مغز چگونه محاسبات منعطف و سیال را انجام می دهد؟

5 (100%) 1 vote

نوروسافاری | مدل های نورونی جدید نشان می دهد که مغز چگونه با اطلاعات جدید سازگار می شود.

انسان ها می توانند آرایه ی عظیمی از اعمال ذهنی را انجام دهند و پاسخ های رفتاری خود را بر اساس دستورالعمل های خارجی و اعتقادات درونی تنظیم کنند. به عنوان مثال برای آن که با پایتان ریتمی موسیقیایی را اجرا کنید, مغز شما باید صدای دریافتی را تحلیل کند و از اطلاعات شخصیتان استفاده کند تا ببیند ریتم و آهنگ چطور پیش می رود.

به گزارش نوروسافاری از ام‌آی‌تی، عصب شناسان MIT اکنون استراتژی را شناخته اند که مغز با آن اعمال مختلف ذهنی را به سرعت انتخاب و با سهولت اجرا می کند. برای پیشبرد این اکتشاف آن ها از چارچوب ریاضی به نام آنالیز سیستم های دینامیکی استفاده کردند تا منطق حاکم بر تکامل فعالیت های نورونی در جمعیتهای بزرگ نورونها را بفهمند.

جزایری می گوید:

مغز می تواند راه‌حلهای درونی و بیرونی را به کار ببرد تا محاسبات جدید را به شکلی سیال انجام دهد. چیزی که این فرایند را جالب توجه می سازد این است که ما می توانیم تطابق با شرایط خارجی را سریعتر از مقیاس زمانی که ساختار نورونی مغز می تواند تغییر کند بر رفتارمان بیافزاییم. هرچه این فرایند پیش می رود سیستم نورونی  می تواند حالت های مختلفی را تقلید و تحلیل کند و مغز از دستورالعمل ها و باورها برای انتخاب بین این حالات استفاده کند.

کارهای قبلی محققان نشان داده وقتی حرکتی صورت می گیرد مغز می تواند کنترل خوبی را اعمال کند زیرا الگو های فعالیت نورونی در طول زمان تکامل می یابد. آنها دریافته اند که مغز سرعت این تغییر نورونی را بر اساس دو عامل کنترل می کند: اول ورودی های حسی خارجی و دوم تنظیم حالت های درونی, که با اطلاعات درباره ی کار انجام شده منطبق است.

آماده, تنظیم, حرکت

عصب شناسان اعتقاد دارند که انعطاف پذیری شناختی یا توانایی سازش سریع با اطلاعات جدید چیزی است که در نواحی قشری عالی مغز جای دارد ولی چیزی که کمتر شناخته شده است این است که مغز چطور این نوع از انعطاف پذیری را به دست می آورد.

برای این که یافته های جدید را بهتر متوجه شویم خیلی مفید خواهد بود اگر به طریقه‌ی کلید و پیچ تنظیم که در ورودی یک سیستم الکتریکی اتفاق می افتد فکر کنیم. برای مثال در یک تقویت کننده ی الکتریکی کلید منبع صوت را با کنترل چیزی که به سیستم وارد می شود انتخاب می کند و پیچ اندازه ی صدا را با کنترل پارامتر های داخلی مثل مقاومت متغیر تنظیم می کند. تیم MIT  معتقد است که مغز هم به طور مشابهی اعتقادات و دستورالعمل ها را به ورودی ها و وضعیت های درونی تبدیل می کند تا رفتار سیستم های نورونی را تنظیم کند.

برای سنجش این فرضیه محققان در حیواناتی که برای تکلیف زماندار و منعطفی به نام “آماده, تنظیم, حرکت” آموزش دیده بودند فعالیت الکتریکی قشر پیشانی را ثبت کردند. در این تکلیف حیوان تحت آزمایش دو فلاش نور را می بیند -آماده و تنظیم- که با یک وقفه ی زمانی به طول ۰٫۵ تا ۱ ثانیه از هم جدا شده اند و مدتی پس از “تنظیم” شروع به حرکت می کند-حرکت-. حیوان باید حرکت را طوری انجام دهد که وقفه ی زمانی بین وضعیت تنظیم و حرکت مساوی یا ۱٫۵ برابر بیشتر از وقفه ی زمانی بین وضعیت آماده و تنظیم باشد. دستور العمل این که از مضرب ۱ یا ۱٫۵ استفاده می شود در شرح آزمایش ارائه شده است.

