يوظف الدماغ ضغط البيانات لاتخاذ القرار

8 مارس 2022

 

مركز أبحاث چامباليمود للمجاهيل، البرتغال

 

المترجم: عدنان أحمد الحاجي

 

المقالة رقم 162 لسنة 2022

 

The Brain Applies Data Compression for Decision-Making

 

March 8, 2022

 

Champalimaud Centre for the Unknown

لو كنت طفلاً في الثمانينيات من القرن الماضي، أو كنت من محبي ألعاب الفيديو القديمة، فلابد أنك تعرف لعبة فروغر Frogger.  قد تكون اللعبة صعبة جدًا.  وللفوز، على اللاعب أولاً أن يخرج سالمًا من سيل جارف من الازدحام المروري، حينها لابد أن يهرب بصعوبة من حيز النسيان وذلك بالتعرج عبر جذوع أشجار تمر مسرعةً.

مقطع فيديو بلعبة فروغر:  https://youtu.be/l9fO-YuWPSk

كيف يعرف الدماغ ما ينبغي له أن يركز عليه في كل هذه الفوضى؟

دراسة نُشرت في المجلة العلمية نتشر لعلوم الأعصاب⁽¹⁾ Nature Neuroscience¹ زودتنا بحل ممكن ألا وهو ضغط البيانات.

"ضغط تمثيلات العالم الخارجي (البيئة / المحيط) يشبه إزالة جميع المعلومات غير ذات العلاقة واعتماد فقط "رؤية نفقية "مؤقتة للوضع،" [المترجم: الرؤية النفقية هي فقدان الرؤية المحيطية والاحتفاظ بالرؤية المركزية، مما يؤدي إلى رؤيةٍ دائرية نفقية ضيقة ضمن المجال البصري⁽²⁾،  حسبما قال كريستيان ماتشينز، أحد كبار مؤلفي الدراسة ورئيس مختبر علم الأعصاب النظري في مركز أبحاث چامباليمود Champalimaud  في البرتغال.

"الفكرة القائلة بأن الدماغ يرفع مستوى الأداء إلى الحد الأقصى مع تقليل التكلفة باستخدام ضغط البيانات هي فكرة منتشرة في دراسات المعالجة الحسية⁽³⁾.  "ومع ذلك، لم تدرس بالفعل في الوظائف الإدراكية،" كما قال كبير المؤلفين جو باتون Joe Paton، مدير برنامج چامباليمود لأبحاث علم الأعصاب.

"باستخدام مزبج من أساليب تجريبية وحوسبية، أثبتنا أن هذا المبدأ نفسه يمتد عبر نطاق أوسع بكثير من الوظائف مما كان مُدركًا في السابق."

استخدم الباحثون في تجاربهم نموذج توقيت.  في كل تجربة، كان على الفئران تحديد ما إذا كانت نغمتان منفصلتان بفاصل زمني أطول أو أقصر من 1.5 ثانية.  في الوقت نفسه، سجل الباحثون نشاط عصبونات الدوبامين في دماغ هذه الفئران أثناء قيامها بأداء هذه المهمة.

"من المعروف أن عصبونات الدوبامين تلعب دورًا رئيسًا في تعلم قيمة الأفعال،" كما أوضح ماتشينز.  "لذا لو قدر الحيوان خطأً الفترة الزمنية في تجربة معينة، فإن نشاط هذه الخلايا العصبية سينتج" خطأً تنبؤيًا "من شأنه أن يساعد في تحسين الأداء في التجارب المستقبلية." [المترجم: بحسب التعريف، الخطأ التنبؤي هو عدم وقوع الحدث المتوقع⁽⁴⁾]

أسماء موتيوالا Asma Motiwala، المؤلفة الأولى للدراسة، صممت مجموعة متنوعة من نماذج التعلم المعزز الحوسبي واختبرت أيًا كان الأفضل منها في تسجيل كل من نشاط الخلايا العصبية (العصبونات) وسلوك الحيوانات. لهذه النماذج بعض المبادئ المشتركة، لكنها اختلفت في الطريقة التي مثلت المعلومات التي قد تكون ذات صلة بأداء المهمة.

اكتشف الفريق أن النماذج التي تحتوي على تمثيل مضغوط للمهمة هي فقط التي تمكنت من تفسير البيانات.  "يبدو أن الدماغ يتخلص من جميع المعلومات غير ذات الصلة.  ومن الغريب أنه يتخلص أيضًا على ما يبدو من بعض المعلومات ذات العلاقة، ولكن ليس بما يكفي لتؤثر تأثيرًا كبيرًا في مقدار المكافأة [مستوى الدوبامين المفرز؟] التي يحصل عليها الفأر بشكل عام.  فهو يعرف بشكل لا لبس فيه كيف ينجح في هذه اللعبة،" حسبما قال ماتشينز.

