شبکه‌ی عصبی مصنوعی و کمک به درک بیشتر فرآیند بینایی

گشودن چشمان، فوراً یک درک بصری از دنیا را ایجاد می کند – و این به نظر ساده می آید. اما فرآیندی که با تحریک شبکیه توسط فوتون ها آغاز می شود و با دیدن پایان می یابد، از سادگی به دور است. وظیفه ی اصلی مغز در دیدن، بازسازی اطلاعات پیرامون، از نور ورودی به چشمان است. به دلیل اینکه این فرآیند نسبتا پیچیده است، سلول های عصبی در مغز -نورون ها- هم به طرق پیچیده ای به تصاویر عکس العمل نشان می دهند.

رویکردهای تجربی جهت توصیف پاسخ نورون ها به تصاویر چالش برانگیز است چون تعداد تصاویر ممکن، بی‌شمار می باشد. در گذشته، درک اولیه از تحریکی ناشی می شد که نورون های درون مغز به اصطلاح "دوست" داشتند و پیدا کردن آن‌ها به فراست دانشمندان و مقدار کمی شانس بستگی داشت.

نویسنده ی اول دکتر ادگار واکر می گوید:"ما می خواهیم دریابیم فرآیند بینایی چطور کار می کند؟ رویکرد ما توسط توسعه‌ی یک شبکه ی عصبی مصنوعی که فعالیت های عصبی ایجاد شده در حیوان-زمانی که به تصویری نگاه می کند-را پیش بینی می-کند، جلو رفت. اگر بتوانیم مدلی مجازی از سیستم بینایی بسازیم، قادر خواهیم بود آزمایش های نامحدودی را روی آن انجام دهیم. سپس می توانیم به عقب برگشته و روی مغز با روشی که ما آن را inception loops می‌نامیم، آزمایش کنیم."

به منظور اینکه به این مدل یاد داده شود نورون ها چگونه پاسخ می دهند، محققان ابتدا میزان زیادی فعالیت مغزی را توسط مسوسکوپ، یک میکروسکوپ تصویربرداری عملکردی با بزرگنمایی بالا، ثبت کردند. محققان به موش 5000 تصویر عصبی نشان دادند و زمانی که تصاویر را مشاهده می کرد، فعالیت عصبی هزاران نورون را ثبت می‌کردند. سپس آن‌ها با استفاده از این تصاویر و رکوردهای فعالیت مغزی مربوط به آن‌ها، یک شبکه ی عصبی عمیق را آموزش دادند تا اینکه چطور نورون های واقعی به یک تحریک بصری پاسخ می دهند را شبیه سازی و مدل کند.

به نقل از تولیاس، موسس و مدیر مرکز علوم اعصاب و هوش مصنوعی در بایلور: "آزمایش این شبکه برخی جنبه های بینایی که انتظار نمی رفت را آشکار ساخت."

"ما فکر می کنیم این چارچوب برازش کردن و آموزش دادن دقیق شبکه های عصبی، اجرای آزمایش های محاسبانی روی آن‌ها و اصلاح پیش بینی های بدست آمده در آزمایش های فیزیولوژیکی می تواند برای بررسی اینکه چگونه نورون ها اطلاعات را در سراسر مغز به نمایش می گذارند، مورد استفاده قرار گیرد. "

این مطالعه در ژورنال Nature Neuroscience منتشر شده است.

منبع: پایگاه خبری دانشکده پزشکی بایلور