دانشمندان مکانیسمی را کشف کرده‌اند که سیگنال‌های بصری توسط آن در مغز هماهنگ می‌شوند

به گزارش مجله خبری نگار، گاهی اوقات مغز اطلاعات بصری دریافت می‌کند که می‌توانند با یکدیگر در تضاد باشند: برای مثال، ممکن است فرد در تاریکی شکلی شبیه به چهره ببیند یا لحظه‌ای یک پرتقال را با سیب اشتباه بگیرد. محققان آزمایشگاه کولد اسپرینگ هاربر، دانشگاه کمبریج و کالج دانشگاهی لندن کشف کرده‌اند که چگونه نواحی مختلف قشر بینایی می‌توانند چنین سیگنال‌هایی را هماهنگ کنند. ایزوستیا در مورد چگونگی شکل‌گیری یک درک واحد توسط مغز هنگام مواجهه با اطلاعات متناقض گزارش می‌دهد.

نحوه پردازش اطلاعات بصری توسط مغز

محققان دو ناحیه مجاور قشر بینایی - قشر بینایی اولیه (V۱) و ناحیه جانبی میانی (LM) - را مورد مطالعه قرار دادند. آنها جریان‌های متفاوتی از اطلاعات حسی را دریافت می‌کنند، اما از دو جهت به هم متصل هستند. بنابراین، پردازش اطلاعات بصری محدود به کار یک ناحیه مغز نیست.

این مطالعه در مجله Nature Neuroscience منتشر شد. محققان می‌خواستند بفهمند که چگونه مناطق تخصصی مغز که سیگنال‌های مختلف را دریافت می‌کنند، همچنان یک درک منسجم را تشکیل می‌دهند. برای انجام این کار، آنها فعالیت عصبی را در هفت موش مطالعه کردند. در مجموع، آنها ۱۹۴ نورون V۱ و ۲۲۸ نورون LM را ثبت کردند، سپس از داده‌ها برای ایجاد مدل‌هایی از هر دو ناحیه و تعاملات آنها استفاده کردند.

چه اتفاقی در طول آزمایش افتاد؟

ابتدا، به موش‌ها آموزش داده شد تا بین دو الگوی بصری که در زوایای مخالف کج شده بودند، تمایز قائل شوند. جوندگان برای انتخاب تنها یکی از جهت‌ها، پاداش دریافت می‌کردند. سپس، در طول انجام این کار، محققان به طور خلاصه یکی از دو ناحیه قشر بینایی - V۱ یا LM - را غیرفعال کردند. این به آنها اجازه داد تا مشاهده کنند که چگونه عملکرد یک ناحیه هنگامی که ناحیه دیگر از کار می‌افتد، تغییر می‌کند.

بر اساس فعالیت ثبت‌شده، دانشمندان یک شبکه عصبی مصنوعی ایجاد کردند که تعامل بین V۱ و LM را نشان می‌داد. با استفاده از این مدل، آنها توانستند پاسخ این مدار را در موقعیت‌هایی که فعالیت نورون‌های منفرد تغییر می‌کرد، شبیه‌سازی کنند. این امر به محققان اجازه داد تا فعالیت دو ناحیه را مقایسه کرده و مشخص کنند که وقتی سیگنال‌های آنها با هم منطبق یا واگرا می‌شوند، چه اتفاقی می‌افتد.

چگونه مغز به یک تصمیم مشترک می‌رسد؟

این آزمایش نشان داد که الگو‌های فعالیت ناهماهنگ بین دو ناحیه به سرعت ناپدید می‌شوند. برعکس، وقتی فعالیت V۱ و LM با هم مطابقت داشتند، این الگو مدت بیشتری ادامه می‌یافت.

میترا جوادزاده، نویسنده‌ی این مطالعه:

ما دریافتیم که با گذشت زمان، چنین ارتباطاتی بین دامنه‌ها، مکانیسمی را پیاده‌سازی می‌کنند که ما آن را تشکیل اجماع می‌نامیم.

به گفته دانشمندان، ارتباطات دو طرفه بین نواحی به حل اختلافات در طول زمان و حفظ فعالیت مداوم کمک می‌کند. بنابراین، نواحی مختلف قشر بینایی نه تنها اطلاعات ورودی را به طور مستقل پردازش می‌کنند، بلکه دائماً با یکدیگر در تعامل هستند و فعالیت آنها می‌تواند به حالت مداوم برسد.

این مطالعه تنها بر دو ناحیه از قشر بینایی متمرکز بود، بنابراین دانشمندان هنوز نمی‌توانند تأیید کنند که همین اصل در سراسر مغز عمل می‌کند. گام بعدی برای تیم تحقیقاتی، آزمایش این موضوع خواهد بود که آیا مکانیسم مشابهی در سایر نواحی نئوکورتکس نیز عمل می‌کند یا خیر. به طور خاص، دانشمندان می‌خواهند مشخص کنند که آیا مغز قادر به استفاده از روش مشابهی برای هماهنگی اطلاعات در هنگام تضاد سیگنال‌های حواس مختلف است یا خیر. به عنوان مثال، محققان موقعیتی را ذکر می‌کنند که در آن آنچه فرد می‌بیند و آنچه می‌شنود با هم مطابقت ندارند.

نویسندگان همچنین پیشنهاد می‌کنند که اصل تشکیل اجماع پویا ممکن است به درک بهتر چگونگی ادغام مناطق تخصصی مغز در یک سیستم واحد کمک کند. علاوه بر این، چنین مکانیسمی می‌تواند به طور بالقوه رویکرد‌های جدیدی را برای ایجاد سیستم‌های هوش مصنوعی که نیاز به تطبیق اطلاعات متناقض نیز دارند، ارائه دهد.

در عین حال، محققان تأکید می‌کنند که کار با دو ناحیه از قشر بینایی تنها اولین قدم برای درک این است که چگونه بخش‌های مختلف مغز جریان‌های جداگانه اطلاعات را در یک ادراک جامع ادغام می‌کنند.