چگونه مغز حرکت را در حال حرکت تفسیر می کند

تصور کنید در قطار نشسته اید. از پنجره به بیرون نگاه می کنید و قطار دیگری را در مسیر مجاور می بینید که به نظر می رسد در حال حرکت است. اما آیا قطار شما در حالی که قطار دیگر در حال حرکت است متوقف شده است یا در حال حرکت هستید که قطار دیگر متوقف شده است؟

همین تجربه حسی – مشاهده یک قطار – می‌تواند دو ادراک بسیار متفاوت را به همراه داشته باشد، که باعث می‌شود در حین حرکت یک شی در اطراف شما احساسی از خود در حرکت کنید یا احساس ساکن بودن کنید.

مغز انسان دائماً با چنین ورودی های حسی مبهم روبرو می شود. برای رفع ابهام و درک صحیح جهان، مغز ما از فرآیندی به نام استنتاج علی استفاده می کند.

استنتاج علی کلید یادگیری، استدلال و تصمیم گیری است، اما محققان در حال حاضر اطلاعات کمی در مورد نورون های دخیل در این فرآیند دارند.

در مقاله جدیدی که در مجله منتشر شده است eLifeمحققان دانشگاه روچستر، از جمله گرگ دی آنجلیس، پروفسور جرج ایستمن در رشته مغز و علوم شناختی، و همکارانش در دانشگاه سونگ کیونکوان و دانشگاه نیویورک، مکانیسم عصبی جدیدی را توصیف می‌کنند که در استنتاج علّی نقش دارد و به مغز کمک می‌کند حرکت اشیا را در طول تشخیص دهد. خود حرکتی

این تحقیق بینش های جدیدی را در مورد چگونگی تفسیر مغز اطلاعات حسی ارائه می دهد و ممکن است در طراحی دستگاه های هوش مصنوعی و توسعه درمان ها و درمان هایی برای درمان اختلالات مغزی کاربرد داشته باشد.

دی آنجلیس می‌گوید: «در حالی که قبلاً در مورد چگونگی پردازش حرکت بینایی توسط مغز آموخته شده بود، اکثر مطالعات آزمایشگاهی روی نورون‌ها پیچیدگی‌های ایجاد شده توسط خود حرکتی را نادیده گرفتند. تحت شرایط طبیعی، شناسایی نحوه حرکت اجسام در جهان برای مغز بسیار چالش برانگیزتر است.

حال تصور کنید یک شیر خمیده و ساکن منتظر است تا طعمه را تشخیص دهد. تشخیص غزال متحرک برای شیر برای شیر آسان است. درست مانند شیر ساکن، هنگامی که یک ناظر ساکن است، تشخیص اینکه چه زمانی اجسام در جهان حرکت می کنند برای او آسان است، زیرا حرکت در جهان مستقیماً به حرکت روی شبکیه نشان می دهد. با این حال، هنگامی که ناظر نیز در حال حرکت است، چشمان او در همه جا روی شبکیه چشم خود حرکت می کند، زیرا او نسبت به اشیاء در صحنه حرکت می کند. این باعث ایجاد یک الگوی پیچیده حرکتی می شود که تشخیص زمان حرکت یک شی در جهان و زمان ساکن بودن آن را برای مغز دشوارتر می کند. در این مورد، مغز باید بین حرکت تصویری که از خود ناظر ناشی می‌شود و حرکت تصویر سایر اشیاء اطراف خود تمایز قائل شود.

محققان نوعی نورون را در مغز کشف کردند که ترکیب خاصی از ویژگی‌های پاسخ را دارد که باعث می‌شود نورون به خوبی در وظیفه تمایز بین خود حرکتی و حرکت اجسام دیگر نقش داشته باشد.

دی آنجلیس می‌گوید: «اگرچه مغز احتمالاً از ترفندهای متعددی برای حل این مشکل استفاده می‌کند، اما این مکانیسم جدید این مزیت را دارد که می‌توان آن را به صورت موازی در هر ناحیه محلی از میدان بینایی انجام داد، و بنابراین ممکن است سریع‌تر از فرآیندهای جهانی بیشتر اجرا شود.» . این مکانیسم ممکن است برای وسایل نقلیه خودمختار نیز قابل استفاده باشد، که همچنین نیاز به شناسایی سریع اجسام متحرک دارند.

