كارول أ. بارنز

لدراسة التعلم المكاني والذاكرة، استخدمت كارول بارنز متاهة لاختبار قدرة الفئران على تذكر موقع صندوق الهروب على منصة. أصبحت متاهة بارنز أداةً أساسيةً لاختبار الذاكرة في المختبرات. صُممت متاهة بارنز عام ١٩٧٩، وكانت بديلاً لدراسة الذاكرة دون استخدام مكافآت أو عقوبات خارجية، مع تقليل الضغط على الحيوان طوال العملية.

تألفت الدراسة الأصلية من منصة (  قطرها 122 سم) مرتفعة 91  سم عن الأرض، تحتوي على 18 فتحة دائرية (  قطر كل منها 9.5 سم) موزعة بالتساوي حول محيطها. أسفل إحدى هذه الفتحات يوجد صندوق هروب أسود، أو أي لون داكن يتناقض مع لون المنصة؛ أما باقي الفتحات فتؤدي إلى صناديق هروب وهمية.

تضمنت الدراسة ثلاثة اختلافات في التجربة. أولًا، كان على الفأر ببساطة العثور على حجرة الهروب الموضوعة أسفل إحدى الفتحات. ثانيًا، نُقلت حجرة الهروب إلى فتحة مُدارة بزاوية 120-140 درجة عن الفتحة الأصلية، مع تغطية الفتحة الأصلية. ثالثًا، استُخدمت نفس طريقة الاختلاف الثاني، باستثناء أن الفتحة الأصلية لم تُغطَّ. ووجدت بارنز وفريقها أن أداء الفئران الذكور كان أفضل بشكل عام في جميع اختلافات التجربة. علاوة على ذلك، وجدوا أن الفئران الأصغر سنًا كانت أيضًا أفضل أداءً في جميع الاختلافات، بينما أظهرت الفئران الأكبر سنًا صعوبات ملحوظة في الاختلافين الثاني والثالث. وهذا يُشير إلى ضعف الذاكرة المكانية مع التقدم في السن . ^{[ 15 ]}

باستخدام تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي ، تمكنت بارنز وفريقها من ملاحظة أن حجم الحصين في أدمغة القوارض التي تتقدم في العمر بشكل طبيعي لم يتغير، بينما تغير حجم المادة الرمادية القشرية . وقد أتاح هذا النموذج الحيواني فهمًا لشكل الدماغ أثناء الأداء الطبيعي للإنسان. وبناءً على هذا الفهم، تمت مقارنة النتائج بأدمغة متدهورة نتيجة لمرض الزهايمر (مع العلم أن القوارض لا تُظهر أعراض مرض الزهايمر). تُظهر هذه النتائج أن الحصين، خلال الشيخوخة الطبيعية، يبقى بنفس الحجم، إلا أن وظيفته قد تتراجع مقارنةً بوظائف مناطق أخرى من الدماغ. ^{[ 16 ]}

أظهر التصوير الخلوي الأحادي، عند فحص الأنسجة المتضررة بدقة أكبر، وجود ثلاثة أنواع رئيسية من الخلايا التي تُكوّن الحصين. عند مراقبة نشاط الخلايا وعددها في حصين الفئران، وُجد أن الخلايا الهرمية في منطقتي CA1 و CA3 ظلت نشطة وبحجمها نفسه. مع ذلك، انخفض عدد الخلايا الحبيبية في التلفيف المسنن باستمرار مع التقدم في العمر؛ كما تراجعت وظيفة هذه الخلايا، ما دفع بارنز وفريقها إلى استنتاج أن خلايا هذا التلفيف تُشكّل الحلقة الأضعف في دائرة الحصين المسؤولة عن الذاكرة. ^{[ 17 ]}

إضافةً إلى عملها على نماذج القوارض ، ساهمت بارنز في تطوير مجال أبحاث الشيخوخة الطبيعية باستخدام نماذج الرئيسيات غير البشرية، وتحديدًا قرود المكاك . وقد ساعدت أعمال بارنز المبكرة على قرود المكاك في الربط بين البيانات العصبية البيولوجية المُجمعة من القوارض وبيانات التصوير الوظيفي من كبار السن من البشر. وفي ورقة بحثية بعنوان "يرتبط ضعف الذاكرة لدى الرئيسيات المسنة بخلل وظيفي في شبكة عصبية محددة"، أظهرت بارنز وفريقها أن القرود المسنة تعاني من ضعف كبير في التعرف على الأشياء. ^{[ 18 ]}

بالإضافة إلى ذلك، أظهرت القرود الأكبر سنًا انخفاضًا في كثافة الخلايا العصبية البينية المثبطة التي تُفرز السوماتوستاتين في المنطقة الفرعية CA3 من الحصين. هذه الخلايا العصبية البينية مسؤولة عن تنظيم نشاط الخلايا العصبية المثيرة في الحصين. ومع انخفاض كثافة الخلايا العصبية البينية، ارتفع معدل إطلاق النبضات الأساسي للخلايا العصبية المثيرة في CA3. وترتبط هذه النتيجة بزيادة نشاط الحصين التي لوحظت في دراسات التصوير لدى كبار السن من البشر. وقد ارتبط كل من انخفاض كثافة الخلايا العصبية البينية وزيادة معدلات إطلاق النبضات الأساسية في الحصين بضعف الإدراك. ^{[ 19 ]}