سیگنال های نورونی که در وقفه ی زمانی “تنظیم-حرکت” ثبت شده است به طرز واضحی هم اطلاعاتی درباره ی ضریب را در بردارد و هم اطلاعاتی درباره ی وقفه ی زمانی بین وضعیت “آماده”و “تنظیم”به ما می دهد, ولی طبیعت این اطلاعات نورونی به طرز ناامید کننده ای پیچیده به نظر می رسد. برای رمزگشایی از منطقی که در پس این اطلاعات است, محققان از چارچوب تحلیلی سیستم های دینامیکی استفاده کرده اند. این آنالیز در دامنه ی گسترده ای از سیستم های فیزیکی استفاده شده است, از یک جریان الکتریکی ساده گرفته تا یک شاتل فضایی.

این رویکرد به اطلاعات نورونی در تکلیف “آماده, تنظیم, حرکت” محققان را توانمند کرده تا بفهمند که مغز چطور اطلاعات ورودی و شرایط اولیه‌ی قشر پیشانی را برای کنترل منعطف زمان های حرکت به کار می گیرد. یک عملکرد کلید مانند، اطلاعات ورودی را با مضرب مناسب جور می کند و یک عملکرد پیچ تنظیم مانند، وضعیت نورون ها را بر اساس وقفه ی “آماده-تنظیم” تعدیل می کند. این دو استراتژی کنترلی و مکمل به دستگاهی یکسان امکان می دهد تا رفتار های متفاوتی را از خود بروز دهند.

دیوید سوسیلو پژوهشگر در بخش مغز گوگل می گوید:

کلید این مطالعه پیشرفت محققان در استفاده از ابزار های ریاضی جدید بود تا با آن ها بتوانند حجم عظیم اطلاعاتی را که از ثبت فعالیت های نورونی به دست آمده بود تحلیل کنند و بفهمند چگونه جمعیت عظیمی از نورونها با یکدیگر کار می کنند تا اعمال ذهنی پیچیده‌ی مرتبط با زمان و ریتم را انجام دهند.

محققان به طرز دقیقی رویکرد سیستم های پیچیده را به مسئله ی ثبت زمان وارد کرده‌اند.

پلی بین رفتار و نوروبیولوژی

محققان می گویند سوال های بی پاسخ زیادی درباره‌ی این که مغز چگونه این انعطاف را به دست می آورد باقی مانده است. محققان اکنون در تلاشند تا بفهمند چه بخشی از مغز اطلاعات مربوط به مضارب را به قشر پیشانی می فرستد, همین طور آن ها می خواهند بفهمند چه اتفاقاتی در این نورونها می افتد وقتی برای اولین بار با این تکلیف مواجه می شوند, تکلیفی که نیاز به پاسخ منعطف و سیال آن ها دارد.

جزایری می گوید:

ما هنوز ارتباط یک به یکی بین فرایندهای پیچیده‌ی رفتاری و جزئیات نوروبیولوژیکی برقرار نکرده ایم اما فهمی الگوریتمی بر اساس ریاضیات سیستمهای دینامیکی بنیان نهاده ایم که به عنوان پلی بین رفتار و نوروبیولوژی عمل می کند.

محققان همین طور امیدوارند بفهمند که آیا این مدل می تواند رفتار بخش های دیگری از مغز را که مجبورند محاسبات سیال و منعطف انجام دهند توصیف کند یا نه.

لینک مقاله:

Flexible Sensorimotor Computations through Rapid Reconfiguration of Cortical Dynamics

لینک خبر:

How the brain performs flexible computations

ترجمه: محمد حسن ابوالحسنی – وبسایت نوروسافاری

همچنین ببینید

بزرگترین هم اندیشی سالیانه علوم اعصاب کشور BCNC2018

Rate this post 00

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *