گیاهی ترین گیاهی ترین AnzanDigital فروشگاه
الرئيسية / غير مصنف / آلية قراءة إشارات الدماغ

آلية قراءة إشارات الدماغ

باتت قراءة إشارات الدماغ من أهم الامور التي تبنى عليها تطبيقات الروبوت، منها إشارت العين والدماغ وغيرها مما يؤدي إلى إخراج حركات آلية ومحاذية للإنسان نوعا ما.

ويعد كتاب: الإعلام ليس تواصلا ل دومينيك ولتون، المترجم:

http://www.booksstream.com/download/2721.html

من الكتب المهمة التي تكلمت عن علم التحكم الآلي  الفصل المهم فيه كان تحت عنوان:الخروج من الأيديولوجية التقنية،صفحة 68 ، حيث يقول فيها ان العلم نحى منحى التعقيد منذ نهاية القرن التاسع عشر، فماعادت تكنولوجيا طرفية،وإنما آثرت دخول قلب الحدث، وتطوير وظائفها الحساسة، مما ادى لبناء شبكات تقنية واسعة الطيف، فجمعت مابين العقلانية والإنسانية والعلاقات الاجتماعية، اعتمدت فيها على خط التواصل البشري بقوة.

فما هو علم الأعصاب؟ وكيف نفك شيفرة الدماغ؟

علم الأعصاب: فك شفرة لغز من ألغاز الدماغ

تم اكتشاف أن التحكم في حركات العين الخاطفة في القرود يتطلب النشاط العصبي المشترك لنوعين من خلايا بوركيني يبدوان متعاكسين، ويُوجَدان في المخيخ.

موضوع مقتبس بتصرف عن : كمران خُداخة

المتنReferences
يتمتع الدماغ بقدرة هائلة على الحوسبة ومعالجة المعلومات، وتشفيرها وفك رموزها. وقد بذل علماء الأعصاب جهودًا كبيرة في الكشف عن كيفية قيامه بذلك، إلا أن تحليل تلك العمليات أمر شديد الصعوبة. وفي هذا السياق، قام هرتسفلد وزملاؤه1 باستخدام القرود؛ للكشف عن دور المخيخ ـ وهو أحد أجزاء المخ الأكثر إثارة للاهتمام ـ في تشفير وفك رموز المعلومات اللازمة للسيطرة على حركات العين الخاطفة بشكلٍ جيد، التي تحدث لاستكشاف مشهد ما.

إن معرفة كيفية حوسبة الدماغ للمعلومات أمر غاية في الصعوبة، حيث يتطلب ذلك القيام بعملية برمجة عكسية. وحيث إن علماء الأعصاب لا يعلمون شيئًا عن تصميم دوائر الدماغ، فهم يحتاجون إلى تشريحها؛ لفهم وظائفها والمبادئ الحسابية التي تعمل على أساسها. وبالنظر إلى الجهود البطولية اللازمة لعكس برمجة آلة التشفير “إنجما”، التي استُخدمت أثناء الحرب العالمية الثانية لتشفير وفك تشفير الرسائل العسكرية، فإن كل وحدة من وحدات الدماغ الحسابية على الجانب الآخر، كالخلايا العصبية، أو الدوائر التي تتناول المعلومات الواردة لتحديد رد الفعل المناسب، هي بمثابة آلة تشفير، لها خوارزميتها الخاصة ورموزها. وعلى الرغم من أن الغرض من آلة “إنجما” كان تشفير الرسالة نفسها، ثم فك تشفيرها، إلا أن دوائر الدماغ تقوم بمعالجة المعلومات التي تتلقاها، وغالبًا ما تحوِّلها بالكامل إلى رسالة جديدة. وإضافة إلى ذلك.. فإننا لا نفهم بشكل كامل أنواع معالجة المعلومات التي تحدث في مناطق الدماغ المختلفة.

يمكن التعامل مع هذه المشكلة بشكل أفضل، عن طريق اختيار مناطق محددة في الدماغ للدراسة؛ حيث تزداد فرصة تفكيك الشفرات، وفهْم أهداف عمليات الحوسبة مع ازدياد المعلومات المتوفرة حول المدخلات والمخرجات لمنطقةٍ ما في الدماغ، وتفاصيل الدوائر العصبية فيها، وطبيعة المعلومات التي تتناولها، وكيف ولماذا تقوم بتحويل تلك المعلومات. ولحسن الحظ، تَستخدم مناطق الدماغ المختلفة عادةً مبادئ متشابهة لمعالجة المعلومات، وبالتالي فإن فهم الشفرات الخاصة بدائرة دماغية معينة يمكن أن يسلط الضوء على طرق الحوسبة المماثلة التي تتم في مناطق أخرى.

إحدى المناطق ذات الإمكانات العالية لمساعدتنا في فهْم آلية عمل الدماغ هي المخيخ، ذو البنية التشريحية البسيطة إلى حد كبير، ويتكون من دائرة حسابية مكررة، في صلبها نوع من الخلايا العصبية يُسمى “بوركيني”. يقوم المخيخ بأدوار متعددة، من بينها التحكم في الحركات، والتنسيق فيما بينها. كما أن الاتصالات التشريحية المشارِكة في هذه الوظائف محددة ومعروفة بقدر معقول. وهذه الميزات، إضافة إلى سهولة المراقبة الكمية لمخرجات المخيخ الحركية، تجعله نموذجًا مثاليًّا للكشف عن المبادئ الحسابية لبعض آلات التشفير الدماغية (كالدوائر العصبية مثلًا).

يُعتبر المخيخ ضروريًّا للتحكم بدقة في حركة العين الخاطفة2، التي تمنحنا رؤية عالية الدقة، من خلال التأكد من أن المنطقة ذات الحدة البصرية العالية في الشبكية تتعرض لأهم مكونات الصورة. وكشفت التسجيلات الكهربائية لخلايا بوركيني قديمًا أن نشاط بعضها يتغير مع حركة العين الخاطفة تلك3-5، إلا أن النشاط الفردي لكل خلية من تلك الخلايا لا يدلّ بشكل كبير على الحركات الخاطفة للعين3-6، المتمثلة في تغيُّر سرعة العين من لحظة إلى أخرى أثناء حركاتها الخاطفة نحو الهدف؛ وهو ما يناقض سيطرة المخيخ على حركة العين السلسة المتعقبة لجسم متحرك، التي تتنبأ فيها كل خلية من خلايا بوركيني في اللحظة ذاتها بحركة العين7,8.

وقد أدى فشل خلايا بوركيني الفردية على التنبؤ بحركية العين الخاطفة بدقة إلى تكهنات، فحواها أن النشاط الكلي لخلايا بوركيني مجتمعة قد يكون أكثر فعالية في ترميز المعلومات المطلوبة6,9. وقد تم تحديد نوعين من خلايا بوركيني مرتبطتين بحركة العين تلك، هما خلايا الانفجار، التي يزداد نشاطها بشكل عابر مع حركة العين الخاطفة؛ وخلايا التوقف، التي يتوقف نشاطها العفوي حين تبدأ حركة العين تلك. وعلى الرغم من أن نشاط خلايا التوقف قد تم تجاهله بشكل كبير، إلا أن النشاط الكلي لخلايا الانفجار مجتمعة قد تم فحصه، ووجد أنها لا تتنبأ بالحركة الخاطفة6. ومن ثم، قام هرتسفلد وزملاؤه بتحليل نشاط خلايا بوركيني في القرود أثناء حركة العين تلك، وحققوا في ذلك تقدمًا كبيرًا؛ فقد وجدوا أنه على الرغم من أن خلايا التوقف وخلايا الانفجار لا يتنبأ نشاط كل مجموعة منهما بحركة العين الخاطفة، إلا أن نشاطهما المشترك يتنبأ بها بدقة.

الشكل 1 | توصيلات حركة العين الخاطفة.


بروز الخلايا العصبية، التي تسمى “الألياف المتسلقة”، والتي تنشأ من منطقة في الدماغ تسمى “الزيتونة السفلية”، تتحكم في اتجاه حركة العين الخاطفة، التي تحدث عند استكشاف مشهد ما (تشير الأسهم إلى ضبط الاتجاه). ترسل الألياف المتسلقة المدخلات إلى خلايا بوركيني في المخيخ (علمًا بأن نشاط خلايا بوركيني تحفزه في المقام الأول بروز أخرى، تُسمى “الألياف المطحلبة”، التي لا تظهر في الرسم). ويزداد نشاط نوع واحد من خلايا بوركيني، تسمى خلايا الانفجار، بشكل عابر مع حركة العين الخاطفة (مشار إليها بالرمز “+”)، في حين أن نشاط نوع آخر من الخلايا – خلايا التوقف – يتوقف عندما تبدأ حركة العين الخاطفة (مشار إليها بالرمز “-“). ويرى هرتسفلد وزملاؤه1 أن إشارات خلايا التوقف وخلايا الانفجار تُوحَّد في القرود من قبل الخلايا العصبية النووية التي تُبعث الإشارات إليها لتقوم بتنسيق حركة العين الخاطفة، كما استخدموا المحاكاة الحاسوبية؛ لإظهار أن خلايا بوركيني التي تصلها مدخلات الألياف المتسلقة ذات التوجه نفسه قد تستهدف الخلايا العصبية النووية نفسها. وبهذه الطريقة، تتحكم دائرة عصبية بسيطة في اتجاه وحركة العين أثناء حركتها الخاطفة في اتجاه مشهد ما. (اقتُبس الشكل من المرجع 1).

لكن كيف يمكن للدماغ فك رموز المعلومات المشفرة بواسطة نشاط خلايا بوركيني؟ للرد على هذا السؤال يطرح هرتسفلد وزملاؤه آلية منطقية، استنادًا إلى البنية التشريحية للمخيخ. فمعظم مخرجات المخيخ تنتج عن مجموعات من الخلايا العصبية المضغوطة في هياكل تُسمى “نوى المخيخ”؛ كل عصبون نووي يتلقى معلومات مجمعة من حوالي 50 خلية من خلايا بوركيني. وهذا التنظيم9، إضافة إلى السرعة التي تنقل بها خلايا بوركيني المعلومات10، قد يساعد الخلايا العصبية النووية على دمج نشاط مجموعة خلايا بوركيني بالكامل، مع الحفاظ على الخصائص الزمنية لها في الوقت نفسه (الشكل 1)، إلا أن هذه الآلية المقترحة لفك التشفير تستدعي التدقيق التجريبي والنظري الدقيقين.

أما اللغز الآخر، فيكمن في كيفية قيام المخيخ بتشفير اتجاه حركة العين الخاطفة، وهو ما يفسره هرتسفلد وزملاؤه أيضًا.. كل خلية بوركيني تستقبل مدخلات من الألياف المتسلقة ـ وهي خلايا عصبية تبرز في منطقة الزيتونة السفلية الموجودة خارج المخيخ في الدماغ ـ ومن ثم يُعَدّل نشاط الألياف المتسلقة ليتماشى مع اتجاه حركة العين الخاطفة11. كما استخدم الباحثون عمليات المحاكاة الحاسوبية؛ لاستكشاف إمكانية تحكُّم الألياف المتسلقة في تنظيم الدوائر المخيخية، حسب الوظائف المطلوبة، وافترضوا أن خلايا بوركيني التي تستقبل المدخلات من الألياف المتسلقة المُعدّل نشاطها للاتجاه نفسه تلتقي على الخلايا العصبية النووية نفسها (الشكل 1). ومن الرائع أيضًا أنهم وجدوا أنه عند تمثيل هذا التنظيم، يُشفّر نشاط خلايا بوركيني كل من حركات العين اللحظية، واتجاه الحركة الخاطفة، من خلال مساحة في قشرة الدماغ، تمثل آلية ترميز لمجموع إشارات حركة الأطراف وسرعتها. وعلى الرغم من أن هذا التفسير تخميني بحت، إلا أنه يمكن أن يُعتبر حلًّا معقولًا للغز صعب، كما يستحق التحقق التجريبي.

وبجانب دوره في التحكم الحركي، للمخيخ دور في المهام الإدراكية؛ فالعديد من المبادئ الحسابية التي يستخدمها المخيخ للتنسيق الحركي هي في الغالب تُستخدم أيضًا في وظائفه الإدراكية. ومن المرجح أن هناك خوارزميات أخرى للمهام غير الحركية، ربما تكون مخصصة لها. ومن الجدير بالذكر أنه لا زالت هناك حاجة إلى الكشف عن آليات عمل بعض أصعب آلات التشفير الدماغية وأروعها، وقد يمتلك المخيخ مزايا فريدة من نوعها لتناول هذا الأمر.

References(مراجع)

Herzfeld, D. J., Kojima, Y., Soetedjo, R. & Shadmehr, R. Nature 526, 439–442 (2015).

Barash, S. et al. J. Neurosci. 19, 10931–10939 (1999).

Helmchen, C. & Büttner, U. Exp. Brain Res. 103, 198–208 (1995).

Ohtsuka, K. & Noda, H. J. Neurophysiol. 74, 1828–1840 (1995).

Kase, M., Miller, D. C. & Noda, H. J. Physiol. (Lond.) 300, 539–555 (1980).

Thier, P., Dicke, P. W., Haas, R. & Barash, S. Nature 405, 72–76 (2000).

Shidara, M., Kawano, K., Gomi, H. & Kawato, M. Nature 365, 50–52 (1993).

Medina, J. F. & Lisberger, S. G. J. Neurosci. 27, 6832–6842 (2007).

Gad, Y. P. & Anastasio, T. J. Neural Networks 23, 789–804 (2010).

Person, A. L. & Raman, I. M. Nature 481, 502–505 (2012).

Soetedjo, R., Kojima, Y. & Fuchs, A. F. J. Neurophysiol. 100, 1949–1966 (2008).

مصدر آخر هام:

http://www.kahrabje.com/2015/09/%D8%AA%D9%82%D9%86%D9%8A%D8%A9-%D9%82%D8%B1%D8%A7%D8%A1%D8%A9-%D8%A7%D8%B4%D8%A7%D8%B1%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D8%AF%D9%85%D8%A7%D8%BA-%D9%84%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85-%D8%A8%D8%A7%D9%84%D8%A2/

عن اوس

شاهد أيضاً

رجاء لاتقرأ هذا الموضوع

مازال بعض الشباب تلجأ في إنشاء مواقعها ، لمواقع مجانية جاهزة، مثل ريكس  فيخرج الموقع …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *