فرضية إعادة تدوير الخلايا العصبية

اقترح ستانيسلاس ديهان فرضية إعادة تدوير الخلايا العصبية في مجال علم الأعصاب الإدراكي ^{[ 1 ]} في محاولة لتفسير العمليات العصبية الكامنة التي تسمح للبشر باكتساب قدرات إدراكية حديثة. ^{[ 2 ]} وقد صيغت هذه الفرضية استجابةً لـ"مفارقة القراءة" ^{[ 2 ]} ، التي تنص على أن هذه العمليات الإدراكية ابتكارات ثقافية حديثة جدًا بحيث لا يمكن اعتبارها نتاجًا للتطور . تكمن المفارقة في أن الأدلة عبر الثقافات تشير إلى ارتباط مناطق دماغية محددة بهذه الوظائف. ^{[ 1 ]} يحل مفهوم إعادة تدوير الخلايا العصبية هذه المفارقة من خلال اقتراح أن الوظائف الجديدة تستخدم في الواقع دوائر الدماغ الموجودة وتعيد تدويرها. بمجرد أن تجد هذه الوظائف الإدراكية منطقة قشرية مخصصة لغرض مماثل، يمكنها أن تغزو الدائرة الموجودة. من خلال اللدونة (وهي سمة مستمرة لبنية قشرة الدماغ للتغير وإعادة التنظيم من خلال التعلم) ^{[ 3 ]} ، يمكن للقشرة أن تتكيف لاستيعاب هذه الوظائف الجديدة. ^{[ 2 ]}

حتى وقت قريب، لم يكن علماء الاجتماع يعتقدون أن بيولوجيا الدماغ ذات صلة بمجالهم، وبالتالي لم يحاولوا قط البحث في الآليات البيولوجية لاكتساب مهارات ثقافية كالقراءة والحساب. ^{[ 4 ]} تبنى العديد من علماء الاجتماع الأوائل نظرية "الصفحة البيضاء"، وهي فكرة مفادها أن الأفراد يولدون دون أي محتوى عقلي، وأن تنظيم الدماغ ووظيفته ينبعان فقط من تجارب الحياة. ^{[ 5 ]} ينظر النموذج القياسي للعلوم الاجتماعية إلى الدماغ ببساطة على أنه بنية عامة واسعة النطاق، تطورت وظائفها تدريجيًا من خلال المدخلات الثقافية. ^{[ 4 ]} واليوم، لا يزال العديد من العلماء ينظرون إلى الدماغ على أنه صندوق أسود ، حيث لا يمكن قياس سوى مدخلاته ومخرجاته، بينما تبقى آلياته الداخلية مجهولة. ^{[ 6 ]}

كان أحد أوائل الاكتشافات المتعلقة بهذه الفرضية من طبيب الأعصاب الفرنسي جوزيف جول ديجيرين . فقد اكتشف أن السكتة الدماغية التي تصيب منطقة صغيرة من الجهاز البصري الأيسر في الدماغ تُسبب للمرضى ضعفًا انتقائيًا في القراءة. وكان "العمى اللفظي"، أي فقدان القدرة على تمييز الحروف والكلمات بصريًا فقط، أول تشخيص وضعه ديجيرين لمريض، وفي الوقت نفسه أول استنتاج يتعلق بالأساس القشري للقراءة في الدماغ. كان مريض ديجيرين لا يزال قادرًا على تمييز الأرقام، مما يشير إلى وجود مناطق منفصلة في الدماغ مسؤولة عن تمييز الحروف والكلمات. وبعد مزيد من الدراسة، وجد طبيب الأعصاب الفرنسي آفات تصيب الجزء الخلفي من نصف الكرة المخية الأيسر، بالقرب من الفصيصات المغزلية، لدى مريضه. حاليًا، يعاني العديد من المرضى من أعراض العمى اللفظي نفسها، ولكن تم تغيير المصطلح إلى العجز القرائي البحت . ومن المعروف الآن أنه ناتج عن آفات في التلم القذالي الصدغي . ^{[ 4 ]}

