مغز موش‌ها راز تصمیم‌گیری را فاش کردند: این کشف هوش مصنوعی را متحول می‌کند!

کاوش‌های نوینی پیرامون تبدیل داده‌های دریافتی حسی به کنش‌های حرکتی در مغز موش‌ها

دانشمندان علوم اعصاب به تازگی پرده از چگونگی تبدیل داده‌های حسی در بخش‌های مختلف مغز موش‌ها به حرکت برداشته‌اند. این مطالعات که در مرکز ساینس‌بری ولکام در دانشگاه UCL انجام شده‌اند، نشان می‌دهند که فرآیند تصمیم‌گیری یک سازوکار گسترده و همه‌گیر در سرتاسر مغز است که با یادگیری ارتباط تنگاتنگی دارد. یافته‌های این تحقیق می‌تواند به پیشرفت در زمینه هوش مصنوعی کمک کند و دیدگاه‌های تازه‌ای را در طراحی شبکه‌های عصبی توزیع‌شده‌تر ارائه دهد.

پروفسور تام موریسیک-فلوگل، مدیر مرکز ساینس‌بری ولکام در UCL و نویسنده ارشد این پژوهش، توضیح می‌دهد: «این یافته‌ها، مفاهیم پیشین در مورد عملکردهای نواحی مجزای مغز را یکپارچه کرده و به یک تصویر منسجم‌تر از عملکرد مغز و دینامیک‌های عصبی در مقیاس وسیع‌تر تبدیل می‌کند. اکنون ما دید بهتری از آنچه در مغز رخ می‌دهد، داریم. زیرا داده‌های حسی از طریق یک فرآیند تصمیم‌گیری به عمل بدل می‌شوند.»

این پژوهش که نتایج آن امروز در مجله Nature منتشر شده است، چگونگی استفاده محققان از ابزارهای Neuropixels را شرح می‌دهد. این ابزار یک فناوری پیشرفته است که امکان ثبت همزمان اطلاعات از صدها نورون در بخش‌های مختلف مغز را فراهم می‌کند. آن‌ها از این ابزار برای مطالعه موش‌هایی که در یک فرآیند تصمیم‌گیری شرکت داشتند، استفاده کردند. این کار که توسط دکتر ایوانا اورسولیک در SWC طراحی شده بود، به تیم این امکان را داد تا بین پردازش داده‌های حسی و کنترل حرکتی تمایز قائل شوند.

محققان همچنین با مطالعه حیواناتی که این آموزش‌ها را فراگرفته بودند و مقایسه آن‌ها با حیواناتی که هنوز با این فرآیند آشنا نبودند، به نقش یادگیری پی بردند. دکتر مایکل لوه‌سه، پژوهشگر فوق دکتری در SWC و نویسنده مشترک این مقاله، توضیح می‌دهد: «ما اغلب بر اساس اطلاعات ناقص تصمیم می‌گیریم. برای مثال، وقتی باران شروع به باریدن می‌کند، باید تصمیم بگیریم که چه زمانی چتر خود را باز کنیم. ما در این پژوهش، فرآیند ادغام شواهد ناقص را در موش‌ها بررسی کردیم تا متوجه شویم مغز چگونه تصمیمات ادراکی را پردازش می‌کند.»

موش‌ها آموزش دیده بودند که در حالی که یک الگو بصری متحرک را تماشا می‌کنند، بی‌حرکت بایستند. آن‌ها باید زمانی که افزایش مداومی در سرعت حرکت این الگو را تشخیص می‌دادند، به یک شیر آب دهان بزنند تا پاداش بگیرند. این فرآیند به گونه‌ای طراحی شده بود که سرعت حرکت هرگز ثابت نبود و به‌طور مداوم تغییر می‌کرد. همین طور زمان افزایش میانگین سرعت هم از یک آزمایش به آزمایش دیگر فرق داشت تا موش‌ها نتوانند صرفاً بر اساس حافظه به یاد بیاورند که چه زمانی افزایش سرعت رخ داده است.

تحلیل رفتار موش‌ها در پاسخ به محرک‌های بصری

بنابراین، موش‌ها بایستی به طور پیوسته توجه خود را به محرک‌ها معطوف می‌کردند و اطلاعات را تجزیه و تحلیل می‌کردند تا تشخیص دهند که آیا سرعت افزایش پیدا کرده است یا خیر. دکتر آندری خیلکویچ، محقق ارشد در آزمایشگاه موریسیک-فلوگل و یکی دیگر از نویسندگان این مقاله، توضیح می‌دهد: «با آموزش موش‌ها به بی‌حرکت ماندن، تحلیل داده‌ها برای ما دقیق‌تر شد و این امکان را فراهم کرد تا ببینیم نورون‌ها چگونه نوسانات تصادفی سرعت را پیش از آنکه موش‌ها واکنشی نشان دهند، پیگیری می‌کنند.» ما در موش‌های آموزش‌دیده متوجه شدیم که ناحیه واحدی در مغز وجود ندارد که صرفاً ادغام داده‌های حسی را انجام دهد یا این فرآیند را مدیریت کند. در عوض، ما نورون‌هایی را پیدا کردیم که به صورت پراکنده و گسترده در سراسر مغز پخش شده‌اند و اطلاعات حسی و شروع حرکت را به هم مرتبط می‌کنند.

محققان از هر موش چندین بار داده‌برداری کردند و اطلاعاتی از بیش از ۱۵,۰۰۰ سلول در ۵۲ ناحیه از مغز در ۱۵ موش آموزش‌دیده جمع‌آوری کردند. آن‌ها برای بررسی اثر یادگیری، نتایج را با اطلاعات به دست آمده از موش‌هایی که هنوز آموزش ندیده بودند، مقایسه کردند. دکتر لوهس توضیح می‌دهد: «ما دریافتیم زمانی که موش‌ها نمی‌دانند محرک بصری چه معنایی دارد، اطلاعات تنها در سیستم بینایی مغز و چند بخش میانی مغز نمایان می‌شود. اما پس از یادگیری این فرآیند، سلول‌ها اطلاعات را در سراسر مغز یکپارچه می‌کنند.»

در این تحقیق، تیم فقط به بررسی حیوانات آموزش‌دیده و آن‌هایی که به طور کامل این فرآیند را یاد گرفته بودند، پرداخت ولی در تحقیقات آتی امیدوارند که بتوانند فرآیند یادگیری را با دنبال کردن مسیر فعالیت نورون‌ها در طول زمان، مورد بررسی قرار دهند تا متوجه شوند چگونه نورون‌ها در جریان یادگیری تغییر می‌کنند. محققان همچنین در حال بررسی این موضوع هستند که آیا نواحی خاصی در مغز به عنوان مراکز اصلی در ایجاد این ارتباط میان احساسات و عمل، عمل می‌کنند.

چند پرسش دیگر که این مطالعه مطرح کرده، این است که چگونه مغز انتظاراتی را برای زمان افزایش سرعت الگوی بصری در نظر می‌گیرد، به‌گونه‌ای که حیوانات فقط هنگامی به محرک پاسخ می‌دهند که اطلاعات مرتبط باشد. تیم قصد دارد این پرسش‌ها را با تجزیه و تحلیل داده‌های جمع‌آوری‌شده، به دقت بررسی کند.

این پژوهش با حمایت مالی از جوایز ولکام (217211/Z/19/Z و 224121/Z/21/Z) و همچنین کمک‌های مالی از بنیاد خیریه گاتسبی (GAT3755) و ولکام (219627/Z/19/Z) انجام شده است.