سلول‌های مغزی آینده را پیش‌بینی می‌کنند!
به گزارش تهران بهشت، پژوهشی تازه نشان می‌دهد مغز برای دنبال‌کردن مسیر یک دنباله رفتاری (و نه فقط موقعیت مکانی)، از نورون‌های ویژه‌ای استفاده می‌کند. محققان در مغز موش‌ها موفق به شناسایی «سلول‌های پیشرفت به سوی هدف» شدند؛ نورون‌هایی که بر اساس میزان پیشرفت حیوان در یک کار رفتاری خاص فعال می‌شوند. این سلول‌ها حتی در موقعیت‌های تازه به موش‌ها کمک می‌کنند تا حدس بزنند گام بعدی چیست.
به گزارش نوروساینس، این سلول‌ها به جای نقشه‌برداری از محیط فیزیکی، نقشه‌ای درونی از رفتار تولید می‌کنند که به تفکر انعطاف‌پذیر و تعمیم‌پذیر منجر می‌شود. این کشف، نوری تازه بر نحوه حل مسئله در زندگی روزمره می‌افکند و می‌تواند به پیشرفت‌های آینده در حوزه علوم اعصاب و هوش مصنوعی کمک کند
مهم‌ترین نکات پژوهش:
• سلول‌های پیشرفت هدف: نورون‌هایی در قشر مغز که نه موقعیت مکانی، بلکه توالی رفتاری را ردیابی می‌کنند.
• فراتر از حافظه: موش‌ها بدون تجربه قبلی، ساختار وظایف را استنتاج کردند که نشان‌دهنده تعمیم واقعی است.
• پل زیستی-هوش مصنوعی: یافته‌ها به درک عملکرد مغز و طراحی سامانه‌های هوش مصنوعی انعطاف‌پذیر کمک می‌کند.
برای دهه‌ها، دانشمندان علوم اعصاب در تلاش بوده‌اند با استفاده از چارچوب‌های ریاضیاتی، رفتار‌های قابل پیش‌بینی و تکراری مغز را مدل‌سازی کنند؛ مثلاً هنگام بازی‌کردن. این الگوریتم‌ها نه‌تنها توانسته‌اند فعالیت نورون‌ها را با دقت بالا توصیف کنند، بلکه به توسعه سامانه‌های هوش مصنوعی منجر شده‌اند که در برخی وظایف، عملکردی فراتر از انسان دارند مانند بازی آتاری یا گو.
با این حال، این مدل‌ها هنوز نمی‌توانند توانایی خارق‌العاده انسان‌ها و حیوانات در تعمیم، استنتاج و سازگاری را توضیح دهند.
سلول‌هایی برای تعمیم دادن؟
مطالعه‌ای که اواخر سال گذشته در نشریه Nature منتشر شد، به بررسی توانایی موش‌ها در تعمیم و رفتار هوشمندانه پرداخته است. برخلاف ماشین‌ها، انسان‌ها و حیوانات می‌توانند به طور انعطاف‌پذیر با چالش‌های جدید رو‌به‌رو شوند. ما هر روز با بهره‌گیری از تجربیات یا دانش خود، مسئله‌های جدیدی را حل می‌کنیم – از پخت غذای تازه گرفته تا مواجهه با افراد ناآشنا یا انتخاب مسیر جدید.
در دهه ۱۹۵۰، روان‌شناس ادوارد تولمن مفهوم «نقشه شناختی» را مطرح کرد؛ بازنمایی‌های ذهنی درونی از دنیا که تجربیات ما را سازمان می‌دهند و به ما اجازه می‌دهند پیش‌بینی کنیم در گام بعدی چه اتفاقی می‌افتد.
در دهه ۱۹۷۰، پژوهشگران نورون‌های تخصصی مانند «سلول‌های مکان» در هیپوکامپ و «سلول‌های شبکه‌ای» در قشر انتوراینال را در مغز جوندگان شناسایی کردند که نقشه‌ای دقیق از محیط فیزیکی تولید می‌کنند. این سلول‌ها فواصل، اهداف و مکان‌ها را رمزگذاری می‌کنند و جایگاه ما را در فضا تعیین می‌کنند.
