مغز پرندگان شگفت انگیز است

گروهی از دانشمندان جانورشناس دانشگاه روهر بوخوم واقع در کشور آلمان، در سال 2006 آزمایشی را روی یک زاغ اوراسیایی به نام گرتی انجام دادند که نتایج آن شگفتی زیادی به همراه داشت. در این آزمایش، آنها گرتی را از خانه قفسی بیرون کشیده و سرش را با پارچه ای پوشاندند. سپس یک برچسب کاغذی زرد رنگ کوچک را روی پرهای سیاه گلوی او چسباندند طوری که قادر به دیدنش نباشد. سپس او را به یک قفس آزمایشی دیگر که دارای یک آئینه بزرگ بود منتقل کرده، او را تنها گذشته و خود به اتاق مجاور رفتند تا از طریق یک مانیتور حرکات او را زیر نظر بگیرند. گرتی ابتدا به آئینه نگاه کرد و سپس بلافاصله و با حرکاتی خشن، سعی کرد با خراشیدن گلوی خود یا مالیدن آن روی زمین برچسب را از گردن خود جدا کند. این پرنده پس از اینکه موفق به کندن برچسب شد، دوباره نگاهی به خود در آئینه انداخت تا از این طریق آرام شود. پیشتر بروز چنین رفتاری در میمون ها به عنوان شاهدی برای تشخیص خود تفسیر شده است. ولی این رفتار قبلاً هرگز در پرندگان مشاهده نشده بود.

آزمایش دانشمندان دانشگاه روهر بوخوم گرچه هیجان زیادی را برایشان در پی داشت، اما باعث نشد آنها این سوالات واضح را نیز از خود نپرسند: اگر نتیجه گیری ما اشتباه باشد چه؟ آیا نمی شود گفت که گرتی فقط به خاطر اینکه وجود چیزی را در روی گلوی خود احساس کرده بود، سعی کرده بود آن را بردارد؟ این مسئله موجب شد که اعضای تیم پژوهشی فوق مجدداً همان آزمایش را روی گرتی تکرار کنند. با این تفاوت که زاغ اوراسیایی به جای برچسب قبلی، یکی دیگر به رنگ سیاه بر گلوی خود داشت که به سختی روی پرهای سیاه این پرنده قابل تشخیص بود. همچنین در یک آزمایش دیگر، محققان باز هم از برچسب زرد استفاده کردند ولی این بار آئینه ای در قفس او گذاشته نشد، در تمام این موارد، گرتی هیچگونه تلاشی برای برداشتن این برچسب ها نکرد، به جز مواقعی که او می توانست برچسب سیاه را در آئینه به عنوان نشانی برجسته شده روی پرهای گلوی خود ببیند. دانشمندان سپس این آزمایش ها را با تعدادی دیگر از زاغ های اوراسیایی تکرار کرده و در نهایت به این نتیجه رسیدند که این پرندگان قادرند به این درک برسند که در حال دیدن خودشان هستند!

قبلاً و تا زمانی که آزمایش فوق انجام شود، به غیر از انسان فقط در تعداد محدودی از پستانداران دارای مغزهای بزرگ مانند شامپانزه ها، اورانگوتان ها، فیل های هندی و برخی دلفین ها شواهدی مبنی بر تشخیص خود مشاهده شده بود. البته باید گفت که توانایی جالب توجه زاغ های اوراسیایی برای تشخیص خود در آئینه، تنها یکی از جنبه های شناختی پیچیده ای است که اخیراً در خانواده کلاغ ها و همچنین طوطی ها نشان داده شده است. این اکتشافات جدید موجب شده است نظریه غالبی که در این باره وجود داشته و قریب یک قرن نیز عمر نموده است، به چالش کشیده شود. بر اساس این نظریه، وجود چنین مهارت هایی در یک موجود زنده وابسته به وجود قشر کورتکس یا همان لایه بیرونی بزرگ در مغز است و از آنجا که پرندگان فاقد این قشر هستند، آنها نباید در آزمایش های مربوط به تشخیص خود و یا سایر آزمایش های شناختی مشابه به برتری خاصی دست یابند. اما تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته در خصوص پدیده های شناختی پرندگان نشان داده است که چگونه فیزیولوژی بسیار متفاوت مغز در پرندگان و انسان ها توانسته طی صدها میلیون سال تکامل، منجر به نوعی از توانایی های شناختی شود که به طرز شگفت انگیزی مشابه بوده و پایه و اساس یادگیری های سطح بالا، آگاهی از خود و قدرت تصمیم گیری هستند.