علاوة على ذلك، في ورقة بحثية بعنوان "دليل على وجود نظام ترميز ذاكرة محفوظ تطوريًا في الحصين لدى الثدييات"، وجدت بارنز وفريقها أدلة على أن جميع الثدييات تحتاج إلى نفس عدد الخلايا العصبية في الحصين لترميز ذاكرة تجربة واحدة. تشير هذه النتيجة إلى أن الثدييات الطويلة تستخدم عددًا ثابتًا من الخلايا العصبية لترميز تجربة واقع افتراضي مماثلة. مع ذلك، ونظرًا لاختلاف حجم الحصين، تختلف نسبة الخلايا العصبية المستخدمة لترميز التجربة. تمتلك القوارض أصغر حصين، وبالتالي تستخدم 40% من خلايا الحصين العصبية للترميز، بينما تمتلك الرئيسيات غير البشرية حصينًا أكبر وتستخدم 4%، وأخيرًا، يمتلك البشر أكبر حصين ويستخدمون ما يُقدّر بنحو 2.5% لترميز التجارب. ^{[ 20 ]}

أجرت بارنز أيضًا أبحاثًا لرصد التغيرات في الوظائف التنفيذية مع التقدم الطبيعي في السن. الوظائف التنفيذية هي العمليات المعرفية العليا التي يقوم بها الإنسان، مثل الانتباه، واتخاذ القرارات، والتحكم في الاندفاع، والتحكم العاطفي. وتتوسط هذه الوظائف نشاط قشرة الفص الجبهي . وبالعودة إلى دراسة قرود المكاك ، ركزت بارنز وفريقها على جانبين من الوظائف التنفيذية: مراقبة الانتباه وتحديثه، بالإضافة إلى تغيير الأنماط . تسمح مراقبة الانتباه وتحديثه بتغيير السلوك بما يتوافق مع تغييرات القواعد. على سبيل المثال، عند عرض خيارين، يكون أحدهما هو الخيار الصحيح في البداية؛ ولكن عندما يتغير الخيار الصحيح إلى الخيار الثاني، تساعد مراقبة الانتباه وتحديثه في تصحيح تغيير القاعدة وتعديل السلوك لاختيار الخيار الصحيح. يتم تغيير السلوك من خلال عملية التجربة والخطأ، مما يساعد على ربط الخيار الصحيح بسلوكيات معينة. وقد وجدت بارنز وفريقها أن القرود الأكبر سنًا احتاجت إلى عدد أكبر من المحاولات لتفسير تغيير القاعدة بدقة، مما يشير إلى أن النظام التنفيذي المسؤول عن مراقبة الانتباه وتحديثه يتأثر سلبًا مع التقدم في السن.

لدراسة قدرة تغيير المجموعة، وهي القدرة على تحويل الانتباه لا شعوريًا بين المهام مع الحفاظ على الدقة، قدمت بارنز اختبارًا للتعرف على الأشياء التي تعلمتها قرود المكاك سابقًا. ثم عرضت عليها أشياءً مُشتتة تطلبت تغييرًا في طريقة اختيار الأشياء وتقييم الأشياء الجديدة. أظهرت نتائجها أن القرود الأكبر سنًا تفوقت في التعرف على الأشياء مع وجود هذا التداخل على القرود الأصغر سنًا. وبالتالي، يبدو أن قدرات تغيير المجموعة تبقى محفوظة، إن لم تكن تتحسن، مع التقدم في السن.

لكن أهم ما توصلت إليه هذه الدراسات هو أن جانبي الوظائف التنفيذية، وهما المراقبة والتحديث وتغيير الأنماط، تبين أنهما نظامان مستقلان يتأثران بشكل مختلف مع التقدم في السن. وبناءً على ذلك، تشير بارنز وفريقها إلى أن التغيرات في قشرة الفص الجبهي قد تنتج عن الشيخوخة، لكن المناطق الفرعية المختلفة داخلها تُظهر أنماطًا مختلفة من الشيخوخة. ^{[ 21 ]}

تُعدّ دراسة الشبكات المكانية والذاكرة المكانية لدى قرود المكاك المُسِنّة إحدى المساهمات البحثية الأخيرة لكارول أ. بارنز. درست بارنز وفريقها نشاط الدماغ في أربع حالات حركية مختلفة: داخل الأقفاص، والجلوس، والمشي على جهاز المشي، والمشي بحرية في الفضاء. وخلصت الدراسة إلى أن قرود المكاك الأصغر سنًا تمتلك شبكات مكانية متميزة في جميع الحالات الأربع. في المقابل، أظهرت القرود الأكبر سنًا نشاطًا أقل تحديدًا للشبكات المكانية، ما يعني أن جميع الحالات استدعت تنشيط نفس الشبكة غير المتمايزة. تشير هذه النتيجة إلى أن التغيرات الديناميكية في الشبكة قد تُفسّر قصور الإدراك المكاني. بعبارة أخرى، تصبح شبكات المعالجة المكانية أقل دقة مع التقدم في السن، وقد تُسهم في فقدان الذاكرة المكانية أو تشوّشها. ^{[ 22 ]}