من النظريات ذات الصلة بهذه الفرضية مفهوم التكيف الثانوي من نظرية التطور ، والذي ينص على أن العديد من الخصائص المتطورة تم اختيارها في البداية لوظائف أخرى، ولكنها تكيفت لاحقًا مع دورها الحالي. وبعبارة أخرى، أثرت الضغوط التطورية على الآليات القائمة لاستيعاب وظائف جديدة قد تكون أكثر ملاءمة ثقافيًا. ^{[ 7 ]}

إعادة تدوير الخلايا العصبية هي فكرة مفادها أن العمليات المعرفية الثقافية الجديدة تغزو مناطق القشرة الدماغية المخصصة في الأصل لوظائف مختلفة، ولكنها متشابهة. ^{[ 4 ]} يُظهر هذا البناء القشري تحيزات قبل التعلم، ولكن من خلال إعادة تدوير الخلايا العصبية، يمكن اكتساب وظائف جديدة، طالما وجدت منطقة قشرية مناسبة في الدماغ لاستيعابها. ^{[ 2 ]} تُعرف هذه المنطقة باسم "المكانة العصبية" للوظيفة المعرفية، وهو ما يُشابه مفهوم المكانة البيئية في علم الأحياء . ^{[ 2 ]} يجب أن تجد الوظيفة الثقافية الجديدة منطقة قشرية ذات وظيفة سابقة مشابهة ومرنة بما يكفي لاستيعابها. ^{[ 2 ]}

يشابه مفهوم إعادة تدوير الخلايا العصبية مفهوم التكيفات الثانوية في نظرية التطور، التي تنص على أن العديد من الوظائف المتطورة هي ببساطة نتاج ثانوي لآلية بيولوجية قديمة. ^{[ 1 ]} إلا أن هذه العملية هي إعادة استخدام لآليات بيولوجية تحدث نتيجة لمرونة الدماغ، وليس نتيجة لضغوط تطورية على مجموعة سكانية. ^{[ 1 ]} تُحدث إعادة تدوير الخلايا العصبية تغييرات في غضون أسابيع إلى سنوات، وهي تغييرات لا تتطلب تغييرًا في الجينوم كما هو الحال في التكيفات الثانوية التطورية. ^{[ 2 ]}

تعتمد فرضية إعادة تدوير الخلايا العصبية على الافتراضات التالية: ^{[ 2 ]}

• يخضع تنظيم الدماغ البشري لقيود تشريحية ناتجة عن التطور، وبالتالي فهو ليس مرنًا إلى ما لا نهاية . تتواجد الخرائط العصبية في مرحلة الطفولة المبكرة، مما يؤثر على التعلم اللاحق.
• إن الأدوات الثقافية مثل القراءة والكتابة لا توجد في الدماغ عند الولادة، بل يجب أن تجد مكانة عصبية في الدماغ تم إعداد دائرتها لأداء وظيفة مماثلة وهي مرنة بما يكفي لإعادة توجيه نفسها بما يكفي لاستيعاب هذا الاستخدام الجديد.
• لا يُمحى التنظيم الأصلي لقشرة الدماغ تمامًا بمجرد أن تغزو هذه الأدوات الثقافية مناطق القشرة الدماغية. بل إن هذه القيود العصبية الأولية تُمارس تأثيرًا قويًا على ما يمكن تعلمه.

وبناءً على هذه الافتراضات، تتنبأ هذه الفرضية بما يلي: ^{[ 2 ]}

• ينبغي ربط كل أداة ثقافية بمناطق قشرية محددة، بحيث تكون متسقة بين الأفراد والثقافات.
• ينبغي الحد من التباين الثقافي فيما يتعلق بالعمليات المعرفية المكتسبة بسبب القيود العصبية.
• ينبغي أن تكون سرعة وسهولة عمليات الاستحواذ الثقافي قابلة للتنبؤ بناءً على كمية وتعقيد عملية إعادة التدوير المطلوبة.

