این که تجربیات ردپای خود را در اتصالات مغز به جا میگذارند مدتی است که شناخته شده است، اما یک مطالعه پیشگام توسط محققان مرکز آلمانی بیماریهای عصبی (DZNE) و دانشگاه فناوری درسدن TUD نشان میدهد که این اثرات واقعاً چقدر عظیم هستند. یافتههای موشها بینش بیسابقهای در مورد پیچیدگی شبکههای عصبی در مقیاس بزرگ و انعطافپذیری مغز ارائه میدهد. علاوه بر این، آنها می توانند راه را برای روش های هوش مصنوعی جدید الهام گرفته از مغز هموار کنند. نتایج، بر اساس فناوری نوآورانه “مغز روی تراشه”، در مجله علمی منتشر شده است. بیوسنسورها و بیوالکترونیک.
محققان درسدن این سوال را بررسی کردند که چگونه یک تجربه غنی شده بر مدار مغز تاثیر می گذارد. برای این کار، آنها یک تراشه عصبی با بیش از 4000 الکترود را برای تشخیص فعالیت الکتریکی سلول های مغز مستقر کردند. این پلتفرم نوآورانه امکان ثبت “شلیک” هزاران نورون را به طور همزمان فراهم کرد. منطقه مورد بررسی – بسیار کوچکتر از اندازه ناخن انسان – کل هیپوکامپ موش را پوشانده است. این ساختار مغز که بین انسان ها مشترک است، نقشی اساسی در یادگیری و حافظه ایفا می کند و آن را به هدف اصلی برای آسیب های زوال عقل مانند بیماری آلزایمر تبدیل می کند. برای مطالعه خود، دانشمندان بافت مغز موشهایی را که به شیوهای متفاوت بزرگ شده بودند، مقایسه کردند. در حالی که یک گروه از جوندگان در قفسهای استاندارد رشد میکردند که هیچ محرک خاصی نداشتند، بقیه در یک “محیط غنیشده” که شامل اسباببازیهای قابل تنظیم مجدد و لولههای پلاستیکی ماز مانند بود، نگهداری میشدند.
دکتر هایدر امین، دانشمند ارشد این مطالعه گفت: «نتایج بسیار فراتر از انتظارات ما بود. امین، متخصص نوروالکترونیک و علوم اعصاب nomputational، سرپرست یک گروه تحقیقاتی در DZNE است. او با تیم خود، فناوری و ابزارهای تجزیه و تحلیل مورد استفاده در این مطالعه را توسعه داد. سادهتر، میتوان گفت که نورونهای موشهای محیط غنیشده بسیار بیشتر از نورونهایی که در خانههای استاندارد پرورش داده شدهاند به هم مرتبط بودند. مهم نیست به کدام پارامتر نگاه میکنیم، تجربه غنیتر به معنای واقعی کلمه باعث تقویت اتصالات در شبکههای عصبی میشود. این یافتهها نشان میدهد که پیشرو یک زندگی فعال و متنوع، مغز را بر اساس زمینههای کاملاً جدیدی شکل میدهد.”
بینش بی سابقه در مورد شبکه های مغزی
پروفسور گرد کمپرمن، که این مطالعه را رهبری می کند و روی این سوال کار می کند که چگونه فعالیت فیزیکی و شناختی به مغز کمک می کند تا در برابر پیری و بیماری های عصبی تاب آوری شکل دهد، گواهی می دهد: “تمام آنچه که ما در این زمینه تاکنون می دانستیم این بوده است. برگرفته از مطالعات با تک الکترودها یا تکنیکهای تصویربرداری مانند تصویربرداری رزونانس مغناطیسی. وضوح مکانی و زمانی این تکنیکها بسیار درشتتر از رویکرد ما است. در اینجا ما میتوانیم به معنای واقعی کلمه مدار در حال کار را تا مقیاس تک سلولی ببینیم. ما محاسبات پیشرفته را اعمال کردیم. ابزارهایی برای استخراج حجم عظیمی از جزئیات در مورد پویایی شبکه در فضا و زمان از ضبطهای ما.”
پروفسور کمپرمن، “ما انبوهی از دادهها را کشف کردهایم که مزایای مغز شکلگرفته از تجربه غنی را نشان میدهد. این راه را برای درک نقش شکل پذیری و تشکیل ذخیره در مبارزه با بیماریهای عصبی، به ویژه با توجه به استراتژیهای پیشگیرانه جدید هموار میکند.” او علاوه بر اینکه یک محقق DZNE است، به مرکز درمان های احیا کننده درسدن (CRTD) در TU Dresden نیز وابسته است. “همچنین، این به ارائه بینشی در مورد فرآیندهای بیماری مرتبط با تخریب عصبی، مانند اختلال در عملکرد شبکه های مغزی کمک می کند.”
پتانسیل در رابطه با هوش مصنوعی الهام گرفته از مغز
دکتر امین میگوید: «با کشف چگونگی شکلدهی تجربیات به ارتباط و پویایی مغز، ما نه تنها مرزهای تحقیقات مغز را پیش میبریم». “هوش مصنوعی از نحوه محاسبه اطلاعات توسط مغز الهام گرفته شده است. بنابراین، ابزارهای ما و بینش هایی که به آنها اجازه تولید می دهند می تواند راه را برای الگوریتم های یادگیری ماشینی جدید باز کند.”
منبع:
مرجع مجله:
امری، کارشناسی، و همکاران (2023) حسگر زیستی مبتنی بر CMOS با وضوح بالا برای ارزیابی دینامیک مدار هیپوکامپ در انعطاف پذیری وابسته به تجربه. بیوسنسورها و بیوالکترونیک doi.org/10.1016/j.bios.2023.115471.