اکنون، توجه پژوهشگران به جنبه‌های شناختی فراتر از ناوبری فضایی جلب شده – از جمله تعمیم، استنتاج، تخیل، شناخت اجتماعی و حافظه. به نظر می‌رسد همین مناطق مغزی در این فرایند‌ها نیز نقش دارند.
در این پژوهش، هدف آن بود که بررسی شود آیا سلول‌هایی در مغز وجود دارند که نه محیط بیرونی، بلکه دانش ما از رفتارمان را سازمان‌دهی می‌کنند؟ و اگر چنین است، سازوکار این نورون‌ها چیست؟ چگونه مغز بر اساس تجربیات گذشته می‌تواند دستور پخت جدیدی را اجرا کند؟
پژوهشگران سلول‌هایی را شناسایی کردند که موقعیت ما را در یک توالی رفتاری نشان می‌دهند – یعنی به ما می‌گویند در چه مرحله‌ای از یک کار هستیم. آنها موش‌هایی را آموزش دادند تا در یک وظیفه رفتاری شامل چهار «هدف» (A، B، C، D) حرکت کنند؛ هرکدام با پاداش آبی همراه بود.
با تغییر مکان هدف‌ها، موش‌ها همچنان قادر بودند تشخیص دهند که گام بعدی چیست – حتی زمانی که قبلاً آن وضعیت خاص را تجربه نکرده بودند. برای مثال، وقتی موشی برای اولین بار به هدف D در مکان جدید رسید، بلافاصله می‌دانست باید به هدف A بازگردد. این حافظه نبود، بلکه نشان می‌داد که موش‌ها ساختار کلی وظیفه را درک کرده‌اند.
با کاشت الکترود در مغز موش‌ها، پژوهشگران توانستند فعالیت عصبی را در حین انجام وظیفه ثبت کنند. سلول‌های خاصی در قشر مغز مشاهده شدند که میزان پیشرفت حیوان به سمت هدف را رمزگذاری می‌کردند. برخی سلول‌ها هنگام نزدیک‌شدن به اهداف فرعی فعال می‌شدند (مثل خرد کردن سبزیجات هنگام آشپزی)، در حالی که برخی دیگر مسیر کلی تا رسیدن به هدف نهایی (مثلاً پخت کامل غذا) را پیگیری می‌کردند.
این سلول‌ها با هم نقشه‌ای از «فضای رفتاری» ایجاد کردند – نه فضای فیزیکی – و این نقشه انعطاف‌پذیر بود و در صورت تغییر وظیفه، به‌روز می‌شد.
چرا ساختار‌های کلی اهمیت دارند؟
یادگیری ساختار‌های کلی و تعمیم‌پذیر برای مغز سودمند است، زیرا رفتار ما برای رسیدن به اهداف، معمولاً الگو‌ها و ساختار‌های تکرارشونده دارد. ما در طول زندگی با مجموعه‌ای از وظایف ساختاریافته مواجه می‌شویم و با تعمیم از تجربه‌های پیشین، مسئله‌های جدید را حل می‌کنیم. مثلاً پخت یک نوع سس مانند راگو می‌تواند از تجربه قبلی ما با درست‌کردن بولونز بهره ببرد، چون مراحل کلی مشابه‌اند.
پژوهشگران پیشنهاد می‌دهند که سلول‌های پیشرفت هدف در قشر مغز، بلوک‌های سازنده‌ای برای سازمان‌دهی روابط انتزاعی میان رویدادها، اقدامات و پیامد‌ها هستند.
اگرچه این یافته‌ها فعلاً در موش‌ها به‌دست آمده‌اند، اما بسیار محتمل است که مغز انسان نیز از سازوکار مشابهی بهره ببرد.
با مستندسازی شبکه‌های سلولی و الگوریتم‌های مرتبط با آنها، این پژوهش در حال ایجاد پلی میان علوم اعصاب انسانی و جانوری و نیز میان زیست‌شناسی و هوش مصنوعی است.
انتهای پیام/
ارسال نظر