لم تُصبح القراءة جزءًا من الثقافة الإنسانية إلا منذ حوالي 5400  عام، ولذلك يستنتج الكثيرون ^{[ 2 ] [ 8 ]} أنها حديثة جدًا بحيث لا يمكن اعتبارها نتاجًا للتطور. تقترح فرضية إعادة تدوير الخلايا العصبية أن التعرف البصري على الكلمات هو نتيجة لإعادة تدوير بنى قشرية كانت وظائفها الأصلية مخصصة للتعرف على الأشياء . تقع منطقة شكل الكلمة البصرية بجوار عدد من المناطق القشرية التي تنشطها صور الأشياء، مما يشير إلى أنها كانت مهيأة سابقًا للعب دور في التعرف على الأشياء. كما تكتسب البنى المعاد تدويرها وظائف جديدة، مثل القدرة على التعرف على الحروف بغض النظر عن حجمها أو شكلها أو حالة الأحرف. ^{[ 8 ]}

كما ورد في فرضية إعادة تدوير الخلايا العصبية، تُؤثر دوائر الدماغ على ما نستطيع تعلمه. أحد هذه التأثيرات يتمثل في تفضيل الصور المركزية على الصور المحيطية في نقاط مختلفة من القشرة المخية. لوحظ أن منطقة تمثيل الكلمات المرئية تقع لدى جميع الأفراد في منطقة القشرة المخية التي تُظهر تفضيلًا كبيرًا للصور المركزية الدقيقة. تُعد هذه المنطقة الأنسب لاستيعاب القدرة على القراءة، نظرًا للدقة البصرية العالية اللازمة لأداء هذه الوظيفة بفعالية. هناك تأثير قشري آخر ذو صلة بالقراءة، ينبع من التموضع الجانبي لنصفي الكرة المخية . تُنشط القراءة باستمرار النصف الأيسر من الكرة المخية، المرتبط بالقدرات اللغوية ^{[ 9 ]} والتمييز بين الأشكال الصغيرة، مما يُظهر ميلًا واضحًا نحو وظائف القراءة. يوجد تكيف مسبق في القشرة الصدغية السفلية نستخدمه عند تعلم القراءة. وهي المنطقة التي تُنشط أثناء التعرف على الأشياء الثابتة، وتسمح لها مرونتها الكافية باستيعاب الأشكال والرموز الجديدة اللازمة للقراءة. ^{[ 4 ]}

تتميز المرونة المشبكية لدى الأطفال بمستوى أعلى بكثير، ^{[ 4 ]} مما يفسر اكتسابهم اللغة بسهولة أكبر من البالغين. ^{[ 6 ]} ويؤدي تعريض الأطفال للقراءة إلى إعادة توجيه واسعة النطاق للإدراك البشري في القشرة الصدغية السفلية. ^{[ 4 ]} ومع ازدياد خبرة الأطفال في القراءة، من المتوقع أن يتقوى التلم القذالي الصدغي، ليصبح متخصصًا في الكتابة أيضًا. ^{[ 4 ]}

مساحة شكل الكلمة المرئية

تقع منطقة تكوين الكلمات البصرية (VWFA) في التلم القذالي الصدغي الجانبي الأيسر. ^{[ 10 ]} تتداخل هذه المنطقة مع جزء من القشرة البصرية البطنية المسؤول عن رصد نقاط التقاء الخطوط، ولذا يُعتقد أنها وفرت لمنطقة تكوين الكلمات البصرية بيئتها العصبية. ^{[ 10 ]} وجد بيدرمان (1987) أن رؤوس الخطوط أكثر أهمية للتعرف على الأشياء من أجزاء الخطوط نفسها. ^{[ 11 ]} عبر الثقافات، تتكون جميع الحروف/الرموز المستخدمة في اللغة المكتوبة من عدد قليل من الخطوط التي تلتقي عند رؤوسها. ^{[ 8 ]} يشير هذا إلى أن القيود الدماغية قد أثرت على تطور أنظمة الكتابة، وأن هناك حدودًا لأنواع الابتكارات الثقافية التي يمكننا استيعابها. علاوة على ذلك، أظهرت عمليات المحاكاة الحاسوبية أن إدراك الحروف في الشبكات العصبية العميقة يتم تسهيله عن طريق إعادة تدوير السمات البصرية منخفضة المستوى التي تم تعلمها من الصور الطبيعية، ^{[ 12 ]} مما يدعم الفرضية القائلة بأن بنية أشكال الحروف قد تم اختيارها ثقافيًا لتتناسب مع بنية البيئات الطبيعية البشرية.