ومن المثير للاهتمام أن نوع المعلومات الممثلة لم يكن فقط بخصوص متغيرات المهمة نفسها.  ولكنه استحوذ أيضًا على تصرفات الفأر.

ركزت الأبحاث السابقة على سمات البيئة بشكل مستقل عن سلوك الفأر.  لكننا وجدنا أن التمثيلات المضغوطة التي تعتمد على تصرفات الفأر هي التي فقط فسرت البيانات بشكل كامل.

أوضحت موتيوالا: "في الواقع، دراستنا هي الأولى التي تُثبت أن الطريقة التي تُكتسب (تُتعلم) تمثيلات العالم الخارجي⁽⁵⁾، وخاصة تلك المُكْلفة مثل هذه المهمة، قد تتفاعل بطرق غير عادية مع كيف تختار الفئران كيف تتصرف".

وفقًا للمؤلفين، فإن هذا الاكتشاف له تبعات واسعة على علم الأعصاب وكذلك على الذكاء الاصطناعي. "بينما تطور الدماغ بشكل واضح ليعالج المعلومات بكفاءة ، غالبًا ما تعمل خوارزميات الذكاء الاصطناعي على حل المشكلات بالقوة العمياء⁽⁶⁾: مستخدمةً الكثير من البيانات والكثير من المعايير / الضوابط.  وخلص باتون إلى أن الدراسة توفر مجموعة من المبادئ لتوجيه الدراسات المستقبلية بشأن كيف تدعم التمثيلات الداخلية [فكرة أو صورة ذهنية⁽⁷⁾] للعالم الخارجي [البيئة / المحيط] السلوك الذك⁽⁸⁾ في سياق علم الأحياء والذكاء الاصطناعي.

الخلاصة: يعمل الدماغ على زيادة الأداء مع تقليل التكلفة إلى الحد الأدنى للاستفادة من ضغط البيانات لتحسين عملية اتخاذ القرار الى المستوى الأمثل.

 

مصادر من داخل وخارج النص

1- https://www.nature.com/articles/s41593-022-01085-7

 

2- https://ar.wikipedia.org/wiki/رؤية_نفقية

 

3- المعالجة الحسية sensory processing هي العملية التي تنظم الإحساس من جسم المرء وبيئته، مما يجعل من الممكن استخدام الجسم بفعالية داخل البيئة.  على وجه التحديد، يتعامل مع كيف يعالج الدماغ المدخلات الحسية المتعددة، مثل الحس العميق والرؤية والجهاز السمعي واللمس والشم والجهاز الدهليزي والحس الداخلي والتذوق  الي مخرجات وظيفية قابلة للاستخدام."  مقتبس من تص ورد على هذا العنوان:

https://www.marefa.org/المعالجة_الحسية/simplified

 

4- https://www.techtarget.com/whatis/definition/prediction-error

5- "كيف نتصور تمثيلاتنا للعالم الخارجي (أي البيئة / المحيط)؟ لتمثيل العالم المحيط، لابد أن نكتشف الطاقة الفيزيائية (منبه / محفز / المثير) من البيئة ونحولها إلى إشارات عصبية.  هذه العملية تسمى الإحساس. عندما نختار أحاسيسنا وننظمها ونفسرها، فإن العملية تسمى الإدراك الحسي." ترجمناه من نص ورد على هذا العنوان: 

http://www.northlandprep.org/wp-content/uploads/2013/10/Chapter-6-Lecture-1.ppt

 

6- "هجوم القوة العمياء: (brute-force attack)، في علم التعمية (كريبتوغرافيا cryptographia)، هو نوع من الهجوم الذي يعتمد على النص المشفر فقط، وتتم فيه محاولة تجربة كل المفاتيح المحتملة لفك النص المشفر، ويفترض هذا النوع من الهجوم أن الهاكر على علم بخوارزمية التشفير وكذلك بمجال مفتاح الشيفرة (أي جميع المفاتيح المحتملة)."   مقتبس من نص ورد على هذا النص:

https://ar.wikipedia.org/wiki/هجوم_القوة_العمياء

 

7- https://www.thefreedictionary.com/internal+representation

 

8- "السلوك الذكي هو القدرة على استخدام المرء معرفته بالعالم المحيط ليتخذ قرارات بطرق وأساليب مستجدة:  يتصرف الناس بذكاء إذا استخدموا ما يعرفونه ليحصلوا على ما يريدونه؛" ترجمناه من نص ورد على هذا العنوان:

https://towardsdatascience.com/the-origin-of-intelligent-behavior-3d3f2f659dc2

 

المصدر الرئيس

https://neurosciencenews.com/data-compression-decision-making-20755/