برخی از گونه های پرندگان، قادر به استفاده از ابزار بوده و همچنین توانایی تشخیص خود در آئینه را دارند. اما مغزهای کوچک این جانداران چگونه قادر به انجام چنین شاهکارهایی می شوند؟ در این مقاله شما می توانید با شگفتی های مغز پرندگان آشنا شوید.

انواع تکامل شناختی

برای درک این موضوع که چرا زیست شناسان فکر می کردند پرندگان فاقد مهارت های شناختی هستند، ما به عقب برگشته و سری به آزمایشگاه آناتومی عصبی لودویگ ادینگر در دانشگاه گوته فرانکفورت آلمان در اواخر قرن نوزدهم می زنیم. این دانشمند که از سال 1855 تا 1918 زندگی می کرد، حیات علمی خود را وقف رمزگشایی از نحوه تکامل مغز و ذهن در مهره داران کرده بود. او اطمینان داشت که تکامل در مسیری گام به گام و از موجودات زنده بدوی به موجودات زنده پیچیده به پیش رفته است؛ یعنی از ماهیان به سمت دوزیستان، خزندگان، پرندگان و بالاخره پستانداران. وی دریافت که بخش های پایه ای مغز همواره در مهره داران وجود داشته اند، اما آن گونه که شواهد نشان می داد، بیشتر تغییرات تکاملی در طول زمان های طولانی در ناحیه بزرگی از مغز که سربروم یا مغز پیشین نامیده می شود، به وقوع پیوسته و احتمالاً موجب گسترش توانایی های شناختی شده است.

سربروم خود از دو بخش اصلی تشکیل شده است: گوشته یا اصطلاحاً پالیوم بالایی و قسمت زیر آن تحت عنوان زیرپالیوم. پالیوم پستانداران عمدتاً از قشری شش لایه تشکیل شده است که مرکز اصلی شناخت در این جانوران است. این بخش همچنین قسمت های کوچکتری مانند آمیگدال و هیپوکامپ را در بر می گیرد. در مقابل زیرپالیوم شبیه یک توده همگن از نورون ها است که الگوهای حرکتی آموخته شده را ذخیره نموده و در هنگام نیاز فعال می سازد. ولی در پرندگان وضعیت کاملاً متفاوت است؛ اگر شما در یکی از برنامه های تشریح که توسط ادینگر ارائه می شد شرکت داشتید، می توانستید ببینید که بخش پالیوم در پرندگان کاملاً شبیه زیرپالیوم است. این دانشمند در نتیجه چنین مشاهداتی قسمت زیادی از پالیوم را با زیرپالیوم اشتباه می گرفت و این موضوع سبب شده بود او به این نتیجه برسد که پرندگان دارای یک زیرپالیوم بزرگ در کنار یک پالیوم کوچک هستند. لذا توانایی های شناختی آنها باید بسیار محدود باشد.

چه اشتباه بزرگی! ادینگر دانشمند برجسته ای در زمان خود بود و نظریه او بطور قانع کننده ای توضیح می داد که چرا ما پستانداران دارای قوه شناختی برتری هستیم. همین موضوع باعث شده بود که تئوری نادرست وی بیش از یک قرن پایدار بماند و تا اوایل قرن بیست و یکم تفکرات مرتبط با علوم عصبی را تحت تاثیر قرار دهد.

