فعالیت مرموز مغز در موش‌ها در حال تماشای فیلم می‌تواند به مقابله با آلزایمر و بهبود هوش مصنوعی کمک کند.

حتی اورسون ولز، فیلمساز افسانه‌ای هم نمی‌توانست چنین پیچش داستانی را تصور کند.

چینمی پوراندار، دکترا، و پروفسور مایانک مهتا از UCLA با نمایش فیلم “لمس شیطان” ولز به موش‌ها، بینش‌های شگفت‌انگیز و مهم جدیدی را در مورد نحوه تشکیل خاطرات توسط نورون‌ها کشف کردند. این کشف به روش های جدیدی برای تشخیص آلزایمر و سایر اختلالات یادگیری و حافظه اشاره می کند و در عین حال هوش مصنوعی را نیز بهبود می بخشد.

در حالی که دانشمندان بر فعالیت مغز موش ها نظارت می کردند، کلیپ کوتاهی از فیلم نوآر کلاسیک «لمس شیطان» در سال 1958 نشان داده شد. این یک کلیپ فیلم بی‌صدا و سیاه و سفید بود که انسان‌ها را در حال راه رفتن نشان می‌داد. دانش کتاب درسی و حکمت متعارف می گوید که موش ها نباید به چنین فیلمی علاقه نشان دهند و همچنین نباید نورون ها در بخشی از مغزشان به نام هیپوکامپ، که برای یادگیری و حافظه بسیار مهم است، علاقه نشان دهند.

هنگامی که دانشمندان به داخل این بخش از مغز موش نگاه کردند، دریافتند که این بخش فقط به عنوان “سیستم جی پی اس مغز” عمل می کند (همانطور که در جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی 2014 توضیح داده شد)، که به یادگیری عمومی، به عنوان مثال مکالمه ارتباطی ندارد. . این یک مانع بزرگ در تحقیقات در مورد تشخیص حافظه و مکانیسم های انتزاع یا هوش مصنوعی بود.

با این حال، محققان به یک یافته پرفروش دست یافتند: در پاسخ به این فیلم، انفجارهای غافلگیرکننده اما بسیار منظمی از فعالیت در هیپوکامپ وجود داشت. دانشمندان حتی می‌توانند بخش‌های خاصی از فیلم را با استفاده از این انفجارهای مرموز از تنها بخشی از نورون‌های هیپوکامپ بازسازی کنند.

طرح حتی بیشتر غلیظ می شود. حتی نورون‌های سایر بخش‌های مغز (قشر بینایی اولیه یا تالاموس) که معمولاً تصور می‌شود ویژگی‌های ساده‌ای مانند خطوط عمودی یا افقی را رمزگذاری می‌کنند، بسیار قوی‌تر از محرک‌های کتاب درسی به صحنه‌های خاص فیلم واکنش نشان دادند. در واقع، هر بخشی از مغز که آنها بررسی کردند، از بصری ساده گرفته تا مدارهای GPS، در پاسخ به صحنه‌های خاص فیلم به شدت روشن می‌شد.

مهتا گفت این یافته‌ها نشان‌دهنده یک «تغییر پارادایم بزرگ» در چگونگی مطالعه توانایی موش‌ها برای یادآوری یک تجربه یا رویداد خاص است یا آنچه به عنوان حافظه اپیزودیک شناخته می‌شود. مهتا گفت که این می تواند به دانشمندان کمک کند تا به یک جزء گمشده در تحقیقات بیماری های حافظه مانند آلزایمر رسیدگی کنند.

مهتا گفت: «اگرچه ده‌ها دارو آلزایمر را در موش‌ها درمان کرده‌اند، اما هیچ کدام در انسان مؤثر نبوده‌اند. “یک دلیل این است که آزمون استاندارد یادگیری و حافظه اپیزودیک، ناوبری فضایی در موش ها است. با این حال، بیماران آلزایمری در حافظه غیر فضایی نیز کمبودهای عمیقی دارند – به عنوان مثال، یک مکالمه یا رویدادی که آنها شاهد آن بوده اند، که ارتباطی با ناوبری GPS ندارد.” ”

نویسندگان می‌گویند که تمرکز بر آلزایمر و سایر داروهای حافظه در موش‌ها تنها با استفاده از آزمایش حافظه فضایی به این موضوع نمی‌پردازد که آیا این درمان‌ها توانایی موش‌ها را برای به خاطر سپردن بیشتر رویدادها یا تجربیاتی که حافظه اپیزودیک را تشکیل می‌دهند، بهبود می‌بخشد.