باز کردن مدار پیچیده ای از نورون ها

دی آنجلیس می‌گوید استنتاج علّی شامل مدار پیچیده‌ای از نورون‌ها و مکانیسم‌های حسی دیگر است که به طور گسترده درک نشده‌اند، زیرا «ادراک حسی در بیشتر مواقع بسیار خوب کار می‌کند، بنابراین ما دشواری یک مشکل محاسباتی را مسلم می‌دانیم».

در واقع، سیگنال های حسی نویزدار و ناقص هستند. علاوه بر این، بسیاری از رویدادهای احتمالی ممکن است در جهان رخ دهد که الگوهای مشابهی از ورودی حسی را ایجاد کند.

نقطه ای از نور را در نظر بگیرید که در سراسر شبکیه چشم حرکت می کند. همان ورودی بصری می‌تواند نتیجه موقعیت‌های مختلفی باشد: می‌تواند ناشی از جسمی باشد که در جهان حرکت می‌کند در حالی که بیننده ثابت می‌ماند، مانند شخصی که در پشت پنجره ایستاده و آمبولانسی در حال حرکت را با نور چشمک زن مشاهده می‌کند. ; می تواند ناشی از مشاهده یک ناظر متحرک در حال مشاهده یک جسم ثابت باشد، مانند یک دونده که از فاصله دور متوجه تیر چراغ می شود. یا ممکن است توسط ترکیبات مختلف حرکت جسم، خود حرکتی و عمق ایجاد شود.

مغز مشکل دشواری برای حل دارد: باید استنباط کند که به احتمال زیاد چه چیزی باعث الگوی خاصی از سیگنال های حسی دریافت شده است. سپس می تواند در مورد وضعیت نتیجه گیری کند و اقدامات مناسب را در پاسخ برنامه ریزی کند.

دی آنجلیس، هفنر و همکارانشان با تکیه بر این آخرین نتایج و با استفاده از علم داده، آزمایش‌های آزمایشگاهی، مدل‌های رایانه‌ای و تئوری شناختی، به کار خود برای تعیین تک‌نرون‌ها و گروه‌هایی از نورون‌هایی که در این فرآیند دخیل هستند، ادامه خواهند داد. هدف آنها شناسایی این است که چگونه مغز از طریق تعامل بین بخش‌هایی از مغز که محرک‌های حسی را پردازش می‌کنند و بخش‌هایی از مغز که تصمیم‌گیری می‌کنند و اقدامات را برنامه‌ریزی می‌کنند، دیدی ثابت از واقعیت ایجاد می‌کند.

توسعه روش های درمانی و هوش مصنوعی

تشخیص اینکه چگونه مغز از استنتاج علّی برای جداسازی حرکت خود از حرکت جسم استفاده می کند، ممکن است در طراحی هوش مصنوعی و دستگاه های خلبان خودکار کمک کند.

هافنر می‌گوید: درک اینکه مغز چگونه حرکت خود و حرکت اجسام را استنباط می‌کند ممکن است الهام‌بخشی برای بهبود الگوریتم‌های موجود برای دستگاه‌های خلبان خودکار در هواپیماها و ماشین‌های خودران باشد. به عنوان مثال، مدار یک هواپیما باید حرکت خود هواپیما در هوا را در نظر بگیرد و همچنین از ظاهر شدن سایر هواپیماهای متحرک در اطراف آن جلوگیری کند.

این تحقیق علاوه بر این ممکن است کاربردهای مهمی در توسعه درمان ها و درمان های اختلالات عصبی مانند اوتیسم و ​​اسکیزوفرنی داشته باشد، شرایطی که تصور می شود استنتاج گاه به گاه مختل می شود.

دی آنجلیس می گوید: «در حالی که این پروژه علمی پایه است که بر درک مکانیسم های اساسی استنتاج علی متمرکز است، این دانش در نهایت باید برای درمان این اختلالات قابل استفاده باشد.