دانشمندان سیگنالهای مغزی را به فیلم تبدیل میکنند!
دانشمندان آنچه را که موش ها تنها از فعالیت مغز دیدند، بازسازی کردند.
به گزارش گروه رسانهای شرق،
دانشمندان ویدیوهایی از فعالیت مغز موشها بازسازی کرده و کلیپهای ۱۰ ثانیهای را تنها بر اساس سیگنالهای نورونهای قشر بینایی تولید کردند. این موفقیت میتواند به آشکار شدن چگونگی تغییر شکل آنچه میبینیم توسط مغز قبل از تبدیل شدن به درک ما از واقعیت کمک کند.
آنها این ویدیوهای کوتاه را تنها با استفاده از فعالیت مغزی ثبتشده از موشها بازسازی کردهاند که به محققان اجازه میدهد آنچه حیوانات میبینند را بازسازی کنند. این مطالعه که توسط محققان دانشگاه کالج لندن (UCL) انجام شده است، روش جدیدی را برای بررسی چگونگی تبدیل ورودی بصری توسط مغز به یک نمایش داخلی از جهان ارائه میدهد.
این یافتهها میتوانند به دانشمندان در درک بهتر نحوه پردازش اطلاعات بصری در مغز کمک کند و در نهایت ممکن است امکان مقایسه چگونگی درک گونههای مختلف از محیط یکسان را فراهم کند.
رمزگشایی آنچه مغز میبیند
محققان سالها تلاش کردهاند تا بفهمند مغز چگونه سیگنالهای دریافتی از چشمها را تفسیر میکند. در مطالعات انسانی، دانشمندان تصاویر و فیلمهایی را به افراد نشان دادهاند و در عین حال فعالیت مغز را با fMRI ضبط کردهاند، سپس از این اندازهگیریها برای بازسازی اطلاعات بصری تا سطح پیکسلهای منفرد استفاده کردهاند.
این کار جدید رویکرد متفاوتی را در پیش گرفته است. محققان به جای تکیه بر سیگنالهای تصویربرداری گستردهتر مغز، از ضبطهای سلولهای مغزی منفرد در موشها استفاده کردند. این اندازهگیریهای تک سلولی میتوانند تصویر دقیقتری از نحوه نمایش اطلاعات بصری در مغز ارائه دهند.
با استفاده از فعالیت ثبتشده از قشر بینایی، این تیم توانست بازسازیهای باکیفیتی از ویدیوهایی که به موشها نشان داده شده بود، ایجاد کند.
محققان بهویژه به تفاوتهای بین آنچه بهطور فیزیکی در مقابل یک حیوان وجود دارد و نحوه نمایش آن اطلاعات در داخل مغز علاقهمند هستند. مطالعه این تفاوتها میتواند نشان دهد که مغز بر کدام ویژگیهای بصری تأکید میکند، آنها را تغییر میدهد یا فیلتر میکند.
تبدیل فعالیت نورونها به ویدیو
پژوهشگران برای بازسازی فیلمها از یک مدل رمزگذاری عصبی پویا استفاده کردند که در ابتدا توسط یک تیم تحقیقاتی دیگر برای مسابقه حسگری ۲۰۲۳ توسعه داده شده بود. این مدل برای پیشبینی نحوه واکنش نورونهای منفرد (سلولهای مغزی) در هنگام تماشای فیلم توسط موشها طراحی شده است. همچنین عوامل دیگری از جمله حرکات حیوانات و تغییرات در قطر مردمک چشم را در نظر میگیرد.
سپس محققان با استفاده از همان مجموعه دادهها، این رویکرد را اصلاح کردند. ابتدا، آنها محاسبه کردند که اگر موش به یک صفحه خالی نگاه میکرد، نورونها چگونه رفتار میکردند. آنها این پیشبینی را با فعالیت واقعی نورونها مقایسه کردند در حالی که موش فیلم تماشا میکرد.
فعالیت عصبی با یک روش تصویربرداری میکروسکوپی اندازهگیری شده بود که با تشخیص افزایش موضعی سطح کلسیم، مشخص میکند کدام سلولهای مغزی منفرد فعال هستند.
با استفاده از تفاوت بین فعالیت پیشبینیشده و اندازهگیریشده، یک الگوریتم به تدریج پیکسلهای یک فیلم خالی اولیه را تغییر داد. با هر تنظیم، ویدیوی بازسازیشده بیشتر شبیه به ویدیویی شد که واقعاً به موش نشان داده شده بود.
بازسازی یک فیلم ۱۰ ثانیهای جدید
پس از آموزش مدل، محققان آزمایش دشوارتری را به آن ارائه دادند. آنها فعالیت مغز یک موش را در حالی که ویدئویی را تماشا میکرد که هرگز در دادههای آموزشی مدل گنجانده نشده بود، ثبت کردند.
سیستم تنها با استفاده از آن فعالیت عصبی، یک فیلم ۱۰ ثانیهای شبیه به ویدئوی دیده نشده را بازسازی کرد.
نتیجه نشان میدهد که این روش صرفاً به خاطر سپردن ویدئوهای نمایش داده شده قبلی نبود. در عوض، توانست از الگوهای فعالیت عصبی برای استنباط اطلاعات بصری از یک صحنه جدید استفاده کند.
اندازهگیری میزان تطابق ویدئوها
برای ارزیابی بازسازیها، محققان از روشی به نام همبستگی پیکسل استفاده کردند که پیکسلهای مربوطه را در فیلمهای اصلی و بازسازی شده مقایسه میکند.
این تجزیه و تحلیل فقط تفاوتهای کوچکی را در زمانبندی دو ویدیو نشان داد. با این حال، محققان میگویند هنوز جای زیادی برای بهبود وضوح تصویر و میزان صحنه بصری قابل بازسازی وجود دارد.
کارهای آینده بر جمعآوری دادههایی متمرکز خواهد بود که میتوانند از بازسازیهای واضحتر پشتیبانی کنند و بخش بیشتری از آنچه حیوانات میبینند را پوشش دهند.
چرا مغز ما به سادگی واقعیت را ثبت نمیکند
محققان اکنون قصد دارند از این تکنیک برای بررسی یک سوال عمیقتر در مورد بینایی استفاده کنند: نمایش داخلی مغز چقدر با دنیایی که واقعاً در مقابل ماست متفاوت است؟
بینایی صرفاً یک فرآیند ضبط مانند دوربین نیست. مغز به طور مداوم اطلاعات حسی ورودی را تفسیر، فیلتر و اصلاح میکند. درک دقیق محل و چگونگی وقوع این تغییرات میتواند اصول مهمی را در مورد ادراک آشکار کند.
برای اطلاع از آخرین اخبار و تحلیلها به کانال شرق در «تلگرام» بپیوندید.
