شبیه سازی سیستم بینایی با یاری شبکه های عصبی عمیق - سفر به مالزی

به گزارش خبرنگاران و به نقل از ساینس دیلی، باز کردن فوری چشم ها می تواند به داشتن درک بصری در خصوص دنیا یاری کند. شاید این فرآیند در نگاه نخست ساده به نظر برسد اما در حقیقت، با پیچیدگی هایی همراه است. وظیفه بنیادین مغز در دیدن، بازسازی اطلاعات مربوط به دنیا اطراف با یاری نور و سپس بازگرداندن آنها به چشم است. از آنجا که این فرآیند با پیچیدگی هایی همراه است، نورون های مغز نیز با روش های پیچیده ای نسبت به تصاویر واکنش نشان می دهند.

روش های آزمایشی برای معین کردن واکنش نورون ها نسبت به تصاویر، تاحدودی چالش برانگیز هستند زیرا تعداد این تصاویر، نامحدود است. در گذشته این باور وجود داشت که محرک هایی در مغز، به داشتن بینش اصلی یاری می نمایند.

پژوهشگران کالج پزشکی بیلور(BCM) آمریکا و دانشگاه توبینگن(University of Tübingen) آلمان، یک روش محاسباتی جدید ابداع نموده اند که می تواند به یافتن این محرک ها سرعت بدهد. آنها انواعی از شبکه های مصنوعی عصبی ساخته اند که می توانند واکنش نورون های مغز را نسب به محرک بصری، با دقت پیش بینی نمایند. این شبکه های عصبی قادر هستند مانند یک آواتار مجازی عمل نمایند که برای تقسیم مکانیسم های عصبی به کار می روند. آنها عملکرد این شبکه ها را با ایجاد تصاویر جدیدی نشان دادند که واکنش نورون های خاص را به دقت معین می کردند.

دکتر آندریاس تولیاس(Andreas Tolias)، استاد علوم اعصاب کالج پزشکی بیلور و از نویسندگان این پژوهش گفت: هدف ما این بود تا نحوه عملکرد سیستم بینایی را درک کنیم. ما این پژوهش را با ابداع یک شبکه هوش مصنوعی انجام دادیم که فعالیت نورونی را هنگام نگاه کردن یک حیوان به تصاویر پیش بینی می کرد. در صورتی که بتوانیم چنین آواتاری را از سیستم بینایی بسازیم، امکان انجام دادن آزمایش های نامحدود روی آن فراهم خواهد شد. سپس می توانیم آواتار را روی مغز واقعی انسان ها آزمایش کنیم.

پژوهشگران برای دادن قابلیت درک واکنش نورون ها به شبکه، ابتدا میزان قابل توجهی از فعالیت مغز را ثبت کردند. دکتر ادگار واکر(Edgar Walker)، پژوهشگر دانشگاه توبینگن گفت: ما ابتدا حدود 5000 تصویر طبیعی را به موش ها نشان دادیم و فعالیت نورون های مغز آنها را هنگام نگاه کردن به تصاویر ثبت کردیم. سپس، تصاویر و فعالیت های مغزی مرتبط با آنها را برای آموزش یک شبکه عصبی مصنوعی به کار بردیم تا واکنش طبیعی نورون های واقعی را نسبت به محرک بصری شبیه سازی کنیم.

دکتر فابیان سینز (Fabian Sinz)، استادیار علوم اعصاب کالج پزشکی بیلور و از نویسندگان این پژوهش گفت: ما برای آزمایش عملکرد این شبکه در یادگیری و پیش بینی واکنش های نورونی نسبت به تصاویر، تصاویری را به شبکه نشان دادیم که طی فرآیند یادگیری از آنها استفاده نشده بود. شبکه در این آزمایش توانست واکنش های عصبی بیولوژیکی را با دقت بالا پیش بینی کند.

این پژوهش، در مجله Nature Neuroscience به چاپ رسید.