مشاهده روند تصمیم گیری در مغز با تلاش‌های محققان استنفورد محقق شد

با تلاش محققان استنفورد، مشاهده روند تصمیم گیری در مغز میسر شده است. تیمی از دانشمندان و مهندسان مغز و اعصاب سیستمی را ایجاد کرده‌‌‌‌‌اند که‌‌‌‌‌ می‌‌تواند روند عصبی ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیری را در زمان واقعی نشان دهد‌‌‌‌‌، این فرایند همچنین شامل روند ذهنی بررسی بین گزینه‌‌‌‌‌‌‌ها قبل از بیان گزینه نهایی‌‌‌‌‌ می‌‌شود.

اما مشاهده روند تصمیم گیری در مغز به چه معناست؟ در جریان خواندن این مقاله ممکن است مدام تصمیم‌تان را عوض کنید که آیا خواندن این مطلب را‌‌‌‌‌ می‌‌خواهید ادامه دهید یا خیر. شما همچنان متن مقاله را پیمایش‌‌‌‌‌ می‌‌کنید و آن را سطر به سطر‌‌‌‌‌ می‌‌خوانید‌‌‌‌‌، تا وقتی که تصمیم بگیرید دیگر نخوانید و روی مقاله دیگری کلیک کنید! این در حالی است که هر تصمیمی که بگیرید و به هرچه فکرکنید، برای ناظر بیرونی فقط انتخاب نهایی شما قابل مشاهده خواهد بود و فرایند درون مغز شما که به تصمیم نهایی منجر‌‌‌‌‌ می‌‌شود، از دید ناظر بیرونی پنهان خواهد بود. هرگونه تامل و بررسی درونی که درباره خواندن این مقاله داشته باشید‌‌‌‌‌، به احتمال زیاد تا امروز برای هیچکس غیر از خودتان قابل بررسی نبوده است. بررسی و شناخت این فرایند پنهانی و درونی، موضوع مورد پژوهشی است که در 20 ژانویه به همت محققان دانشگاه استنفورد در مجله نیچر منتشر شد. در این پژوهش، محققان درباره اینکه چگونه واکنش‌‌‌‌‌‌‌‌‌های شناختی در فعالیت نورون‌های عصبی منعکس‌‌‌‌‌ می‌‌شوند مطالعه کرده‌‌اند.

دانشمندان و مهندسان مغز و اعصاب دانشگاه استنفورد برای مشاهده روند تصمیم گیری در مغز در زمان واقعی، از کاشت ایمپلنت‌‌‌‌‌‌‌‌‌های عصبی استفاده کردند. این دانشمندان و مهندسان سیستمی را ایجاد کرده‌‌‌‌‌اند که فعالیت سلول‌‌‌‌‌‌‌‌‌های مغزی میمون‌‌‌‌‌‌‌ها را خوانده و رمزگشایی‌‌‌‌‌ می‌‌کند. رهگیری سیگنال‌‌‌‌‌‌‌‌‌های ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیری به این صورت بود که از حیوان خواسته شده بود تشخیص دهد نقطه‌‌‌‌‌‌‌‌‌های متحرک به سمت چپ حرکت‌‌‌‌‌ می‌‌کنند یا به سمت راست. این سیستم، فرایند ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیری در حال انجام میمون‌‌‌‌‌‌‌ها را در زمان واقعی‌‌‌‌‌، همراه با تردیدها و تامل‌‌‌‌‌‌‌ها در طول مسیر ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیری، با موفقیت نشان داد.

«من فقط دنبال ردگیری فعالیت رمزگشایی‌شده روی صفحه بودم‌‌‌‌‌، نمی‌دانستم که نقطه‌‌‌‌‌‌‌ها به کدام سمت حرکت‌‌‌‌‌ می‌‌کنند یا میمون چه کاری انجام‌‌‌‌‌ می‌‌دهد؛ اما چندین ثانیه قبل از اینکه میمون دستش را برای نشان دادن جهت انتخابی‌اش که سمت راست بود، حرکت دهد،‌‌‌‌‌ می‌‌توانستم به مدیر آزمایشگاه، خانم «سانیا فونگ» بگویم: «او قصد دارد سمت راست را انتخاب کند!» این گفته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها، تجربه دیوگو پیکسوتو‌‌‌‌‌ Diogo Peixoto، محقق سابق دکترا در علوم اعصاب و نویسنده اصلی این مقاله است. وی همچنین درباره نتایج این بررسی می‌گوید: «من در 80 تا 90 درصد مواقع درست‌‌‌‌‌ می‌‌فهمم که چه تصمیمی قرار است گرفته شود و این موضوع واقعاً اثبات‌‌‌‌‌ می‌‌کند که این سیستم کار‌‌‌‌‌ می‌‌کند و این یک روش موثر برای درک تصمیمات ذهنی است.»

