للتنقل في جميع أنحاء العالم ، فأنت بحاجة إلى الشعور بالبيئة المحيطة بك ، خاصةً القيود التي تحد من حركتك: الجدران والسقف والحواجز الأخرى التي تحدد هندسة المساحة القابلة للملاحة من حولك.
للتنقل في جميع أنحاء العالم ، فأنت بحاجة إلى الشعور بالبيئة المحيطة بك ، خاصةً القيود التي تحد من حركتك: الجدران والسقف والحواجز الأخرى التي تحدد هندسة المساحة القابلة للملاحة من حولك. والآن ، قام فريق من علماء الأعصاب بتحديد منطقة من الدماغ البشري مخصصة لإدراك هذه الهندسة.
ترمز منطقة الدماغ هذه إلى القيود المكانية للمشهد ، وبسرعة البرق ، ومن المحتمل أن تساهم في إحساسنا الفوري بمحيطنا ؛ توجيهنا في الفضاء ، حتى نتمكن من تجنب الاصطدام بالأشياء ، ومعرفة مكاننا والتنقل بأمان عبر بيئتنا.
هذا البحث ، الذي نُشر في 13 ماي 2019 في مجلة Neuron ، يمهد الطريق لفهم الحسابات المعقدة التي تقوم بها أدمغتنا لمساعدتنا على الالتفاف.
ويرتبط هذا العمل ، بقيادة العلماء في معهد مورتيمر بي زوكرمان لسلوك العقل العقلي بجامعة كولومبيا وجامعة آلتو في فنلندا ، بتطوير تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي التي تهدف إلى محاكاة القوى البصرية للعقل البشري.
“الرؤية تعطينا إحساسًا فوريًا تقريبًا بمكان وجودنا في الفضاء ، وخاصة هندسة الأسطح – الأرض والجدران – التي تقيد حركتنا.
إنها تشعر بالجهد ، ولكنها تتطلب نشاطًا منسقًا للعقل المتعدد
وقال نيكولاس كريجيسكورت ، دكتوراه ، باحث رئيسي في معهد زوكرمان في كولومبيا وكاتب رئيسي في الصحيفة. “لقد ظلت كيفية عمل الخلايا العصبية سويًا لتزويدنا بهذا الإحساس ببيئتنا غامضة. وبهذه الدراسة ، نكون قد اقتربنا من حل هذا اللغز”.
لمعرفة كيفية إدراك الدماغ لهندسة البيئة المحيطة به ، طلب فريق البحث من المتطوعين أن ينظروا إلى صور لمشاهد ثلاثية الأبعاد مختلفة. قد تظهر الصورة غرفة نموذجية ، بثلاثة جدران وسقف وأرضية. ثم قام الباحثون بتغيير المشهد بشكل منهجي: عن طريق إزالة الجدار ، على سبيل المثال ، أو السقف. في نفس الوقت ، قاموا بمراقبة نشاط الدماغ للمشاركين من خلال مزيج من تقنيتين متطورة لتصوير الدماغ في مرافق التصوير العصبي في آلتو في فنلندا.
وقالت ليندا هنريكسون ، دكتوراه ، مؤلفة أول ورقة ومحاضرة في علم الأعصاب والهندسة الطبية الحيوية في جامعة “آلتو”: “من خلال القيام بذلك مرارًا وتكرارًا لكل مشارك أثناء قيامنا بتغيير الصور بشكل منهجي ، يمكننا تجميع كيفية ترميز أدمغتهم لكل مشهد”.
يتم تنظيم نظامنا البصري في التسلسل الهرمي للمراحل. تقع المرحلة الأولى بالفعل خارج الدماغ ، في شبكية العين ، والتي يمكن أن تكتشف ملامح بصرية بسيطة. تمتلك المراحل اللاحقة في الدماغ القدرة على اكتشاف أشكال أكثر تعقيدًا. من خلال معالجة الإشارات المرئية عبر مراحل متعددة – ومن خلال الاتصالات المتكررة بين المراحل – يشكل الدماغ صورة كاملة للعالم ، بكل ألوانه وأشكاله وملمسه.
في القشرة ، يتم تحليل الإشارات المرئية أولاً في منطقة تسمى القشرة المرئية الأولية. ثم يتم تمريرها إلى العديد من المناطق القشرية الأعلى مستوى لمزيد من التحليلات. أثبتت منطقة المكان القذالي (OPA) ، وهي مرحلة متوسطة المستوى من المعالجة القشرية ، أنها مهمة بشكل خاص في فحوصات الدماغ للمشاركين.
