ساختار مغز شطرنجبازان

بازی شطرنج را بعنوان یک مثال ویژه جهت یک کار تخصصی که به آموزش و تجربه خاص نیازمند اســت می توان بررسی کرد.

علی رغم بررسی های رفتاری گسترده، بنیانهای عصبی مهارت و بازی شطرنج را نمی توان کاملاً درک کرد. تعدادی از بررسیهای مربوط به تصویر برداری اعصاب کنشی نشان داده اند که شطرنجبازان ماهر زمانیکه درگیر فعالیتهای مربوط به شطرنج می شوند، عملکردهای روانشناختی متفاوتی را بکار می گیرند و نواحی مغزی متفاوتی را فعال می کنند. براساس این نوشتارهای عملکردی، پیش بینی کردیم که تفاوتهای ریخت شناسانه ای را در یک شبکه متشکل از نواحی پیشانی و آهیانه و بخصوص اتصال پس سری و گیجگاهی (OTJ) و چین دوکی  و هسته دمی مغز پیدا کنیم.

بیست نفر شطرنجباز ماهر و بیست نفر آزمایش شونده شاهد با استفاده از ریخت سنجی سطح محور و حجم محور و همینطور تصویربرداری تشدیدی انتشاری، مورد بررسی قرار گرفتند. حجم ماده خاکستری و ضخامت لایه کورتکس مغز شطرنجبازان در مقایسه باافراد گروه شاهد در ناحیه (DTJ) و پریکونی (precnei) کاهش یافته بود. حجم هسته دمی مغز در هر دو گروه متفاوت نبود، اما بشکل معکوس با سالیان تجربه شطرنجبازی در ارتباط بود. مقدار میانگین انتشارپذیری در کلاف عصبی طولی فوقانی چپ مغز شطرنجبازان در مقایسه با گروه شاهد افزایش یافت و درجه قدرت بازی شطرتجباز بشکل معکوس به انتشارپذیری میانگین در کلاف عصبی طولی فوقانی راست ارتباط داشت.

براساس بهترین یافته ها و دانشمان برای اولین بار نشان دادیم که تفاوتهای ویژه ای در ریخت شناسی ماده سفید و خاکستری مغز بین شطرنجبازان و افراد گروه شاهد وجود دارد و این تفاوتها در نواحی مغزی مرتبط با عملکردهای شناختی برای بازی کردن شطرنج مهم می باشند. اینکه آیا این تغییرات کالبد شناختی، علت یا پیامد تمرین و آموزش شطرنج بشکل فشرده و درازمدت هستند نیازمند آن است که در بررسیها و مطالعات آینده نشان داده شوند.

مقدمه

بازی کردن شطرنج نیازمند سازماندهی چندین عمل روانشناختی مثل توجه کردن، گروه بندی ادراکی، و کارهای متفاوت حافظه است در حال حاضر روانشناسان شناختی بر این عقیده اند که بازی کردن شطرنج به تمرین اساسی نیاز دارد. از این رو شطرنج بعنوان یک مثال ویژه در نظر گرفته می شود که برای یک عمل تخصصی نیازمند تجربه مخصوص به خود است. در این متن سیمون و چیس، قانون تخصصی ده ساله را بشکلی واضح تدوین کردند که دلالت بر این موضوع دارد که برای رسیدن به سطح استاد بزرگی شطرنج، حداقل ده سال تمرین فشرده لازم است.

چندین مطالعه و بررسی اخیر با نشان دادن ارتباطی یکنواخت بین تمرین شطرنج دقیق و عملکرد شطرنجی با استفاده از طرحهای مطالعه طولی و بازنگرانه، از قانون ده ساله حمایت می کنند. از اینرو، ارتباط مثبت بین میزان انباشتی تمرین و عملکرد شطرنجی شبیه ارتباط تمرینی ـ عملکردی در سایر رشته ها مثل موسیقی، ورزشها، و آموزش می باشد (اریکسون ۲۰۰۴). با این وجود گرچه تمرین در تعیین عملکرد شطرنجی مهم است، هوش کلی، هوش فضایی بصری و استعداد نیز بعنوان عوامل مرتبط با عملکرد شطرنجی مورد بحث و بررسی قرار می گیرند. ازاینرو تعدادی از مولفان موافق نوعی از ارتباط بین تمرین و استعداد هستند که عملکرد شطرنجی را توضیح می دهد (هاوارد ۲۰۱۳). علی رغم بررسیهای رفتاری گسترده، شالوده های عصبی مهارت و عملکرد شطرنجی کاملاً درک نمی شوند.