در آزمایش‌‌‌‌‌‌‌‌‌های بعدی‌‌‌‌‌، محققان حتی توانستند از طریق دستکاری‌‌‌‌‌‌‌‌‌های نیمه خودآگاه حرکت نقطه، روی تصمیمات نهایی میمون‌‌‌‌‌‌‌ها تأثیر بگذارند. ویلیام نیوزوم‌‌‌‌‌، نویسنده ارشد این پژوهش، استاد دپارتمان نوروبیولوژی در دانشکده پزشکی دانشگاه استنفورد‌‌‌‌‌ می‌‌گوید: «اساساً‌‌‌‌‌، بیشتر شناخت ما به دلیل فعالیت عصبی مداوم است که به طور آشکار در رفتار ما منعکس نمی‌‌شود‌‌‌‌‌، بنابراین نکته هیجان‌انگیز در این تحقیق این است که با استفاده از این سیستم اکنون‌‌‌‌‌ می‌‌توانیم برخی از این وضعیت‌‌‌‌‌‌‌‌‌های عصبی پنهانی و داخلی را شناسایی و تفسیر کنیم». نیوزوم که همچنین مدیر موسسه علوم اعصاب وو تسای Wu Tsai است در این زمینه افزود: «ما در حال باز کردن پنجره‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای رو به دنیای «فرایندهای شناختی» هستیم که تا امروز برای علم مبهم و غیرشفاف بوده است.»

یک تصمیم همزمان

مطالعات علوم اعصاب درباره فرایند ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیری‌‌‌‌‌، به طور کلی شامل تخمین میانگین فعالیت سلول‌‌‌‌‌‌‌‌‌های مغزی در طول صدها آزمایش بوده است. اما این فرایند پیچیدگی‌‌‌‌‌‌‌‌‌های خاص خود را دارد و از این واقعیت نباید غافل شد که هر ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیری کمی متفاوت از ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیری دیگر است. اما مشاهده روند تصمیم گیری در مغز کار ساده‌ای نیست. موضوع این است که عوامل بیشماری که در ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیریِ امروز شما برای خواندن این مقاله تأثیرگذار هستند با عوامل ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیری شما در فردا با فرض این که بخواهید دوباره به آن بیندیشید، متفاوت خواهند بود و این عواملِ متفاوت بر گزینش شما تأثیر‌‌‌‌‌ می‌‌گذارند.

جسیکا ورهین‌‌‌‌‌، دانشجوی دکترا در علوم اعصاب و نویسنده همکار این مقاله پژوهشی، در این زمینه اضافه‌‌‌‌‌ می‌‌کند: «فرایند شناخت واقعاً پیچیده است و وقتی شما به طور متوسط در جریان یک مجموعه آزمایش‌ قرار‌‌‌‌ می‌‌گیرید‌‌‌‌‌، جزئیات مهمی راجع به چگونگی درک خود و نحوه انتخاب خود را فراموش می‌کنید.»

برای این سری آزمایش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها، یک ایمپلنت عصبی به اندازه ناخن انگشت کوچک به میمون‌‌‌‌‌‌‌ها متصل کردند. این ایمپلنت عصبی همزمان که به آن‌‌‌‌‌‌‌ها نشان‌‌‌‌‌ می‌‌داد نقاط دیجیتالی در حال رد شدن بر روی صفحه هستند، فعالیت 100 تا 200 سلول عصبی را در هر 10 میلی‌ثانیه بررسی می‌‌کرد‌‌‌‌. محققان این ایمپلنت را در قشر پیش حرکتی پشتی Dorsal Premotor Cortex و قشر حرکتی اولیه Primary Motor Cortex مغز آن‌‌‌‌‌‌‌ها قرار دادند، زیرا در تحقیقات قبلی دریافتند که سیگنال‌‌‌‌‌‌‌‌‌های عصبی از این نواحی مغزی تصمیمات حیوانات و میزان اعتماد آن‌‌‌‌‌‌‌ها به تصمیمات را منتقل‌‌‌‌‌ می‌‌کنند.

