تطوير نموذج رقمي للدماغ يحاكي الاستجابة البصرية للفئران ويكشف أسرار الخلايا العصبية

أعلن باحثون في كلية الطب بجامعة ستانفورد عن تطوير نموذج رقمي يحاكي جزءًا من دماغ الفأر باستخدام الذكاء الاصطناعي، حيث يركز هذا النموذج على القشرة البصرية التي تعالج المعلومات القادمة من العين، ويمثل هذا التقدم خطوة جديدة نحو فهم أعمق لوظائف الدماغ عبر أدوات محاكاة تشبه تلك التي يستخدمها الطيارون لتدريبهم في بيئات آمنة.

بيانات حقيقية

اعتمد العلماء على تسجيلات واقعية من نشاط دماغ الفئران أثناء مشاهدتها لمقاطع فيديو حقيقية، وجرى تدريب النموذج على هذه البيانات حتى أصبح قادرًا على التنبؤ بردود أفعال آلاف الخلايا العصبية تجاه محفزات لم يسبق رؤيتها، ويمثل ذلك نقلة مهمة مقارنة بالنماذج السابقة التي كانت تتقيد بالأنماط التي تدربت عليها فقط.

أساس مرن

ينتمي هذا النموذج إلى فئة "النماذج الأساسية" التي يمكنها التعلّم من بيانات ضخمة وتعميم ما تعلمته على سيناريوهات غير مألوفة، ويشير الباحث Andreas Tolias إلى أن هذه القدرة على التعميم تمثل جوهر الذكاء، وهي أيضًا المفتاح لفهم وظائف الدماغ بطريقة يمكن اختبارها وتكرارها علميًا.

اختبارات مكثفة

خلال التجارب، راقب الباحثون نشاط الخلايا العصبية في دماغ ثمانية فئران وهي تشاهد مقاطع تحتوي على حركة مكثفة من أفلام مثل Mad Max، وتم جمع أكثر من 900 دقيقة من البيانات المرتبطة بنشاط الدماغ وسلوك الفئران وحركة أعينها، واستخدمت هذه البيانات لبناء نموذج يمكن تخصيصه لاحقًا ليناسب أي فأر جديد بإجراءات تدريبية بسيطة.

تحليل معمق

النتائج أظهرت دقة غير مسبوقة في محاكاة الاستجابة العصبية للمحفزات البصرية، سواء كانت صورًا أو فيديوهات، وتمكّن النموذج من استنتاج خصائص داخلية لكل خلية عصبية، بما يشمل شكلها ونوعها والروابط التي تشكلها، وتم التحقق من صحة هذه التنبؤات باستخدام صور ميكروسكوبية إلكترونية دقيقة لدماغ الفأر نفسه ضمن مشروع علمي موازٍ.

إمكانات مستقبلية

يمكّن التوأم الرقمي العلماء من تجاوز قيود الزمن والتكرار البيولوجي، حيث يمكنهم إجراء آلاف التجارب في وقت قصير ودون الحاجة لاستخدام فئران جديدة، ويفتح هذا النموذج آفاقًا جديدة لتسريع الأبحاث المتعلقة بكيفية عمل الخلايا العصبية وكيف تتعاون في معالجة المعلومات.

نتائج جديدة

في دراسة موازية نُشرت أيضًا في مجلة Nature، استخدم الباحثون النموذج الرقمي لفهم كيفية تكوين الروابط بين الخلايا العصبية، ووجدوا أن الخلايا تفضل الارتباط بتلك التي تستجيب لنفس المحفز، مثل اللون، بدلًا من تلك الموجودة في الموقع نفسه، وهو ما يشبه اختيار الأصدقاء بناء على الاهتمامات وليس الموقع، بحسب وصف Tolias، ويمثل هذا التوجه اكتشافًا جديدًا حول كيفية تنظيم الدماغ لنشاطه.

خطط توسعية

يخطط الفريق لتوسيع نطاق النماذج الرقمية لتشمل مناطق إضافية من الدماغ وأنواعًا أخرى من الحيوانات، ويمثل ذلك توجهًا نحو بناء نسخ رقمية لأجزاء من دماغ الإنسان في المستقبل، ويؤكد Tolias أن ما تم الوصول إليه حتى الآن ليس سوى بداية في مسار طويل من الفهم العلمي الدقيق للدماغ.