وقال الدكتور كريجيسكورت ، وهو أيضًا أستاذ في علم النفس وعلم الأعصاب ومدير التصوير المعرفي في كولومبيا: “لقد أظهرت الدراسات السابقة أن الخلايا العصبية OPA تشفر المشاهد بدلاً من الأشياء المعزولة”. “لكننا لم نفهم بعد أي جانب من المشاهد من ملايين الخلايا العصبية في هذه المنطقة المشفرة.”
بعد تحليل عمليات مسح الدماغ للمشاركين ، وجد كريجيسكورت وهينريكسون أن نشاط OPA يعكس هندسة المشاهد.
عكست أنماط نشاط OPA وجود أو عدم وجود كل مكون من مكونات المشهد – الجدران والأرضية والسقف – وهو ينقل صورة مفصلة للهندسة الشاملة للمشهد. ومع ذلك ، فإن أنماط نشاط OPA لا تعتمد على مظهر المكونات ؛ قوام الجدران والأرضية والسقف – مما يشير إلى أن المنطقة تتجاهل مظهر السطح ، بحيث تركز فقط على هندسة السطح. يبدو أن منطقة الدماغ تؤدي جميع الحسابات اللازمة للحصول على شعور بتخطيط الغرفة بسرعة كبيرة: في 100 ميلي ثانية فقط.
قال الدكتور هنريكسون: “ما الذي تشعر به أدمغتنا أن الهندسة الأساسية لمحيطنا هو مؤشر على أهمية الحصول على هذه المعلومات بسرعة.
إنه مفتاح معرفة ما إذا كنت داخل أو خارج ، أو ما قد تكون خياراتك في الملاحة “.
كانت الأفكار المكتسبة في هذه الدراسة ممكنة من خلال الاستخدام المشترك لتكنولوجيات التصوير التكميلية: التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (الرنين المغناطيسي الوظيفي) والتصوير المغنطيسي للدماغ (MEG).
الرنين المغناطيسي الوظيفي يقيس التغيرات المحلية في مستويات الأوكسجين في الدم ، والتي تعكس النشاط العصبي المحلي.
يمكن أن تكشف أنماط النشاط المكاني المفصلة بدقة تبلغ بضعة ملليمترات ، ولكنها ليست دقيقة للغاية في الوقت المناسب ، حيث يعكس كل قياس من الرنين المغناطيسي الوظيفي متوسط النشاط على مدى خمس إلى ثماني ثوان. على النقيض من ذلك ، يقيس MEG الحقول المغناطيسية التي يولدها الدماغ. يمكنه تتبع النشاط بدقة زمنية ميلي ثانية واحدة ، لكنه لا يعطي صورة مفصلة بشكل مكاني.
“عندما نجمع بين هاتين التقنيتين ، يمكننا معالجة مكان حدوث النشاط ومدى سرعة ظهوره.” قال الدكتور هنريكسون ، الذي جمع بيانات التصوير في جامعة آلتو.
للمضي قدمًا ، يخطط فريق البحث لدمج تقنية الواقع الافتراضي لإنشاء بيئات ثلاثية الأبعاد أكثر واقعية للمشاركين في التجربة. انهم يخططون أيضا لبناء نماذج الشبكة العصبية التي تحاكي قدرة الدماغ على إدراك البيئة.
وقال الدكتور كريجيسكورتي: “نود أن نجمع هذه الأشياء معًا وأن نبني أنظمة رؤية للحاسوب تشبه إلى حد كبير أدمغتنا ، وأنظمة لها آليات متخصصة مثل ما نلاحظه هنا في الدماغ البشري لاستشعاره السريع لهندسة البيئة”. .
هذه الورقة بعنوان “ترميز ثابت سريع لتخطيط المشهد في OPA الإنسان.” ماريك مور ، دكتوراه ، الذي انضم منذ ذلك الحين إلى جامعة ويسترن في أونتاريو ، كندا ، ساهم أيضًا في هذا البحث.
تم دعم هذا البحث من قِبل أكاديمية فنلندا (منحة أبحاث ما بعد الدكتوراة ؛ 278957) ، والأكاديمية البريطانية ( ما بعد الدكتوراه ؛ PS140117) والمجلس الأوروبي للبحوث (ERC-2010-StG 261352).
المواد المقدمة من معهد زوكرمان في جامعة كولومبيا. م
تم نشر الخبر في مجلة سيونس داي في 13 ماي 2019.