توجد أدلة كثيرة تدعم وجود منطقة شكل الكلمة البصرية. تُفعَّل هذه المنطقة فقط لقراءة الكلمات المرئية، وليس لنطقها أو سماعها. تؤدي الآفات في هذه المنطقة إلى العجز عن القراءة البحت ، وهو قصور في التعرف على الكلمات، بينما تبقى القدرات اللغوية الأخرى سليمة. ^{[ 2 ]} تُفعَّل منطقة شكل الكلمة البصرية بقراءة الكلمات الحقيقية والكلمات الزائفة أكثر من سلاسل الحروف الساكنة العشوائية، مما يشير إلى أنها تكيفت لدمج القواعد الإملائية في اللغة. ^{[ 1 ]} كما أنها تمثل الكلمات المرئية باستمرار بغض النظر عن الاختلافات غير ذات الصلة، أو مكان عرضها في المجال البصري ، أو ما إذا كانت مكتوبة بأحرف كبيرة أو صغيرة. ^{[ 2 ]}

يُعدّ اختراع الأرقام العربية أحدث عهدًا من القراءة والكتابة، وبالتالي يخضع لنفس عملية إعادة التدوير. ^{[ 1 ]} تُظهر دراسات التصوير أن الحساب الذهني مرتبط بالفص الجداري الأيمن والأيسر . ^{[ 13 ]} يتناسب تنشيط هذه المنطقة طرديًا مع درجة صعوبة العملية الحسابية. أثناء التصوير، لا تنشط منطقة صغيرة داخل التلم الجداري الداخلي إلا أثناء مهام الحساب عند إضافة مهام بصرية مكانية ولغوية وحسابية. تنشط هذه المنطقة نفسها عندما يُطلب من المشاركين اكتشاف الأرقام فقط ضمن سلسلة من المحفزات المتغيرة، مما يشير إلى أن عملية الحساب ليست ضرورية لتنشيطها، بل يكفي التعرف على الأرقام. تؤدي إصابات التلم الجداري الداخلي إلى ضعف شديد في الحساب دون حدوث ضعف في العمليات ذات الصلة، مثل مهارات الاستدلال. ^{[ 2 ]}

يتمحور النقد الرئيسي الموجه لفرضية إعادة تدوير الخلايا العصبية حول وجود منطقة معالجة شكل الكلمة البصرية. وقد وجد العلماء، من خلال سلسلة من الدراسات التصويرية، أن التلم القذالي الصدغي الأيسر ينشط عند قراءة الكلمات، وأن إصابات هذه المنطقة تُضعف قراءة الكلمات. ^{[ 1 ]}

يزعم علماء النقد أن مرضى العجز القرائي البحت يعانون عادةً من آفات واسعة النطاق في الفص القذالي الأيسر، تشمل مناطق متضررة تحيط بمنطقة معالجة الكلمات البصرية. ولذلك، يستحيل استنتاج أن الاضطرابات الناتجة هي أعراض ناجمة عن آفة في تلك المنطقة تحديدًا. ويُقترح تفسير بديل لهذه الظاهرة، وهو متلازمة الانفصال ، حيث تفصل الآفة القذالية الصدغية منطقة المعالجة البصرية عن معالجة اللغة. ومع ذلك، فإن حقيقة أن هؤلاء المرضى يُظهرون اضطرابات في أشكال أخرى من التعرف على الأشياء تُفنّد هذه النظرية. ^{[ 14 ]}

باستخدام دراسات التصوير، وجد العلماء أن منطقة شكل الكلمة البصرية تلعب دورًا واضحًا في القراءة. ومع ذلك، فقد وجدوا أيضًا أن هذه المنطقة نفسها تنشط خلال العديد من أشكال مهام التعرف على الأشياء وتسميتها. بالإضافة إلى ذلك، لوحظ تنشيط هذه المنطقة أيضًا عندما طُلب من المشاركين التفكير في معنى الكلمات المنطوقة، أو سماع تعريفات الأشياء واتخاذ قرارات ذات مغزى بشأنها، أو عندما تخيلوا شيئًا ما. علاوة على ذلك، تنشط المنطقة نفسها عندما يقرأ المكفوفون عبر التحفيز اللمسي، مما يشير إلى أن منطقة شكل الكلمة البصرية تعالج أكثر من مجرد المحفزات البصرية. ^{[ 14 ]}

رداً على هذه الانتقادات، اقترح كوهين وديهان وجود تخصص وظيفي في منطقة معالجة شكل الكلمة المرئية للقراءة، وهو تخصص قابل للتكرار بين الأفراد والثقافات المختلفة. ^{[ 15 ]} وهما لا يعتقدان بوجود انتقائية محددة للتعرف على الكلمات، لأنها تُفعَّل بواسطة محفزات أخرى، ^{[ 15 ]} مثل مهام التعرف على الأشياء وتسميتها المذكورة آنفاً. ^{[ 14 ]} ومع ذلك، يمكن تفسير ذلك بأن هذه المنطقة القشرية أُعيد استخدامها لاستيعاب وظائف القراءة، وبالتالي فليس من المستبعد أن تُفعَّل في مهام أخرى مماثلة. ^{[ 15 ]}

يقترح كوهين وديهاين اتجاهين محتملين لدراسة منطقة شكل الكلمة المرئية والتوصل إلى استنتاج: ^{[ 15 ]}

التوطين المكاني

باستخدام التصوير عالي الدقة المكانية، ركز على دراسة مدى إمكانية تكرار تحديد المواقع في منطقة التعرف البصري على الكلمات. سيحدد هذا ما إذا كانت مناطق صغيرة داخل هذه المنطقة متخصصة في التعرف على الكلمات، حيث تشير الدراسات إلى أن المنطقة بأكملها ليست كذلك.

التخصص الوظيفي

يمكن استخدام أساليب تصوير أقل دقة لدراسة هذا الأمر. ويتضمن ذلك فحص التخصص الوظيفي لعمليات القراءة في منطقة شكل الكلمة المرئية لمعرفة ما إذا كانت أي عمليات مرتبطة بالقراءة خاصة بتلك المنطقة.

طوّرت دراسات حديثة هذه الفرضية لتفسير اللدونة الحسية المتداخلة التي يبدو أنها تحدث لدى المكفوفين. وتتمثل هذه اللدونة في أن الحواس الأخرى لدى المكفوفين تبدو أكثر حدة نتيجة فقدان البصر. ولأن المرضى المكفوفين لا يتعرضون لوظيفة القراءة البصرية الجديدة، فإن المنطقة القشرية المخصصة عادةً لهذه الوظيفة تُستخدم لوظيفة أخرى. على سبيل المثال، وجد العلماء أن الشبكات العصبية المخصصة لاكتشاف الأصوات المتحركة لدى المكفوفين يتم استدعاؤها من قِبل منطقة القشرة البصرية المسؤولة عن الحركة البصرية لدى المبصرين. وهذا يدعم نظرية أن الوظائف الجديدة يجب أن تجد لها مكانًا عصبيًا مناسبًا، مع وجود مناطق قشرية قادرة على دعمها. ^{[ 19 ]} ويمكن تطبيق هذه الفكرة أيضًا لتفسير اللدونة الحسية المتداخلة لدى الصم، وظواهر أخرى مثل التوحد الحسي وتأثير ماكجورك .

تُقدّم هذه الفرضية فهمًا للعمليات العصبية اللازمة لاكتساب وظائف جديدة. وبناءً على هذا الإطار، يُمكن للبحوث المستقبلية التوسع في هذه الأفكار لدراسة تأثير التعليم على هذه المناطق الدماغية تحديدًا، أو كيف يؤثر التعرض المحدود للقراءة والحساب في سن مبكرة عليها. إن معرفة كيفية عمل مرونة الدماغ فيما يتعلق بمهارات أساسية كالقراءة والكتابة والحساب، لها تطبيقات واضحة في أساليب التعليم.