چگونه اولین نقشه از مغز حشرات ایجاد شد و چه معنایی برای درک ما از مغز انسان دارد؟ - فروشگاه های میهن

به گزارش خبرنگاران به نقل از کانورسیشن، این شبکه ها بر نحوه تفکر، ذخیره خاطرات و تعامل ما با یکدیگر حکمرانی می نمایند. دانشمندان علوم اعصاب هنوز فناوری لازم برای ترسیم بخش کوچکی از اتصالات درون مغز انسان را ندارند. ما نقشه نداریم.

با این وجود، تیمی بین المللی از دانشمندان در آزمایشگاه بیولوژی مولکولی MRC دانشگاه کمبریج و دانشگاه جانز هاپکینز به پیشرفتی دست یافته اند. ما پیچیده ترین مغز را تا به امروز ترسیم کردیم: مغز یک حشره. این مغز از بسیاری جهات شبیه مغز انسان است با دو نیمکره ساختاری شبیه ساقه مغز و نخاعی معادل آن چه ماهیچه های حیوان را کنترل می نماید. درک این مغز ممکن است سرنخ های زیادی در خصوص نحوه عملکرد مغز انسان به ما بدهد.

امروزه صرفا چند نقشه مغز یا کانکتوم موجود هستند. نقشه هایی که وجود دارند برای حیوانات ساده هستند مانند کرم ها یا سرپیچ های دریایی که چند صد نورون دارند. برای نقشه برداری مغز ها به تجهیزات گران قیمتی احتیاج دارید مانند میکروسکوپ های الکترونی قدرتمند برای تصویربرداری از سیناپس های کوچک بین نورون ها که هر کدام تقریبا 10 میلیاردم متر هستند. سیناپس ها اتصالاتی هستند که در آن نورون ها با یکدیگر ارتباط برقرار می نمایند. حتی برای مغز های ساده بازسازی راه های عصبی، سیناپس ها و نورون ها سال ها به طول می انجامد.

در مطالعه ای که نتیجه آن به تازگی در نشریه ساینس منتشر شد نقشه برداری از مغز لارو مگس میوه (Drosophila melanogaster) با 3016 نورون و بیش از نیم میلیون مکان سیناپسی انجام شد.

این حشرات به طرز شگفت آوری پیچیده هستند. لارو های مگس میوه می توانند درد را احساس نمایند، خاطرات خوب و بد ایجاد نمایند و در یک تیم با همسایگان خود برای جستجوی علوفه کار نمایند.

اولین چیزی که پژوهش شد آن بود که نورون های مگس میوه نه به یک بلکه به چهار روش مختلف با یکدیگر ارتباط برقرار می نمایند.

دانشمندان معتقد بودند راه اصلی ارتباط نورون ها با یکدیگر استفاده از کابل آن (آکسون) برای ارسال انتقال دهنده های عصبی (پیغام رسان های شیمیایی) به دندریت یک نورون دیگر است. دندریت ها زائده هایی هستند که برای دریافت سیگنال از سلول های دیگر طراحی شده اند. با این وجود، این تنها برای نیمی از اتصالات در مغز لارو مگس میوه صدق می کرد. گاهی اوقات نورون های مگس میوه از آکسون به آکسون، دندریت به دندریت یا دندریت به آکسون پیغام می فرستند.

پژوهشگران از این نوع ارتباطات مطلع بودند، اما اطلاعات کمی در خصوص آن یا تعداد آن وجود داشت. تیم انجام نماینده پژوهش اخیر از تعداد زیاد ارتباطاتی که تقریبا نیمی از اتصالات مغز را تشکیل می داد شوکه شد. ارتباطات به نورون ها اجازه دادند به روش هایی که پیش تر در نظر نمی گرفتیم به یکدیگر متصل شوند. برای مثال، با ترکیب چندین نوع اتصال به طور همزمان.

از آنجایی که نورون های زیادی وجود دارد سخت است که مغز را به عنوان یک توده نورون های به هم پیوسته در نظر بگیریم. بنابراین، دانشمندان علوم اعصاب با گروه بندی انواع سلولی مشابه همه چیز را ساده می نمایند. هر نورون شکل و نقش منحصر به فردی در مغز دارد که اساسا می توان از آن تحت عنوان اثر انگشت آن نورون یاد کرد. با این وجود، در خصوص چگونگی تعریف این نوع سلول ها اتفاق نظر وجود ندارد.

پژوهشگران در پژوهش تازه اجرا شده به طور تصادفی با روش جدیدی برای تجزیه ساختار مغز به ساده ترین شکل آن با استفاده از ارتباطات بین نورون ها برخورد کردند.

آنان 93 نوع سلول را در سراسر مغز لارو مگس میوه پیدا کردند. نورون های درون هر یک از این گروه ها اشکال مشابهی و نقش های مشابهی در مغز داشتند. برای مثال، اطلاعات بصری را از چشم دریافت می کردند.

در مرحله بعد ما بر روی هسته مغز با جزئیات بیش تر تمرکز کردیم. ما الگوریتمی ایجاد کردیم که سیگنال ها را در سراسر مغز ردیابی می نماید. دانشمندان فکر می کردند نورون های مختلف به حواس مختلف اختصاص داده شده اند و این سیگنال ها بعدا با هم جمع شدند. با این وجود، با استفاده از الگوریتم خود اغلب نورون ها چند وظیفه ای تشخیص داده شدند که بسته به نشانه های حسی خاصی که لارو مگس میوه تجربه می نماید نقش های مختلفی را انجام می دهند. نورون هایی که صرفا یک سیگنال حسی را پردازش می کردند نادر بودند.

الگوریتم ها و مغز ها

مغز لارو مگس میوه شباهت های شگفت انگیزی با هوش مصنوعی نشان داد. مسیر های مغز مانند ResNets (شبکه های عصبی مصنوعی که به شبکه های عمیق اجازه می دهند تا وظایف را بهتر یاد بگیرند) روی هم قرار می گرفتند و به آن اجازه می داد تا قدرت بیش تری داشته باشد. بسیاری از مسیر های مغزی حاوی حلقه بودند. این امر به ویژه در مرکز یادگیری و حافظه نشان داده شد که شاید مانند یک شبکه عصبی مکرر (شبکه های عصبی مصنوعی با اتصالات حلقه ای) عمل می نماید.

با این وجود، حتی مغز های ساده هم می توانند بسیاری از وظایف را به خوبی انجام دهند در حالی که هوش مصنوعی صرفا می تواند یک کار را به خوبی انجام دهد. به علاوه مغز ها بسیار کارآمدتر هستند و انرژی بسیار کمتری نسبت به هوش مصنوعی مصرف می نمایند.

اگر یک مغز انرژی کافی برای روشن کردن یک لامپ برای حل یک مشکل مصرف کند هوش مصنوعی ممکن است به انرژی مورد احتیاج برای ساختن و رانندگی 5 اتومبیل در طول 193121 کیلومتر برای کشف همان معما احتیاج داشته باشد.

هوش مصنوعی با پیشرفت های مانند چت جی پی تی رایج تر می گردد. این فناوری به طور فزاینده ای گرسنه انرژی می گردد و از ظرفیت بالقوه بدتر کردن بحران آب و هوایی نیز برخوردار است. یادگیری این که چگونه مغز می تواند مسائل پیچیده را با حداقل مصرف انرژی حل نماید برای کاهش ردپای کربن هوش مصنوعی لازم است.

مطالعه تازه انجام شده نقطه عطفی در درک ساختار های مغز است. از آنجایی که مگس های میوه ژن های بسیاری را با انسان ها به اشتراک می گذارند نقشه مغزی لارو مگس میوه تازه ایجاد شده ممکن است به دانشمندان یاری کند تا یاد بگیرند که چگونه جهش های عامل بیماری سیم کشی مغز را در شرایط عصبی مانند اختلالات طیف اوتیسم و اسکیزوفرنی تغییر می دهند. با در دست داشتن نقشه مغز پاسخ به سوالات مربوط به عملکرد و اختلال عملکرد مغز در دسترس است. تنها کاری که باید انجام دهیم این است که به کاوش ادامه دهیم.