هر یک از ویدئوهایی که نقاط متحرک را نشان می‌دادند، منحصربه‌فرد و غیرتکراری بود و کمتر از دو ثانیه طول‌‌‌‌‌ می‌‌کشید و میمون‌‌‌‌‌‌‌ها تصمیم خود را درباره این‌که آیا نقاط به سمت راست حرکت‌‌‌‌‌ می‌‌کنند یا چپ بیان می‌کردند. در صورتی که میمون‌‌‌‌‌‌‌ها پاسخ صحیح‌‌‌‌‌ می‌‌دادند، به عنوان پاداش به آن‌‌‌‌‌‌‌ها آب داده‌‌‌‌‌ می‌‌شد. میمون‌‌‌‌‌‌‌ها با فشار دادن یک دکمه راست یا چپ روی صفحه نمایش‌‌‌‌‌، انتخاب خود را به محققان نشان‌‌‌‌‌ می‌‌دادند.

مشاهده روند تصمیم گیری در مغز میمون‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها چندان آشکار نبود. نورون‌‌‌‌‌‌‌ها از طریق شلیک سریع سیگنال‌‌‌‌‌‌‌‌‌های الکتریکی پر سر و صدا‌‌‌‌‌، که در کنار فعالیت‌‌‌‌‌‌‌‌‌های دیگر در مغز رخ‌‌‌‌‌ می‌‌دهد‌‌‌‌‌، با یکدیگر ارتباط برقرار‌‌‌‌‌ می‌‌کنند. اما پیکسوتو به راحتی‌‌‌‌‌ می‌‌توانست انتخاب میمون‌‌‌‌‌‌‌ها را ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پیش‌بینی کند‌‌‌‌‌، بخشی از این توانایی به این دلیل بود که اندازه‎گیری فعالیت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی که وی مشاهده‌‌‌‌‌ می‌‌کرد، ابتدا از طریق خط لوله پردازش سیگنال و رمزگشایی آزمایشگاه کریشنا شنوی Krishna Shenoy تغذیه‌‌‌‌‌ می‌‌شد. دستاوردهای آزمایشگاه کریشنا شنوی به واسطه تلاش‌‌‌‌‌‌‌‌‌های چندین ساله استاد هونگ سه Hong Seh در دانشکده مهندسی و استاد ویویان Vivian W. M. Lim، مهندس مغز و اعصاب و مهندس زیستی و محقق موسسه پزشکی هوارد هیوز به دست آمده است.

تیم شنوی از روش رمزگشایی عصبی در زمان واقعی برای اهداف دیگر استفاده کرده است. «ما در پژوهش‌هایمان همیشه سعی داریم با خواندن اهداف ذهنی افراد معلول یا ناتوانان حرکتی، به آن‌‌‌‌‌‌‌ها در گرفتن تصمیماتشان کمک کنیم. به عنوان مثال‌‌‌‌‌، آن‌‌‌‌‌‌‌ها می‌‌توانند به این فکر کنند که چگونه‌‌‌‌‌ می‌‌خواهند بازوهای خود را حرکت دهند و سپس این هدف از طریق رمزگشایی انجام‌‌‌‌‌ می‌‌شود و یک نشانگر موس روی صفحه کامپیوتر حرکت‌‌‌‌‌ می‌‌کند تا پیام‌‌‌‌‌‌‌ها را تایپ کند. بنابراین‌‌‌‌‌، ما به طور مداوم فعالیت‌‌‌‌‌‌‌‌‌های عصبی مغز را بررسی و ارزیابی‌‌‌‌‌ می‌‌کنیم‌‌‌‌‌، آن را در حد میلی ثانیه رمزگشایی‌‌‌‌‌ می‌‌کنیم و سپس به سرعت بر اساس این اطلاعات عمل‌‌‌‌‌ می‌‌کنیم.»

در این مطالعه خاص‌‌‌‌‌، محققان قصد داشتند به جای ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پیش‌بینی حرکت فوری بازو‌‌‌‌‌، تصمیم بعدی که به دلیل آن، حرکت بازو اتفاق افتاده است را ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پیش‌بینی کنند. ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پیش‌بینی آن تصمیم بعدی به الگوریتم جدیدی نیاز دارد. پیکسوتو و همکارانش با الهام از کار روزبه کیانی‌‌‌‌‌، دانشمند سابق دکترا در آزمایشگاه نیوسام Newsome lab، الگوریتمی را که سیگنال‌‌‌‌‌‌‌‌‌های پرسروصدایی را از گروه نورون‌‌‌‌‌‌‌ها در قشر پیش حرکتی پشتی (dorsal premotor cortex) و قشر حرکتی اولیه (primary motor cortex) دریافت‌‌‌‌‌ می‌‌کند‌‌‌‌‌، کامل‌‌‌‌‌ می‌‌کنند و آن‌ها را به عنوان «متغیر تصمیم» تفسیر‌‌‌‌‌ می‌‌کنند. این متغیر، در حقیقت فعالیتی را که قبل از تصمیم برای حرکت در مغز اتفاق‌‌‌‌‌ می‌‌افتد‌‌‌‌‌، توصیف‌‌‌‌‌ می‌‌کند.

