شناسایی عملکردهای پنهان سیستم عصبی به کمک هوش مصنوعی

هوش مصنوعی طی سال‌های اخیر رشد بسیار قابل توجهی داشته و ویژگی های منحصر به فرد آن سبب شده است از این فناوری برای مطالعه موارد مختلفی که بررسی آن توسط انسان دشوار است استفاده شود. یکی از این موارد، عملکردهای غیر محسوس سیستم عصبی انسان است.

به گزارش خبرگزاری سیناپرس ، سیستم عصبی انسان قادر است به نوعی رفتار کند که بدون بروز تغییر در فیزیک فرد، عملکردهای پنهان و دقیقی داشته باشد. برای نمونه جابه‌جایی تمرکز بر یک صحنه بدون حرکت چشم‌ها مانند رانندگی یا سنجش واکنش دیگران به حرف‌های گفته شده در یک جمع، رفتاری است که به توجه پنهان  معروف است.
ما در بسیاری از مواقع این کار را انجام می‌دهیم، اما پایه‌های عصبی-فیزیولوژیکی آن هنوز به خوبی شناخته نشده است. به تازگی تیمی از پژوهشگران دانشگاه سانتا باربارا کالیفرنیا، به سرپرستی سودهانشو سریواستاوا (Sudhanshu Srivastava) ، میگل اکشتاین (Miguel Eckstein) و ویلیام وانگ (William Wang) با استفاده از شبکه‌های عصبی کانولوشنی – نوعی مدل هوش مصنوعی طراحی‌شده برای پردازش تصاویر-  انواع جدیدی از نورون‌های ظهورکننده را کشف کرده‌اند که وجودشان با داده‌های واقعی از مطالعات مغز موش تأیید شد.

سریواستاوا در این رابطه گفت: این یک نمونه روشن از پیشرفت هوش مصنوعی در علوم اعصاب، علوم شناختی و روان‌شناسی است. ما توجه را اغلب مانند یک نورافکن در مغز می‌پنداریم که بر بخشی از میدان دید تمرکز می‌کند و منابع را به آن ناحیه اختصاص می‌دهد تا آن را بهتر ببینیم. حتی مدل‌های محاسباتی و عصب‌شناختی معاصر نیز مکانیسمی داخلی برای توجه دارند که فعال می‌شود و پردازش بصری را در مکان مورد توجه تغییر می‌دهد.

در  این مطالعات اما پژوهشگران توجه پنهان را با نمایش یک فلش در زمان پیش یا همزمان با ظهور یک هدف زودگذر مطالعه کرده و بررسی می‌کنند که تشخیص هدف وقتی همراه نشانه ظاهر می‌شود، چقدر سریع‌تر و دقیق‌تر می‌گردد. ایده اصلی مطالعه، این است که نشانه، مکانیسم توجه مغز را به سوی مکان نشانه‌دار هدایت کرده و پردازش بصری را دگرگون می‌سازد.

اکشتاین، استاد روان‌شناسی و علوم مغز در دانشگاه کالیفرنیا، در توضیح این مساله می گوید: چون این رفتار برای ما انسان‌ها کاملاً طبیعی است، رفتارهای توجه پنهان به گونه‌ای فریبنده با توانایی جابه‌جایی آگاهی در جهان بصری مرتبط به نظر می‌رسند. برای دهه‌ها، این رفتار زودگذر تنها به نخستی‌ها – گروهی از پستانداران شامل انسان و میمون‌ها- نسبت داده می‌شد که به کمک لوب‌های پاریتال مغز که در پردازش حسی و توجه نقش کلیدی دارند، امکان پذیر شده و حتی با آگاهی پیوند خورده بود. اما اخیراً، این رفتار در گونه‌های دیگری از موجودات مانند برخی ماهی‌ها، موش و زنبور عسل که ساختار مغزی ساده‌تری دارند نیز دیده شده است. این مشاهدات پژوهشگران را به این اندیشه واداشته که شاید برخی انواع توجه پنهان، نتیجه همکاری نورون‌ها در سراسر مغز است، نه عملکرد بخش تخصصی.

در این میان چالش‌های زیادی برای نقشه‌برداری از چگونگی پردازش اطلاعات در مغز وجود داشته و به ویژه ثبت  تصاویر توجه و دقت، کاری بسیار دشوار است زیرا مغز انسان میلیاردها نورون داشته و سیستمی پویا و پرنوسان است. تکنیک‌های تصویربرداری کنونی نیز هنوز به رزولوشن لازم برای ثبت فعالیت تک‌تک نورون‌ها نرسیده‌اند.

در این شرایط مدل‌های هوش مصنوعی با ساخت الگویی نسبتاً ساده از مغز و سپردن وظایفی که مغز انسان معمولاً انجام می‌دهد، می‌توانند به درک بهتری از سازماندهی احتمالی مغز برای این وظایف دست پیدا کنند.
طی این تحقیقات، پژوهشگران با بررسی ۱.۸ میلیون نورون مصنوعی (۱۸۰ هزار واحد نورونی در ۱۰ شبکه آموزش‌دیده)، «سلول‌های مغزی» هوش مصنوعی خود را در تحت مطالعه قرار دادند؛ آزمایشی بصری که دقت یا سرعت تشخیص هدف را با یا بدون نشانه می‌سنجد.

با این حال، پژوهشگران مطمئن نبودند که آیا یافته‌های شبکه‌هایشان با نورون‌های زیستی واقعی همخوانی دارد یا نه؛ بنابراین  از  داده‌های عصبی از مطالعات موش ها در وظیفه نشانه‌گذاری استفاده کردند.
هنوز روشن نیست که این یافته‌ها تا چه حد به انسان قابل تعمیم هستند؛ با این حال، این پژوهش نشان می‌دهد که توجه پنهان بسیار پیچیده‌تر از تصور پیشین است.

شرح کامل این پژوهش در آخرین شماره مجله تخصصیProceedings of the National Academy of Sciences  منتشر شده و در اختیار محققان قرار دارد.

مترجم: احسان محمدحسینی

نوشته شناسایی عملکردهای پنهان سیستم عصبی به کمک هوش مصنوعی اولین بار در خبرگزاری سیناپرس . پدیدار شد.