دانشمندان با انجام یک مطالعه جدید، روش‌هایی را که مغز از طریق آنها الگوهای زمانی را درک و پیش‌بینی می‌کند، کشف کرده‌اند.
به گزارش تکناک، زمان همیشه به‌صورت یک جریان پیوسته از لحظات می‌گذرد، اما مغز انسان در این جریان پیچیده، الگوهایی را شناسایی می‌کند که به ما کمک می‌کنند تا جهان را درک کنیم و پیش‌بینی‌هایی برای آینده داشته باشیم. حالا یافته‌های جدید دانشمندان، اولین شواهد مستقیم از نحوه نقشه‌برداری مغز از ساختار زمان را ارائه می‌دهند.
این تحقیق که در مجله Nature منتشر شده، توسط محققان UCLA Health انجام شده است. محققان در این مطالعه، فعالیت نورون‌ها را در مغز بیماران تحت درمان صرع ثبت کردند، که الکترودهایی در مغز خود داشتند.
این داده‌ها فرصتی را برای مشاهده رفتار دقیق نورون‌ها در هنگام یادگیری و تشکیل حافظه فراهم می‌کنند، که این چیزی است که با استفاده از روش‌های تصویربرداری استاندارد مغز نمی‌توان آن را مشاهده کرد.
فهرست مطالب
طراحی آزمایش، شبیه‌سازی و یادگیری
محققان قبل از شروع آزمایش اصلی، باید می‌فهمیدند که کدام تصاویر باعث ایجاد پاسخ‌های قوی در نورون‌ها می‌شود. به همین منظور، به شرکت‌کنندگان حدود 120 تصویر مختلف در طول 40 دقیقه نشان داده شد.
این تصاویر شامل تصاویری از افراد مشهور، بناهای تاریخی و موضوعات مختلفی بود، که تا حدی بر اساس علایق هر فرد انتخاب شده بود. محققان سپس شش تصویر خاص را برای هر شرکت‌کننده انتخاب کردند که در آزمایش اصلی استفاده شد.
سه مرحله آزمایش: درک الگوهای زمانی توسط مغز
مطالعه اصلی شامل سه مرحله مختلف بود:
- مرحله اول: در این مرحله، تصاویر به‌صورت تصادفی ظاهر می‌شدند و شرکت‌کنندگان وظایف ساده‌ای مانند شناسایی جنسیت افراد را انجام می‌دادند.
- مرحله دوم: در این مرحله، تصاویر به ترتیبی خاص و بر اساس قوانینی که به‌طور مستقیم به شرکت‌کنندگان گفته نشده بود، نمایش داده می‌شدند. در این مرحله، تمرکز شرکت‌کنندگان به وظیفه‌ای جدید معطوف می‌شد: شناسایی اینکه تصویر به‌طور عادی نمایش داده شده است یا معکوس.
- مرحله سوم: در این مرحله، دنباله‌های تصادفی دوباره به‌کار گرفته شدند و شرکت‌کنندگان دوباره به وظیفه شناسایی جنسیت برگشتند.
قوانین دنباله‌ها بر اساس یک نمودار هرمی طراحی شده بود. در این نمودار، شش نقطه به شکل مثلث قرار داشتند، که هر نقطه نشان‌دهنده یکی از تصاویر بود. خطوط بین نقاط نشان می‌دادند که کدام تصاویر می‌توانند بعد از یکدیگر ظاهر شوند.
چگونگی درک و یادگیری مغز از الگوهای زمانی
آنچه این تحقیق را شگفت‌انگیز کرده، نحوه تطبیق نورون‌ها با آشنا شدن شرکت‌کنندگان با دنباله‌ها است. در ابتدا، یک نورون فقط به یک تصویر خاص واکنش نشان می‌داد، اما با گذشت زمان، نورون‌ها به تصاویری که اغلب در دنباله‌ها نزدیک به هم ظاهر می‌شدند، واکنش نشان می‌دادند و در واقع روابط زمانی بین تصاویر مختلف را شبیه‌سازی می‌کردند.
این کشف نشان می‌دهد که مغز توانایی ایجاد نقشه‌هایی از روابط زمانی میان تصاویر و رویدادها را دارد. مغز در واقع به‌صورت یک سیستم پیش‌بینی‌کننده عمل می‌کند و نه تنها زمان حال، بلکه آینده‌های محتمل را نیز در نظر می‌گیرد.
شباهت به نقشه‌برداری فضایی
یکی از نکات جالب این مطالعه، شباهت‌های قابل توجه بین نقشه‌برداری زمانی و فضایی است. در تحقیقات قبلی، دانشمندان متوجه شده بودند که برخی نورون‌ها به‌عنوان سلول‌های محیطی عمل می‌کنند و هنگامی که یک حیوان به نقاط خاصی از محیط می‌رسد، فعال می‌شوند.
در مطالعه جدید، مشخص شده است که مغز از مکانیسم‌های مشابهی برای نقشه‌برداری از دنباله‌های رویدادها و تجربیات استفاده می‌کند.
نمایه‌سازی مفهومی و پیش‌بینی‌های آینده
این تحقیق بر پایه کشفیات قبلی درباره نورون‌هایی به نام نورون‌های مفهومی است که به افراد، مکان‌ها یا اشیای خاص واکنش نشان می‌دهند. این نورون‌ها مسئول تشکیل حافظه‌های ما هستند و با هم کار می‌کنند تا تجربیات ما را در طول زمان ثبت کنند.
همچنین محققان کشف کردند که مغز با استفاده از این نقشه‌ها، پیش‌بینی‌هایی درباره آینده انجام می‌دهد. در واقع، این نقشه‌ها در مغز به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که نه‌تنها ارتباطات لحظه‌ای را درک می‌کنند، بلکه احتمالات آینده را نیز در نظر می‌گیرند.
چگونه مغز الگوها را به خاطر می‌سپارد؟
محققان در زمان‌های استراحت بین مراحل مختلف آزمایش، مشاهده کردند که نورون‌ها الگوهایی را که یاد گرفته بودند، به سرعت مرور می‌کنند. این مرور سریع که در کسری از ثانیه اتفاق می‌افتد، به مغز کمک می‌کند تا اطلاعات جدید را بهتر به خاطر بسپارد و در حافظه نگه دارد.
کاربردهای کشف چگونگی درک زمان توسط مغز
این یافته‌ها فراتر از تحقیقات علمی به نظر می‌رسند. کشف چگونگی کدگذاری الگوهای زمانی در مغز می‌تواند به درمان اختلالات حافظه کمک کند و طراحی سیستم‌های رابط مغز-کامپیوتر را پیش ببرد. همچنین این تحقیقات می‌تواند به سیستم‌های هوش مصنوعی کمک کند تا اطلاعات دنباله‌ای را به‌شیوه‌ای مشابه با شناخت انسانی پردازش کنند.
با این کشف‌های جدید، اکنون روشن است که مغز چگونه الگوهای زمانی را شبیه‌سازی و پیش‌بینی می‌کند و این علم می‌تواند در آینده به توسعه ابزارهای نوین درمانی و تکنولوژیکی کمک کند.