اما دلیل دیگری نیز وجود داشته است که مغز پرندگان حقیرتر از مغز پستانداران قلمداد شود. این دلیل به تفاوت مغز پرندگان و پستانداران از لحاظ اندازه اشاره دارد. در بین پرندگان، شترمرغ ها بزرگترین مغز را دارند که 25 گرم وزن دارد. در مقابل مغز یک شامپانزه حدود 400 گرم، مغز انسان 1300 گرم و مغز یک نهنگ 9000 گرم وزن دارد. حداقل در میان نخستیان، اندازه مغز ارتباط مستقیمی با توانایی های شناختی دارد. بنابراین در پرندگان به دلیل عدم وجود یک پالیوم بزرگ و همچنین اندازه کوچک مغز، تصور می شد که توان شناختی بسیار محدود است. در این صورت چگونه ممکن است که گرتی داستان ما توانسته است آزمایش برچسب و آئینه را با موفقیت پشت سر بگذارد؟ آیا دیدگاه علمی ما با یک قرن سابقه در خصوص نیاز به یک قشر مغزی بزرگ برای داشتن توان شناختی بالا اشتباه بوده است؟

کلاغ های نیوکالدونیا

بررسی کلاغ های نیوکالدونیا در اقیانوس آرام جنوبی که اکثراً با تغذیه از حشراتی که در شکاف های موجود در پوست درختان یافت می شوند زندگی خود را می گذرانند، می تواند دیدگاه های جدیدی را در این رابطه به ما بدهد. در سال 1966 دانشمندی از دانشگاه مسی نیوزیلند گزارش داد که کلاغ های نیوکالدونیا دو نوع ابزار مختلف را می سازند و به کمک آنها طعمه خود را شکار می کنند. روند ساخت این ابزارها توسط این پرندگان چنان پیچیده است که این دانشمند آن را با تولید ابزارهای سنگی توسط انسان های دوره پالئولیتیک میانه که بین 300 هزار تا 40 هزار سال پیش می زیسته اند مقایسه کرده است.

بررسی ها نشان داده اند که چند گونه جانوری قادر به استفاده از ابزار هستند. اما هنگامی که این پدیده به درستی در آنها مورد آزمایش قرار می گیرد، مشخص می شود که بیشتر این رفتارها بر اساس یک توالی برنامه ریزی شده ذاتی از پاسخ ها صورت می گیرند و نه بر اساس ارزیابی شناختی یک مسئله. در این رابطه دانشمندانی از دانشگاه اوکلند نیوزیلند و بخش علوم تاریخ بشر انستیتوی مکس پلانک واقع در شهر جنای آلمان، مطالعاتی را برای درک صحیح پایه و اساس ذهنی استفاده از ابزار در کلاغ های نیوکالدونیا آغاز کرده اند. این آزمایش ها نشان داده اند که کلاغ های فوق می توانند با استدلال در مورد روابط علت و معلولی، مسائل متنوعی را حل کنند. این موجودات قادر هستند پیشاپیش و با استفاده از بازنمایی های ذهنی اشیاء، طرح و برنامه بریزند و همچنین در مورد روابط علت و معلولی وقایع مشاهده شده استنتاج داشته باشند.

البته درک کلاغ ها از فیزیک اعمال و حرکات خود دارای محدودیت های مشخصی است. اگرچه آنها قادر هستند وزن اشیاء را از روی نحوه حرکت شان در مقابل باد درک کنند، اما اغلب از فهمیدن این موضوع که سقوط اشیای سنگین تر باعث تاثیر بیشتری روی سطوح می شود عاجز هستند. با این حال باید گفت کلاغ های نیوکالدونیا در اکثر موارد مربوط به توانایی های شناختی فیزیکی، دارای قدرت برجسته ای هستند.

اما در مورد شناخت اجتماعی چطور؟ در این خصوص به نظر می رسد کلاغ ها می توانند یک کار را به صورت گروهی انجام دهند، اما قادر به درک این موضوع نیستند که همکاری آنها با یکدیگر می تواند به یک ابزار اجتماعی برای رسیدن بهتر به اهداف شان تبدیل شود. بررسی ها نشان می دهند که این پرندگان می توانند به اشیایی که همتایان آنها می سازند، به خوبی نگاه کنند. آنها از درک دقیق مراحل ساخت چنین اشیایی عاجز هستند؛ در عوض به نظر می رسد که نحوه کار یک ابزار را به خوبی در ذهن خود تصویرسازی کرده و سپس به جای آنکه نحوه ساخت آن را مستقیماً از دیگران یاد بگیرند، این کار را با استفاده از مهندسی معکوس در حافظه خود انجام می دهند. اینها همه نشان می دهد که اگرچه کلاغ ها از شناخت فیزیکی خارق العاده ای برخوردار هستند، اما این موضوع در مورد فعالیت های ذهنی نظیر تعاملات اجتماعی آنها صدق نمی کند.

حالا سوال این است که آیا چنین محدودیتی مخصوص کلاغ های نیوکالدونیا است یا در مورد پرندگان دیگر نیز وجود دارد؟ پاسخ این سوال را با آزمایشی روی کلاغ زنگی می توان فهمید.

سیاست های کلاغ زنگی

کلاغ زنگی های جوان که جفت و قلمرو خاصی نیز ندارند، اغلب دسته های موقتی را روی منابع غذایی عمده مثلاً یک لاشه حیوانی تشکیل می دهند. هنگامی که شکارچیان بزرگ از انبارهای غذایی خود دفاع می کنند، این کلاغ ها با دسته های دیگر ارتباط برقرار نموده و آنها را برای بکارگیری تاکتیک های انحرافی به منظور نفوذ به منبع غذایی فرا می خوانند. این پرندگان همچنین برای جلوگیری از به سرقت رفتن غذایشان توسط دیگر پرندگان از استراتژی هایی استفاده می کنند که جلوی مشاهده شدن منابع غذایی توسط سایر پرندگان را می گیرد. در مقابل، آنها به مشاهده دقیق حرکات پرندگان دیگر می پردازند تا ذخایر غذایی محافظت نشده آنها را بربایند. در این میان جفت های بارور وظیفه محافظت از قلمرو را در مقابل سایر کلاغ زنگی ها به عهده می گیرند. به دنبال چنین نبردهایی، اعضای بارور و غیر بارور جوامع کلاغ های زنگی که شبکه اجتماعی توسعه یافته ای را تشکیل داده اند، شانس بیشتری برای برنده شدن در رقابت های غذایی و حفظ ذخایر خود خواهند داشت. دانشمندانی از دانشگاه وین اتریش و دانشگاه ورمونت آمریکا، هدایت این مطالعات را که نشان دهنده استراتژی های اجتماعی بسیار توسعه یافته کلاغ های زنگی است، بر عهده داشته اند.

به گفته محققان فوق پیش شرط لازم برای انجام چنین فعالیت هایی توانایی درک شبکه هایی است که سایر پرندگان نیز متعلق به آنها هستند و همچنین شناخت مقاصد هر تک پرنده ای است که کلاغ زنگی ها در طول روز با آنها مواجه می شوند. این پرندگان همواره مترصد آن هستند که بفهمند آیا تغییری در میزان غالبیت گروه های مختلف رخ داده است یا خیر.

از آنجا که رتبه گروه ها در سلسله مراتب غالبیت با افزایش پیوندهای جفتی بیشتر می شود، معمولاً پرندگان پیوندهای موجود در گروه های دیگر را ردیابی می کنند و برای ایجاد اختلال در جفت شدن آنها مداخلات تهاجمی انجام می دهند. آنها با این کار مانع ایجاد پیوندهای جدید در گروه های رقیب خود می شوند و بدین ترتیب از افزایش رتبه پرندگان رقیب در سلسله مراتب غالبیت جلوگیری می کنند.

رقابت اجتماعی در موارد دیگری نیز به کار می آید. کلاغ زنگی ها می توانند این موضوع را که آیا توسط پرنده دیگری مشاهده شده و ذخیره غذایی شان مورد جاسوسی قرار گرفته است یا خیر، پیگیری نمایند. به نظر می رسد این پرندگان آنچه دیگران می توانند یا نمی توانند ببینند را درک کرده و حتی قادرند سطح دانش یک پرنده دیگر را ارزیابی کنند. این همان مشخصه ای است که از آن به تئوری ذهن یاد می شود. آنها در صورت لزوم قادر هستند دزدان احتمالی ذخایر غذایی خود را با هدایت آنها به سوی مکان هایی دیگر فریب دهند.

