"มาตรวัดระยะทางภายในสมอง" ที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบล่าสุด สำคัญอย่างไร ?

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบ "มาตรวัดระยะทาง (mileage clock)" ในสมองเป็นครั้งแรก จากการบันทึกคลื่นสมองของหนูทดลองขณะวิ่ง

ข้อค้นพบดังกล่าวมาจากทีมนักวิจัยปล่อยหนูทดลองให้วิ่งอย่างอิสระภายในสนามขนาดเล็กที่ออกแบบมาให้เหมาะกับขนาดตัวของหนู พร้อมกับบันทึกกิจกรรมของสมองในบริเวณที่เป็นที่ทราบก่อนหน้านี้ว่ามีบทบาทสำคัญต่อการนำทางและความทรงจำ

พวกเขาพบว่าเซลล์ในบริเวณนั้น "ยิงสัญญาณ" ตามรูปแบบที่ดูคล้ายกับมาตรวัดระยะทาง โดยจะส่งสัญญาณทุก ๆ กี่ก้าวที่สัตว์เดินทางไป

ต่อมาจึงมีการทดลองเพิ่มเติมกับอาสาสมัครมนุษย์ด้วยการเดินภายในสนามจำลองซึ่งมีขนาดใหญ่ขึ้นตามสัดส่วนของมนุษย์ ผลพบว่าสมองของมนุษย์ก็มี "มาตรวัดระยะทาง“ แบบเดียวกันนี้เช่นกัน

งานวิจัยชิ้นนี้ตีพิมพ์ในวารสารเคอร์เรนท์ ไบโอโลยี (Current Biology) โดยเนื้อหาระบุว่าเป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่าสิ่งที่รู้จักกันในนาม "เซลล์กริด" (grid cells) ซึ่งมีการเต้นอย่างสม่ำเสมอและมีความเชื่อมโยงโดยตรงกับความสามารถในการประเมินระยะทางที่เราเดินทางมาได้อย่างแม่นยำ

อาการสมองล้า

"ลองจินตนาการว่าคุณเดินจากห้องครัวไปยังห้องนั่งเล่น" ศาสตราจารย์เจมส์ เอนจ์ หัวหน้าทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเซนต์แอนดรูว์ส กล่าว "เซลล์เหล่านี้อยู่ในส่วนของสมองที่ทำหน้าจะสร้างแผนที่ภายใน ซึ่งทำให้เราสามารถวางตัวเองไว้ในสภาพแวดล้อมผ่านจินตนาการ"

งานวิจัยนี้ช่วยให้เข้าใจถึงกลไกการทำงานของแผนที่ภายในสมองได้ลึกซึ้งมากขึ้น รวมถึงทำให้เข้าใจได้ว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อระบบนี้ผิดปกติ

หากสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไป "มาตรวัดระยะทาง" จะถูกรบกวน ทำให้ทั้งหนูและมนุษย์เริ่มประเมินระยะทางผิดพลาด

ในชีวิตจริง สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่ออยู่ในความมืด หรือเมื่อหมอกลงขณะเดินป่า ซึ่งทำให้การประเมินระยะทางที่เดินไปกลายเป็นเรื่องยากขึ้น เพราะกลไกการนับระยะทางในสมองเริ่มทำงานไม่แม่นยำ

ในการทดลองเพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ นักวิจัยได้ฝึกหนูให้วิ่งเป็นระยะทางที่กำหนดภายในสนามรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า โดยให้รางวัลเป็นซีเรียลช็อกโกแลต เมื่อหนูวิ่งได้ในระยะทางที่ถูกต้องและสามารถกลับมายังจุดเริ่มต้นได้

เมื่อหนูวิ่งได้ระยะทางที่ถูกต้อง เซลล์สมองที่ทำหน้าที่นับระยะทางจะส่งสัญญาณอย่างสม่ำเสมอในทุก ๆ 30 เซนติเมตรที่หนูเคลื่อนที่โดยประมาณ