دکتر پوراندار، نویسنده اصلی این مطالعه گفت: “ایجاد چنین رویدادهایی برای موش‌ها که از نزدیک رویدادهای آشنا برای انسان را تقلید کنند، چالش بزرگی است. بنابراین، ما به فیلم‌ها روی آوردیم.” طبق تمام گزارشات کتاب های درسی، فیلم های انسانی نباید هیچ الگوی قابل تفسیری را در هیپوکامپ موش ایجاد کنند.

با این حال، در مطالعات منتشر شده در طبیعت در سال‌های 2021 و 2022، این محققان UCLA دریافتند که نورون‌های هیپوکامپ موش‌ها به محرک‌های بصری ساده پاسخ می‌دهند که موش‌ها واقعیت مجازی را کاوش می‌کنند و این باعث ایجاد نوروپلاستیسیتی قوی می‌شود. بنابراین، آنها این نظریه را مطرح کردند که می‌توان با نمایش فیلم و نظارت بر فعالیت در هیپوکامپ موش‌ها، حافظه اپیزودیک را در موش‌ها آزمایش کرد.

در این مطالعه جدید، تقریباً نیمی از نورون‌ها در هیپوکامپ جوندگان، بخش‌های خاص و کوچکی از فیلم را کدگذاری کردند، که نشان‌دهنده واکنش قابل‌توجهی به رویدادهای روی صفحه است. مهتا گفت که عادی بودن کلیپ بی صدا و سیاه و سفید این یافته ها را قانع کننده تر کرد. در واقع، موش ها نیز آزاد بودند که اگر می خواستند، فیلم را نادیده بگیرند.

مهتا گفت: “اگر هیپوکامپ با این کلیپ فیلم پیش پا افتاده، بدون نیاز به حافظه روشن شود، می توانیم با خیال راحت نتیجه بگیریم که دلیل آن چیزهای دیگری مانند انتظار پاداش یا هیجان نیست.” با وجود فقدان این مؤلفه‌های احساسی، ما از واکنش‌های گسترده غافلگیر شدیم.»

مهتا گفت: داده‌های اولیه نشان می‌دهد که غنی‌تر کردن صحنه با افزودن عناصر جالب برای موش‌ها، مانند تصاویر حیوانات دیگر، صداها و غیره می‌تواند واکنش هیپوکامپ قوی‌تری ایجاد کند، واکنش احساسی و خاطرات اپیزودیک پر جنب و جوش ایجاد کند.

مهتا گفت: “یک شگفتی بزرگ دیگر، نواحی بصری اهمیتی نمی دادند که فیلم در یک سکانس یا به ترتیب درهم پخش شود. اما نورون های هیپوکامپ کار بسیار متفاوتی انجام دادند – آنها اصلاً به فیلم درهم پاسخ ندادند.” این نشان می‌دهد که نورون‌های هیپوکامپ در حال استخراج اطلاعات اپیزودیک از اطلاعات بصری دریافتی هستند که نسبت به اپیزود آگنوستیک است.»

مهتا گفت که این یافته ها برای بهبود هوش مصنوعی نیز حیاتی هستند. هیپوکامپ در راس یک شبکه عصبی عمیق قرار دارد و چشم‌ها در انتهای جلویی، به دنبال آن تالاموس، قشر بینایی اولیه قرار دارند و به هیپوکامپ ختم می‌شوند. اما، با توجه به این باور رایج که هیپوکامپ موش «سیستم جی‌پی‌اس» است، آزمایش‌ها می‌توانند قشر بینایی یا هیپوکامپ را مطالعه کنند، اما نه هر دو را در یک زمان.

دکتر پوراندار گفت: «یافته‌های ما این امکان را فراهم می‌کند که همه این نواحی مغز را به طور همزمان بررسی کنیم و مشخص کنیم که چگونه مغز یک قسمت را از مجموعه‌ای از تصاویری که روی شبکیه می‌افتد ایجاد می‌کند. فعال‌سازی انتخابی و اپیزودیک هیپوکامپ موش با استفاده از یک فیلم انسانی، امکان آزمایش مستقیم اختلالات حافظه اپیزودیک انسانی و درمان‌هایی با استفاده از نورون‌های موش را باز می‌کند که یک گام بزرگ به جلو است.

این مطالعه در مجله ظاهر می شود eLife.