این مهارت های اجتماعی با درجه بالایی از خودکنترلی به علاوه درک کاملی از زمان استفاده از زور و زمان عقب نشینی در تعاملات خود با سایر جانوران تکمیل می شود. در این رابطه محققانی از دانشگاه لوند سوئد در پژوهش های خود نشان داده اند که کلاغ زنگی ها قادر به برنامه ریزی برای انواع مختلفی از رویدادهای آینده هستند. این پرندگان در قبال دریافت یک پاداش کوچک و بلافاصله می توانند به سمت انتخاب یک ابزار خاص نظیر یک قطعه سنگ هدایت شوند. به همین ترتیب می توان در روزی دیگر و در قبال پاداشی بزرگتر، آنها را به معاوضه ابزار روز قبل یا استفاده از آن ترغیب کرد. در مجموع کلاغ زنگی قادر است تمام جنبه های شناختی پیچیده را از مغزی که تنها 14 گرم وزن دارد با هم ترکیب کرده و مورد استفاده قرار دهد.

طوطی ها و کبوتران

کلاغ زنگی ها و کلاغ های نیوکالدونیا، تنها دو نمونه از گونه های دارای توانایی شناختی بالا از خانواده کلاغ ها هستند. محققان دانشگاه کمبریج در دو دهه تحقیق نشان داده اند که زاغ های کبود نیز در همه جنبه های شناختی پیچیده، دارای برتری بسیاری هستند. مهم تر از همه این پرندگان اولین جانوران غیر انسانی بوده اند که در آنها حافظه اپیزودیک مشاهده شده است. حافظه اپیزودیک یک توانایی شناختی است که به جانور اجازه می دهد تا وقایع گذشته زندگی را به خاطر آورده و تعهدات آینده خود را تصور کند.

با این حال باید دانست که برخی از گونه های طوطی می توانند توانایی هایی مشابه با برخی نخستیان غیر انسانی را نشان دهند و در همین راستا باید الکس طوطی خاکستری افسانه ای را به یاد آورد. پژوهشگران دانشگاه هاروارد و کمبریج، مطالعات پیشگامانه ای را در مورد توانایی های شناختی در طوطی ها و کلاغ ها انجام داده اند. این محققان موفق شده اند مهارت های الکس را در طبقه بندی اشیاء مختلف و همچنین توانایی این طوطی در عملکردهای مختلف و شناخت مقادیر عددی تا هشت را نشان دهند. آنها همچنین درک این طوطی باهوش از مفاهیمی چون اندازه نسبی، تشخیص عدم وجود یک شئی و تشخیص شباهت ها و اختلافات موجود در ویژگی های یک شئی را تایید کرده اند. به علاوه موارد ذکر شده، الکس حتی می تواند با استفاده از یک مفهوم شبه صفر برخی جمع های عددی ساده را نیز انجام دهد!

از آنجایی که این کشفیات بسیار چشمگیر هستند، متخصصان پستانداران آغازین این سوال را مطرح کرده اند که آیا این پرندگان در مقایسه با نخستیان که دارای توانایی شناختی گسترده ای هستند، تنها در چند حوزه شناختی محدود دارای توانایی های خاص هستند؟ اگر پاسخ این سوال مثبت باشد، طوطی ها و کلاغ ها باید در آزمایش هایی که در آنها تنوع گسترده ای از وظایف وجود دارد، شکست بخورند. برای بررسی این موضوع، آنها به جستجوی مطالعاتی درباره انواع مختلف شناخت در پستانداران آغازین غیر انسانی و همچنین تحقیقات مشابهی در کلاغ ها و طوطی ها پرداختند. اما پس از جمع آوری همه مقالات علمی منتشره در این خصوص و در هشت حوزه مربوط به توانایی شناختی پیچیده، این دانشمندان نتیجه گرفتند که توانایی فوق در گونه های کلاغ و طوطی می تواند چه از نظر بزرگی و چه از نظر گستردگی، با توانایی نخستیان غیر انسانی برابری کند.