پیکسوتو در این باره‌‌‌‌‌ می‌‌گوید: «با استفاده از این الگوریتم‌‌‌‌‌، می‌‌توانیم تصمیم نهایی میمون را قبل از این‌که انگشت خود را حرکت دهد رمزگشایی کنیم و نه زمانی که بازوی خود را حرکت داد.»

سه آزمایش

محققان برای مشاهده روند تصمیم گیری در مغز ، فرض را بر این گرفتند که هر چقدر مقادیر مثبت «متغیر تصمیم» بیشتر باشد، نشان‌دهنده افزایش اطمینان میمون است که نقاط به سمت راست حرکت‌‌‌‌‌ می‌‌کنند‌‌‌‌‌، در حالی که مقادیر منفی «متغیر تصمیم» هر چقدر بیشتر باشد، اطمینان میمون از تغییر حرکت نقاط به سمت چپ را نشان‌‌‌‌‌ می‌‌دهد. محققان برای ارزیابی این فرضیه‌‌‌‌‌، دو آزمایش را انجام دادند: «یکی که به محض برخورد متغیر تصمیم با یک آستانه مشخص، آزمایش را متوقف‌‌‌‌‌ می‌‌کردند و دیگری وقتی که متغیر واکنش شدید تصمیم میمون را نشان‌‌‌‌‌ می‌‌داد، آن را متوقف‌‌‌‌‌ می‌‌کردند.»

در طی اولین آزمایش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها، محققان آزمایش‌‌‌‌‌‌‌ها را در پنج سطح که به صورت تصادفی انتخاب شده بودند، متوقف کردند و در بالاترین سطحِ «متغیر تصمیم» مثبت یا منفی‌‌‌‌‌، متغیر، تصمیم نهایی میمون را با دقت 98 درصد ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پیش‌بینی کرد. ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پیش‌بینی‌‌‌‌‌‌‌‌‌های آزمایش دوم که احتمالاً میمون دچار تغییر عقیده شده بود‌‌‌‌‌، تقریباً به همان اندازه دقیق بودند.

پیش از آزمایش سوم‌‌‌‌‌، محققان بررسی کردند که چند نقطه را‌‌‌‌‌ می‌‌توانند در طول آزمایش اضافه کنند، قبل از این‌که حواس میمون به واسطه تغییر محرک پرت شود. سپس طی آزمایش‌‌‌‌‌، محققان نقاطی را در زیر آستانه قابل توجه اضافه کردند تا ببینند آیا این تغییرات تصمیم میمون را تحت تأثیر قرار‌‌‌‌‌ می‌‌دهد یا خیر. اگرچه نقاط جدید بسیار ظریف بودند‌‌‌‌‌، اما آن‌‌‌‌‌‌‌ها گاهی اوقات انتخاب میمون را نسبت به هر جهتی که حرکت‌‌‌‌‌ می‌‌کردند، دچار تغییرات یا تمایل‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی می‌‌کردند. اگر در ابتدای آزمایش و در هر نقطه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای که متغیر ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیری میمون کم بود‌‌‌‌‌، نقطه‌‌‌‌‌‌‌‌‌های جدید بیشتر‌‌‌‌‌ می‌‌شد، ضعف سطح اطمینان میمون را نشان‌‌‌‌‌ می‌‌داد.

نیوزوم گفت: «این آزمایش آخر به هدایت جسی ورهین‌‌‌‌‌، واقعاً به ما اجازه داد که برخی از مدل‌‌‌‌‌‌‌‌‌های رایج ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیری را رد کنیم». طبق یکی از این مدل‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها، افراد و حیوانات بر اساس مجموع شواهد موجود در یک آزمایش، ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیری‌‌‌‌‌ می‌‌کنند. اما اگر این مدل درست بود‌‌‌‌‌، گرایشی که محققان با وارد کردن نقاط متحرک جدید ایجاد‌‌‌‌‌ می‌‌کردند‌‌‌‌‌، بدون توجه به زمان معرفی‌‌‌‌‌، باید همان تأثیر را‌‌‌‌‌ می‌‌داشت. اما در عوض؛ به نظر‌‌‌‌‌ می‌‌رسید که نتایج از یک مدل جایگزین پشتیبانی‌‌‌‌‌ می‌‌شود‌‌‌‌‌، که بیان‌‌‌‌‌ می‌‌کند اگر آزمودنی اطمینان کافی در ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیری در ذهن خود داشته باشد‌‌‌‌‌، یا مدت زمان زیادی را در نظر گرفته باشد‌‌‌‌‌، تمایل کمتری برای ملاحظه شواهد جدید دارد.