تعداد کمی از آزمایشات تصویر برداری عصبی در بیست سال اخیر انجام شده اند که فعالسازیهای مغزی را در زمینه شطرنج با استفاده از روشهای مختلف و الگوهای تجربی موردبررسی قرار داده اند.

بعضی از آزمایشات تنها افراد مبتدی را مدنظر قرار دادند، افراد ماهر را در کارهای جستجوی بصری شطرنجی بررسی کردند، افراد ماهر را در زمینه کارهای ادراکی بصری شطرنجی و بصری غیر شطرنجی با افراد مبتدی مقایسه کردند و یا فعالسازی های مغزی در شطرنجبازان ماهر یا مبتدی را در حین حرکات شطرنج یا موارد دیگر اندازه گیری کردند.

این آزمایشات بطور کلی نشان داده اند که شطرنجبازان ماهر اعمال روانشناختی مختلفی را بکار می گیرند و نواحی مختلف مغزی را در خلال فعالیتهای مربوط به شطرنج فعال می کنند.

برای مثال، درکارهای جستجوی بصری مربوط به شطرنج تنها شطرنجبازان ماهر، فعالسازی دوطرفه در نواحی مغزی مرتبط با ادراک هدف (نواحی گیجگاهی عقبی دوطرفه، چین دوکی، بخش آهیانه زیرین چپ و به ویژه در نقطه اتصال گیجگاهی ـ پس سری) یا تشخیص الگویی مربوط به تخصصی را بروز می دهند.

علاوه بر آن، در خلال بازیهای شطرنج تنها افراد ماهر، نواحی مغزی مرتبط با قطعه بندی حافظه، ذخیره اطلاعات و بازیابی (بخشهای آهیانه و پیشین) را به کار می گیرند. در حالیکه افراد مبتدی، کورتکس گیجگاهی میانی (هیپوکامپوس) که بیشتر در کار یادگیری و بازیابی اطلاعات جدید درگیر است و با قدرت بیشتری بکــــار می گیرند. در آزمایش جدیدتر توسط دوان ات آل (Duan et al) دست اندرکاران، فعالسازیهای مغزی را در حین عملکرد یک کار حل مسئله برپایه مدل شطرنج چینی بررسی کردند و مشخص کردند که استادان شطرنج و استادان بزرگ فعالسازی افزایش یافته در شبکه های عصبی درگیر در کنترل اعمال شناختی مانند توجه، اعمال اجرایی و حل مسئله را بروز دادند. یافته جدید این آزمایش این بود که استادان و استاد بزرگان شطرنج همچنین سرکوبی قویتر شبکه حالت غفلت (DMN) مغزی را در حین حل مسائل شطرنج در مقایسه با مبتدیان از خود بروز دادند.

علاوه بر آن در حین بررسی ارتباط کنشی حالت استراحت در شبکه مذکور (DMN) مشخص شد که در مقایسه با مبتدیان، شبکه (DMN) در استادان بزرگ و استادان شطرنج یک ارتباط کنشی افزایش یافت بین هسته دُمی و کانونهای شبکه (DMN) وجود دارد و این موضوع دلالت بر نقش مهم حلقه ارتباطی هسته دمی و DMN  در مهارت شطرنجی دارد. در مجموع، از بابت چگونگی اعمال روانشناختی مربوطه و همینطور ساختارهای نوروفیزیولوژیکی بنیادی، تفاوتهای اساسی بین شطرنجبازان ماهر وجود دارد. به احتمال زیاد این تفاوتها در پیامد تمرین شدید شطرنجی ایجاد شده اند. از آنجاییکه تمرین شدید وظایف حرکتی و ادراکی در ارتباط با تغییرات کالبد شناختی است، به احتمال زیاد آن نواحی مغزی مورد نظر که با قدرت بیشتری در کنترل کردن اعمال شطرنجی درگیرند، توسط سازوکارهای جراحی ترمیمی اعصاب (نوروپلاستی) دچار تغییر شده اند.

با این وجود، اطلاعات کمی در ارتباط با تغییر پذیری کالبد شناختی در سطرنجبازان موجود است. تا آنجائیکه می دانیم فقط یک آزمایش وجود دارد که تفاوتهای ساختار در شطرنجبازان ماهر را در مقایسه با شطرنجباران مبتدی بررسی کرده است، در این تحقیق شطرنجباران ماهر در مقایسه با افراد مبتدی حجم ماده خاکستری مغزشان بشکل دوطرفه در هسته دُمی کاهش یافته بود.

این تحقیق علت کاهش حجم ماده خاکستری مذکور را در ارتباط با ایده تقلیل اتصالات بین عصبی (سیناپسی) و حذف سودمند سیناپسهای عصبی بی مصرف و زائد در هسته دُمی می داند که این امر اجازه محاسبات موضعی و ادغام اطلاعات از نواحی مغزی مجاور را به شکلی موثرتر می دهد.

در تحقیق کنونی ما یک تحلیل کالبد شناختی عصبی را به منظور شناسایی تفاوتهای کالبد شناختی عصبی بین شطرنج بازان مبتدی و ماهر انجام دادیم.

برای این منظور تصویر برداری تشدیدی انتشاری (DTI) را بکار گرفتیم و همینطور از ریخت سنجی سطح محور (SBM) و حجم محور (VBM) در زمینه ام آر آی (MRI) ساختاری استفاده کردیم تا ویژگیهای کالبد شناختی خاص در ساختار ماده سفید خاکستری مغز را توصیف کردیم.

با یافته های کاربردی مذکور تصمیم به بررسی این موضوع گرفتیم که آیا نواحی مغزی که بشکلی متفاوت در نتیجه یک فعالیت حرفه ای شطرنج فعال شدند از نظر ریخت شناسی نیز در نتیجه تغییر پذیری ساختاری ایجاد شده با یادگیری طولانی مدت شطرنج و تجربه بازی فراوان در مسابقات بین المللی شطرنج، تغییر کرده اند. فرضیه ما به سه دسته بزرگ می تواند تقسیم شود: ۱) پیش بینی های مربوط به نواحی مغزی درگیر در اعمال شناختی سنگین تر مانند آنهایی که در آزمایشات بالا انجام شده با استفاده از تحقیقات مورد نظر (آمیدزیک ات آل ۲۰۰۱، آترتون اِت آل ۲۰۰۳، دوان اتِ آل، ۲۰۱۲، نیچلی اِت آل ۱۹۹۴، وان اِت آل ۲۰۱۱). ۲) پیش بینی مربوط به نواحی مغزی مرتبط با مکانیسم های شناختی سبکتر و مربوط به شطرنج مانند تشخیص اهداف و ارتباطات آنها (بیلالیچ ات آل، ۲۰۱۰ و ۲۰۱۱).

۳) پیش بینی سوم در ارتباط با نقش فرضی ویژه دسته دمی مغز در بازی کردن شطرنج است. (دوان ات آل، ۲۰۱۲).

برطبق این سه دسته پیش بینی شده، فرض می کنیم که مغز بازیکنان شطرنج ویژگیهای کالبد شناختی خاصی را نشان خواهد داد که آنها را به این ترتیب شرح می دهیم: ۱) نواحی مغزی مرتبط با اعمال شناختی سنگین تر (حافظه و اعمال اجرایی) در یک شبکه کورتکسی پخش شده شامل نواحی گیجگاهی و پیشین و آهیانه. ۲) با ملاحظه پیش بینی های دسته دوم، انتظار داریم که خصوصیات کالبد شناختی ویژه در نواحی مغزی که اثبات شده در تشخیص اهداف و ارتباطاتشان درگیر هستند، (OTJ و چین  دوکی) را شاهد باشیم ۳) و در نهایت تغییرات کالبد شناختی در هسته دُمی ارائه شده توسط دوان اِت آل (۲۰۱۲) را پیش بینی می کنیم.

علاوه بر DTI که تفاوتها را در ساختار  WM(ماده سفید مغز) بررسی می کند، ما از تکنیکهای SBM و     VBM استفاده کردیم تا تفاوتهای GM (ماده خاکستری) را از نظر ریخت شناختی در نواحی مغزی فرض شده اندازه گیری کنیم. اگرچه هر دو تکنیک برپایه همان تصاویر ام آر آی (MRI) ناحیه T_۱ هستند، ولی خصوصیات ریخت شناختی متفاوتی را اندازه می گیرند. توسط تکنیک VBM تفاوتهای حجمی احتمالی در GM (ماده خاکستری) را بررسی می کنیم در حالیکه تکنیک SBM اندازه های احتمالی ضخامت لایه کورتکس را برایمان فراهم می کند.

ما از هر دو تکنیک استفاده کردیم تا ببینیم که آیا تفاوتهای بالقوه بین گروهی یافت شده در تحلیل VBM، تحت تاثیر تفاوتها در ضخامت لایه کورتکس است یا خیر.