کلاغ ها و طوطی ها به عنوان پرندگانی باهوش شناخته شده اند؛ اما در مورد پرندگان دیگر مانند کبوتر چه می توان گفت؟ بررسی ها نشان می دهند در حالی که زاغ های اروپایی، کلاغ زنگی ها و کلاغ نیوکالدونیا دارای مغزهایی با وزن به ترتیب در حدود 5.5، 8 و 14 گرم هستند، مغز کبوتران تقریباً دو گرم وزن دارد که قابل مقایسه با وزن مغز یک موش است. حتی کبوترها نیز از آنچه تصور می شود باهوش تر هستند. محققان دانشگاه بوخوم نشان داده اند که کبوترها می توانند 725 الگوی انتزاعی را به خاطر بسپارند و همچنین از نوعی منطق خاص تحت عنوان منطق استنباط انتقالی استفاده کنند. مثالی از این فرآیند منطقی را می توان بدین گونه نشان داد: شما می توانید درک کنید که جنیفر از سارا بلند قدتر است، اگر بدانید که جنیفر از سونیا و همچنین سونیا از سارا بلند قدتر است.

اخیراً برخی دانشمندان نشان داده اند که کبوترها می توانند تمایز بین واژگان و ترکیب های غیر واژه ای حاصل از چهار حرف مختلف را تشخیص دهند. این واژه ها و ترکیبات، هر کدام از یک حرف صدادار و سه حرف بی صدا تشکیل شده بودند. بعد از آن نیز کبوترهای فوق توانستند مهارت کسب شده خود را با استفاده از راهبردهای هجایی مشابه آنچه توسط دانش آموزان دبستانی انجام می شود، به مجموعه جدیدی از واژگان و ترکیب های غیر واژه ای بسط دهند. این یافته ها نشان داده اند که کبوترها می توانند در انجام چنین کارهایی، عملکردهای شناختی مشابه کلاغ ها و طوطی ها را داشته باشند. البته آنها برای یادگیری یک کار به زمان بسیار طولانی تری نیاز دارند و برای درک یک قانون انتزاعی باید آموزش بیشتری ببینند.

همه این موارد نشان می دهند از زمانی که دانشمندان در سرتاسر جهان شروع به کشف توانایی های شناختی فوق العاده در پرندگان کرده اند، تحقیر مغز این موجودات پشتوانه علمی خود را از دست داده است. به دنبال این تلاش ها ما اکنون می دانیم که مغز پرندگان و پستانداران بسیار بیشتر از آنچه قبلاً تصور می شد دارای مشابهت است.

یافته های مطالعاتی حاکی از آن هستند که علی رغم وجود پالیوم های مختلف در مغز پستانداران و پرندگان، هر دو گروه جانوری فوق توانسته اند با افزایش تعداد نورون ها بطور شناختی رشد کنند. هر چند در پستانداران این اتفاق با افزایش اندازه مغز و در پرندگان با افزایش تراکم نورون ها رخ داده است، با این حال در هر دو گروه، شبکه ارتباطات پالیومی کاملاً مشابهی ایجاد شده است که منجر به تکامل بخش های پری فرونتال مغز با خصیصه های فیزیولوژیکی، عصب شیمیایی و عملکردی یکسانی شده است. عین این موضوع را می توان برای توانایی شناختی این دو گروه جانوری نیز بیان کرد. روشی که از طریق آن پرندگان و پستانداران یاد می گیرند، به یاد می آورند، فراموش می کنند، اشتباه می کنند، تعمیم می دهند و تصمیم گیری می کنند از اصول یکسانی پیروی می کند. این میزان شباهت حیرت انگیز در وضعیتی امکان پذیر شده است که اصولاً طبیعت درجه آزادی بسیار محدودی را در تولید ساختارهای عصبی مربوط به توانایی شناختی پیچیده ارائه می دهد.

در نهایت می توان این گونه نتیجه گیری کرد که پرندگان و پستانداران هر دو تکامل مشابهی را در مکانیسم های عصبی و روش های تفکر داشته اند. در واقع آنها اگرچه مسیرهای متفاوتی را برای تکامل سیستم عصبی طی کرده اند، در آخر هر دو به یک مکان رسیده اند.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «مغز پرندگان شگفت انگیز است»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله Scientific American ترجمه بابک عباس زاده از مجله دانشمند، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.