگی می کنند ذخیره می کنند. آنها همچنین شناخت فضایی بسیار بهتری را نشان می‌دهند و هیپوکامپ بزرگ‌تر، نورون‌های بیشتر، نورون‌های بزرگ‌تر و نورون‌های جدید بیشتری تشکیل می‌دهند. تفاوت بین این دو جمعیت شگفت‌آور است – بسیار بزرگ است.
و اکنون نیز نشان داده ایم که مرگ و میر نوجوانان در ارتفاعات بیشتر است. اما این مورد برای بزرگسالان در ارتفاعات بالا صدق نمی کند: برای کسانی که موفق به زنده ماندن می شوند، میزان مرگ و میر کمتر از بزرگسالان در ارتفاعات پایین است، جایی که شرایط خفیف تر است. بنابراین، به عبارت دیگر، اگر آنها ویژگی های شناختی برای عبور از انتخاب سخت در ارتفاعات بالاتر و زنده ماندن اولین زمستان خود را داشته باشند، می توانند بسیار طولانی تر زندگی کنند. این علیرغم وجود حجم دیوانه کننده برف در آن ارتفاعات است – ما در مورد 20 یا 25 فوت برف در برخی سالها صحبت می کنیم.
آیا تفاوت های شناختی فراتر از بقا تأثیر می گذارد؟
بله، ما همچنین نشان داده‌ایم که ماده‌هایی که با نرهایی با حافظه بهتر جفت می‌شوند، چنگال‌های بزرگتری دارند و بچه‌های بزرگتری تولید می‌کنند. اکنون ما سعی می کنیم دلیل آن را بفهمیم. دلیلش این نیست که این نرها می‌توانند غذای بیشتری را برای بچه‌ها فراهم کنند، زیرا از مخفی‌گاه‌ها برای تغذیه بچه‌ها استفاده نمی‌کنند. (هم بزرگسالان و هم جوانان در بهار حشرات می خورند.) و به نظر نمی رسد نرها از حافظه عالی خود برای تولید مثل استفاده کنند. حافظه آنها بسیار خوب است زیرا آنها باید تمام این ده ها هزار حافظه پنهان را بازیابی کنند. تا آنجایی که پرورش وجود دارد، بیش از حد ساخته شده است – کمی شبیه به داشتن فناوری فضایی برای قرار دادن کره روی ساندویچ شما.
بنابراین هر گونه تفاوت فردی در حافظه برای بقا در زمستان حیاتی خواهد بود، زمانی که یافتن حافظه پنهان برای بقا ضروری است، اما به احتمال زیاد تفاوتی در طول تولید مثل، زمانی که نیاز به حافظه بسیار کمتر است، ایجاد نمی کند.
تنها راهی که می‌توانیم برای توضیح آن فکر کنیم، سرمایه‌گذاری برای آینده است: ماده‌ها بیشتر تولید می‌کنند زیرا فرزندانشان به احتمال زیاد زنده می‌مانند، زیرا ژنتیکی را دارند که به آنها اجازه می‌دهد حافظه بهتری داشته باشند. سوال بزرگی که اکنون روی آن کار می کنیم این است که چگونه زنان می دانند کدام نرها حافظه بهتری دارند. ممکن است آنها بتوانند مردها را در حال بازیابی حافظه پنهان تماشا کنند. اما ما فکر می‌کنیم که توضیح بالقوه منطقی‌تر این است که تنوع در شناخت به نحوی با کیفیت آهنگ مردانه یا برخی ویژگی‌های دیگر، شاید پر و بال نشان داده می‌شود.
آیا آنچه در مورد جوجه ها آموخته اید می تواند چیزی در مورد حافظه و شناخت به طور کلی به ما بیاموزد؟
فکر میکنم می‌تواند توضیح دهد که چگونه حافظه در چندین گونه تکامل می‌یابد، چرا حافظه برخی از گونه‌ها ممکن است بهتر و برخی گونه‌ها بدتر باشد، چگونه می‌تواند در طول زمان تغییر کند، و چرا. در ادامه، ما به ژنتیک نیز نگاه می کنیم. در حال حاضر ما با اسکات تیلور در دانشگاه کلرادو بولدر برای توالی‌یابی ژنوم‌های کامل جوجه‌ها همکاری می‌کنیم. ما قبلا ژنوم 40 فرد را توالی یابی کرده ایم – 20 نفر از ارتفاعات بالا، 20 نفر از ارتفاعات پایین. از هر ارتفاع، پرندگانی را انتخاب کردیم که بهترین و بدترین عملکرد را در تست های حافظه داشتند. اکنون ما در تلاشیم تا ببینیم چه تفاوت‌های ژنتیکی ممکن است به این تفاوت‌های حافظه کمک کند.
و اکنون، با دستگاه RFID خود، می توانیم حافظه فضایی را در طبیعت آزمایش کنیم، و می توانیم عملکرد را در طول زمان ردیابی کنیم. بنابراین به طور فرضی ما می توانیم چیزهایی مانند پیری و پیری را بهتر از هر کسی در آزمایشگاه مطالعه کنیم..
هنگامی که حیوانی را در آزمایشگاه می آورید، زندگی طبیعی خود را ندارد، حتی اگر یک موش باشد. موش ها به طور طبیعی در یک وان پلاستیکی کوچک زندگی نمی کنند، آنها در محیط بسیار پیچیده تری زندگی می کنند. در مورد پرندگان وحشی هم همینطور است. اگر پرندگان وحشی را به آزمایشگاه بیاورید، ممکن است خوب باشند، اما پیر نمی‌شوند.
اگر حیوانات را در حیات وحش برای تمام عمرشان ردیابی و آزمایش کنیم، ممکن است شانس بیشتری برای کشف و مطالعه پیری داشته باشیم. و ما می‌توانیم دو گونه نزدیک به هم را آزمایش کنیم، مثلاً جوجه‌ها و جوان‌های بزرگ ما، که غذا را در حافظه پنهان نمی‌کنند و بنابراین ممکن است به حافظه فضایی تخصصی نیاز نداشته باشند.
اگر بخواهیم دریابیم که برای جوانان بزرگ، شناخت در سه سالگی شروع به کاهش می کند، و پرندگان ما ممکن است در هفت سالگی – اوه. سپس می‌توانیم سؤالات بسیار جالبی در مورد اینکه چگونه این دو گونه متفاوت پیر می‌شوند و چگونه جوجه‌ها حافظه خود را برای مدت طولانی‌تری حفظ می‌کنند، بپرسیم. ممکن است به درک بهتر مواردی مانند آلزایمر منجر شود. من احتمالاً نمی‌توانم آن قسمت را خودم انجام دهم، اما کسی ممکن است.
سید مهدی ساداتی هستم. عاشق مغز! داروساز و دانشجوی دکترای تخصصی علوم اعصاب. عضو تیم مرکز سلامت مغز دانا! از علاقه هام شناسوندن کارایی های هیجان انگیز مغز به زبان ساده به آدمهاست! جست و جو می کنم در افسردگی، داروهای موثر بر مغز و سایر بیماری های حوزه ی روان و البته نوروپلاستیسیتی!