سوالات جدید‌‌‌‌‌، فرصت‌‌‌‌‌‌‌‌‌های جدید

در حال حاضر‌‌‌‌‌، آزمایشگاه شنوی این آزمایش‌‌‌‌‌‌‌ها را با شرکت‌کنندگان انسانی با اختلالات عصبی که از همان ایمپلنت‌‌‌‌‌‌‌‌‌های عصبی استفاده‌‌‌‌‌ می‌‌کنند‌‌‌‌‌، تکرار‌‌‌‌‌ می‌‌کند، تا مشاهده روند تصمیم گیری در مغز آن‌ها را ممکن کند. با توجه به تفاوت بین مغز پستانداران انسان و غیرانسانی‌‌‌‌‌، نتایج‌‌‌‌‌ می‌‌تواند تعجب‌آور باشد.

کاربردهای بالقوه این سیستم فراتر از مطالعه ‌‌‌‌‌تصمیم‌‌گیری است و شامل بررسی توجه بصری‌‌‌‌‌، حافظه فعال یا احساسات‌‌‌‌‌ می‌‌شود. محققان بر این باورند که پیشرفت کلیدی فناوری که شامل نظارت و تفسیر حالت‌‌‌‌‌‌‌‌‌های مخفی شناختی از طریق ضبط‌‌‌‌‌‌‌‌‌های عصبی در زمان واقعی‌‌‌‌‌ می‌‌شود، باید به طور کلی برای علوم اعصاب شناختی ارزشمند باشد و آن‌‌‌‌‌‌‌ها از دیدن چگونگی ساخت سایر محققان بر روی کار آن‌‌‌‌‌‌‌ها هیجان‌زده هستند.

شنوی‌‌‌‌‌ می‌‌گوید: «امید این است که این تحقیق علاقه دانشجویان مقطع کارشناسی یا کارشناسی ارشد را به خود جلب کند و آن‌‌‌‌‌‌‌ها درگیر این سوالات شوند و تلاش کنند گوی سبقت را در 40 سال آینده از یکدیگر بربایند.»

از جمله نویسندگان دانشگاه استنفورد‌‌‌‌‌ می‌‌توان به دانشمندان سابق دکترا‌‌‌‌‌، روزبه کیانی (اکنون در دانشگاه نیویورک)‌‌‌‌‌، جاناتان سی کائو (اکنون در دانشگاه کالیفرنیا‌‌‌‌‌، لس آنجلس) و چند چاندرسکاران (اکنون در دانشگاه بوستون) اشاره کرد. پل نویوجوکیان، استادیار مهندسی زیستی و جراحی مغز و اعصاب‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌؛ مدیر آزمایشگاه قبلی سانیا فونگ و محقق جولیان براون (اکنون در UCSF)‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌؛ و استفان آی. ریو‌‌‌‌‌، استاد کمکی مهندسی برق (همچنین رئیس دپارتمان جراحی مغز و اعصاب در بنیاد پزشکی پالو آلتو). نیوسام، نویوجوکیان و شنوی، همچنین اعضای استنفورد Bio-X و موسسه علوم اعصاب وو تسای هستند.

بودجه این تحقیق توسط بنیاد Champalimaud پرتغال؛ موسسه پزشکی هوارد هیوز؛ موسسات ملی بهداشت از طریق برنامه آموزش دانشمندان پزشکی استنفورد‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌؛ همکاری بنیاد سیمونز در مورد مغز جهانی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌؛ بورس تحصیلی Pew در علوم پزشکی موسسات ملی بهداشت (شامل جایزه مدیر پیشگام)‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌؛ جایزه دانش پژوهان مک کایت بنیاد ملی علوم؛ موسسه ملی ناشنوایی و سایر اختلالات ارتباطی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌؛ موسسه ملی اختلالات عصبی و سکته مغزی. آژانس پروژه‌‌‌‌‌‌‌‌‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی – دفتر فناوری‌‌‌‌‌‌‌‌‌های بیولوژیکی (جایزه NeuroFAST)‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌؛ و دفتر تحقیقات دریایی تأمین شده است.

جدیدترین اخبار هوش مصنوعی ایران و جهان را با هوشیو دنبال کنید