ชีวิตที่พอเพียง 3493. Network Neuroscience ไขความลับเรื่องกลไกการทำงานของสมอง

บทความเรื่อง How Matter Becomes Mind : The new discipline of network neuroscience yields a picture of how mental activity arises from carefully orchestrated interactions among different brain areas (1)  ลงพิมพ์ในนิตยสาร Scientific American ฉบับเดือนกรกฎาคม ๒๕๖๒   น่าอ่านมาก    เป็นการสรุปเบื้องต้น ว่าศาสตร์ใหม่ที่เรียกว่า Network Neuroscience กำลังช่วยให้เราเข้าใจการทำงานของสมอง    โดยเขาประยุกต์ใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า graph theory 

บทความนี้ค่อนข้างยาว    และเขามีวิธีอธิบายสรุปเป็นภาพ โดยเปรียบเทียบกับวงดนตรีออร์เคสตร้า    ที่เครื่องดนตรีต่างชนิดเล่นประสานเสียงกัน    สมองก็มีวิธีจัดระบบทำนองนั้น    เป็นระบบเครือข่ายเซลล์สมองที่ซับซ้อน และเชื่อมโยงกันทั่วสมอง    แต่ก็มีส่วนของสมองที่ทำหน้าที่เด่นบางด้าน  

เป็นเครือข่ายเซลล์สมองที่มีการจัดระบบ เป็น node   และ node จำนวนมากเชื่อมเครือข่ายกันเป็น module ที่ทำหน้าที่ค่อนข้างอิสระ แต่ก็เชื่อมโยงถึงกัน    เขาเปรียบเทียบเหมือนวงดนตรีออร์เคสตร้า ที่มีเครื่องดนตรีแยกกันเป็นชิ้นๆ    กลุ่มเซลล์สมองที่ทำหน้าที่เชื่อมระหว่าง module เรียกว่า hub   

โครงสร้างของเซลล์สมองที่ประกอบกันเข้าเป็น โมดุล นี้ เป็นธรรมชาติของสมองสัตว์ทุกชนิด    มีหลักฐานว่า สมองของหนอน C. elegans ซึ่งมีเซลล์สมองเพียง ๓๐๒ เซลล์ ก็มีการจัดโครงสร้างเป็น โมดุล

ในสมองมนุษย์มี 7 modules หลัก ได้แก่  (1) visual  (2) attention  (3) fronto-parietal control  (4) somatic motor  (5) salience (6) default  (7) limbic    โดยเขาเริ่มเข้าใจแล้วว่า โมดุลไหนทำหน้าที่อะไร เชื่อมโยงกับ โมดุล อื่นอย่างไร   

ที่ผมติดใจคือ fronto-parietal control ซึ่งหน้าที่หลักคือควบคุม executive functions (2)     ซึ่งเกี่ยวข้องกับการตัดสินใจ  ความจำใช้งาน  การรู้คิด  การมียุทธศาสตร์ที่ซับซ้อน  และการยับยั้งชั่งใจ    สมองส่วนนี้อยู่ตรงขมับครับ

Default mode module อยู่บริเวณเดียวกันกับ fronto-parietal control module   ทำหน้าที่กว้างขวาง    มีลักษณะพิเศษคือมีหลาย hub   ซึ่งหมายความว่า มีการเชื่อมโยงกว้างขวาง    ทำหน้าที่ด้านการรู้คิดหลายอย่าง ได้แก่ การคิดใคร่ครวญกับตนเอง  การเรียนรู้  การทบทวนความจำ  การจัดการอารมณ์  การทำความเข้าใจจิตใจของผู้อื่น รวมทั้งการพนัน    หากสมองส่วนนี้ถูกกระทบกระเทือน จะมีผลต่อการทำงานด้านการรับรู้อย่างกว้างขวาง   

ข้อสรุปที่น่าสนใจอย่างยิ่งคือ การเชื่อมต่อใยสมองระหว่าง hub ของ module ในแต่ละคนมีลักษณะจำเพาะตัว    ที่เขาเรียกว่า personal connection    โดยผู้เขียนได้เอาข้อมูลจากโครงการ Human Connectome Project  ของ NIH    ที่ศึกษาการเชื่อมต่อใยประสาทของสมองคนหนุ่มสาว ๑,๒๐๐ คน ด้วยเครื่อง fMRI อันแพงระยับ   ประกอบกับชุดทดสอบการรู้คิด (cognitive test) เพื่อแยกแยะรูปแบบการคิดและพฤติกรรม ออกเป็น ๒๘๐ แบบ    ได้ข้อสรุปจากวิธีวิเคราะห์ของผู้เขียนว่า    คนที่มีการเชื่อมต่อการทำหน้าที่ของใยประสาทแบบแน่นแฟ้น จะมีคลังคำมากกว่า  มีปัญญายืดหยุ่นที่ใช้แก้ปัญหาซับซ้อนได้ดีกว่า    และยับยั้งชั่งใจได้ดีกว่า    คือดีกว่าคนที่การเชื่อมต่อใยประสาทใช้งานเกิดอย่างหลวมๆ    นอกจากนั้นคนกลุ่มแรกยังมีการศึกษาสูงกว่า  พอใจในชีวิตมากกว่า  ความจำดีกว่า  สมาธิจดจ่อดีกว่า  ติดยาเสพติดน้อยกว่า    มีคุณภาพการนอนหลับดีกว่า     คนกลุ่มแรกนี้สมองมี module ที่แยกออกจากกันชัดเจนกว่า  และการเชื่อมต่อระหว่าง hub แน่นแฟ้นกว่า  

การเชื่อมต่อใยประสาทมี ๒ แบบ คือเชื่อมในตอนสมองทำงาน (functional connectivity)  กับเชื่อมเชิงโครงสร้าง (structural connectivity)    การเชื่อมต่อแบบแรกเกิดขึ้นในชั่วขณะ (วินาที)    ส่วนแบบหลังเกิดขึ้นถึ่งถาวร   แต่ก็มีการเปลี่ยนแปลงในช่วงเดือนหรือปี  

นอกจากช่วยไขความกระจ่างในด้านกลไกการเรียนรู้    ที่น่าสนใจอีกด้านหนึ่งคือ ในไม่ช้าเราจะเข้าใจกลไกการเกิดโรคทางสมองหลายอย่างที่เวลานี้ยังลึกลับดำมืด    เริ่มมีหลักฐานบ่งชี้ว่า การเชื่อมต่อใยประสาทที่ผิดปกติ อาจนำไปสู่โรคซึมเศร้า (depression)   โรคจิตเภท (schizophrenia)   โรคอัลไซเมอร์   โรคพาร์คินสัน   ออทิสซึม   โรคกลุ่ม spectrum disorder   โรคสมาธิสั้น   โรคหลงลืม   และโรคลมชัก             

 เขาอธิบายกรณีโรคจิตเภท ว่าความผิดปกติของการเชื่อมต่อใยประสาทเกิดขึ้นกระจายทั่วสมอง    มีคนอธิบายสมมติฐาน disconnectivity hypothesis  ว่าไม่มีความผิดปกติในแต่ละ module ของสมอง    แต่มีความผิดปกติคือ มีการเชื่อมต่อมากเกิน    ทีมวิจัยของผู้เขียนพบว่า สมองของคนเป็นโรคจิตเภทและของญาติชั้นที่หนึ่งของคนเป็นโรค การเชื่อมต่อระหว่าง module ว่องไวต่อการเปลี่ยนแปลงมากกว่าคนปกติ    หากสมองเปลี่ยนการเชื่อมต่อระหว่าง module ด้านการพูดกับ module ด้านการฟัง    อาจนำไปสู่อาการประสาทหลอนทางหู  คือได้ยินเสียงแว่วโดยไม่มีเสียงเกิดขึ้นจริง   

สมองของคนเป็นโรคซึมเศร้า มีความผิดปกติในการเชื่อมต่อระหวางสาม module คือ fronto-parietal control, salience, และ default mode   เกิดการเสียสมดุล   default mode module ทำหน้าที่เด่นเกิน    ทำให้มีความคิดแบบย้ำคิดย้ำทำ  

นี่คือพัฒนาการของแขนงใหม่ของประสาทวิทยา    ที่คาดว่า จะช่วยไขความลี้ลับของสมองไปอีกระดับหนึ่ง

วิจารณ์ พานิช

๑ ก.ค. ๖๒

[แก้ว..อุบล จ๋วงพานิช]

น่าสนใจนะคะ บางคนเก่ง เราก็ว่าเขาสมองดี บางคนไม่เก่ง เราก็ว่าเขาสมองทึบ อธิบายได้ไหมคะอาจารย์