"ยิ่งรูปแบบการส่งสัญญาณของเซลล์เหล่านี้สม่ำเสมอมากเท่าไร หนูก็ยิ่งประเมินระยะทางที่ต้องวิ่งเพื่อให้ได้รางวัลได้แม่นยำมากขึ้น" ศาสตราจารย์เอนจ์ อธิบาย

ในการทดลองนี้ นักวิจัยยังสามารถบันทึกการทำงานของ "มาตรวัดระยะทาง" ในสมองของหนูได้อย่างชัดเจน

ที่สำคัญ เมื่อทีมนักวิทยาศาสตร์เปลี่ยนรูปร่างของสนามทดลอง รูปแบบการส่งสัญญาณที่เคยสม่ำเสมอกลับกลายเป็นไม่แน่นอน ส่วนพวกหนูทดลองก็เริ่มประเมินระยะทางผิดพลาด ไม่สามารถวิ่งกลับไปยังจุดเริ่มต้น เพื่อรับรางวัลได้อย่างถูกต้อง

"มันน่าทึ่งมาก" ศาสตราจารย์เอนจ์ กล่าว "พวกมันดูเหมือนจะประเมินระยะทางต่ำกว่าความเป็นจริงอย่างต่อเนื่อง ความไม่สม่ำเสมอของสัญญาณในสมอง ส่งผลบางอย่างทำให้พวกมันหยุดเร็วเกินไป"

นักวิทยาศาสตร์เปรียบเทียบสิ่งนี้กับสถานการณ์ที่จุดสังเกตทางสายตาหายไปในหมอก

"แน่นอนว่าการนำทางในหมอกเป็นเรื่องยากอยู่แล้ว แต่สิ่งที่หลายคนอาจไม่ตระหนักก็คือ มันยังส่งผลต่อความสามารถในการประเมินระยะทางของเราด้วย"

สำหรับการทดลองในมนุษย์นั้น นักวิจัยได้ขยายขนาดสนามทดลองให้ใหญ่ขึ้น โดยสร้างสนามขนาด 12 x 6 เมตรภายในอาคารสหภาพนักศึกษาของมหาวิทยาลัย และให้อาสาสมัครทำภารกิจเดียวกับหนูทดลองโดยเดินเป็นระยะทางที่กำหนด แล้วกลับไปยังจุดเริ่มต้น

อาสาสมัครสามารถประเมินระยะทางได้อย่างแม่นยำเมื่ออยู่ในสนามรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่สมมาตรเช่นเดียวกับหนูทดลอง แต่เมื่อทีมนักวิจัยปรับเปลี่ยนผนังของสนามให้มีรูปร่างแตกต่างออกไป ผู้เข้าร่วมการทดลองก็เริ่มทำผิดพลาด

ศาสตราจารย์เอนจ์อธิบายว่า "ทั้งหนูและมนุษย์สามารถเรียนรู้ภารกิจการประเมินระยะทางได้ดีมาก แต่เมื่อเราปรับเปลี่ยนสภาพแวดล้อมในลักษณะที่เราทราบว่าไปรบกวนสัญญาณในสมองของหนู เราก็จะเห็นรูปแบบพฤติกรรมเดียวกันในมนุษย์อย่างชัดเจน"

นอกจากงานวิจัยนี้จะเผยให้เห็นหลักการพื้นฐานเกี่ยวกับการนำทางของสมองแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังระบุว่า ผลการศึกษานี้อาจช่วยในการวินิจฉัยโรคอัลไซเมอร์ได้ด้วย

"เซลล์สมองเฉพาะกลุ่มที่เรากำลังบันทึกข้อมูลอยู่นี้ อยู่ในบริเวณแรก ๆ ของสมองที่ได้รับผลกระทบจากโรคอัลไซเมอร์" ศาสตราจารย์เอนจ์ อธิบาย

"ปัจจุบันมีการพัฒนาเกม [สำหรับใช้ในการวินิจฉัย] ที่สามารถเล่นผ่านโทรศัพท์มือถือได้ เราสนใจจะพัฒนาเครื่องมือในลักษณะเดียวกัน แต่เน้นไปที่การประเมินระยะทางโดยเฉพาะ" เขากล่าว