چکیده:
آیا تاکنون این فکر به ذهن شما خطور کرده است که چقدر خوب می‌شد اگر می‌توانستید خوابهایی که می‌بینید را به تصویر بکشید؟ اکنون دانشمندان در حال بررسی الگوها و روشهایی هستند که به کمک آنها می‌توانند آنچه در تصورات شما می‌گذرد را رمزگشایی کرده و به تصویر بکشند.

تعداد کلمات: 1180     /    تخمین زمان مطالعه: 6 دقیقه
مترجم: رزیتا ملکی‌زاده

جَن شوئرمن (Jan Scheuermann) در ویلچر خود بی‌حرکت نشسته است. او می‌تواند صحبت کرده و سر خود را حرکت دهد. اما به دلیل آنکه از ناحیه گردن به پایین فلج است، قادر به کنترل این نواحی از بدنش نیست. با این حال در یکی از روزهای سرد زمستانی سال 2012 با استفاده از ذهن خود یک بازوی رباتیک را به حرکت درآورده و تکه شکلاتی را در دهان خود گذاشت.

مغز بواسطه فعالیت الکتریکی تحریک می‌شود. سلولهای عصبی کوچک موجود در آن (نورون‌ها) کوچکترین جریان را شلیک کرده و بدین ترتیب پیامها را به یکدیگر ارسال می‌کنند.

شلیک گروه‌های نورونی طبق الگوهای خاصی صورت گرفته و بدین ترتیب بدن را کنترل می‌کنند. آنها همچنین تفکرات و احساسات را شکل می‌دهند. پژوهشگران با بررسی این الگوهای انرژی الکتریکی قصد دارند پیامهای کد گذاری شده را کشف و رمزگشایی نمایند. اما به نظر می‌رسد که کار آسانی نباشد. محافظت از مغز نرم برعهده‌ی جمجمه‌‌ای سخت است که همچنین این سیگنالهای الکتریکی را از دسترس خارج می‌سازد.

پزشکان مجبورند که به منظور دریافت واضح‌ترین سیگنالها از نورونها، جمجمه فرد را باز کنند. در نتیجه قادر خواهند بود حسگرهایی را به طور مستقیم در قسمت فوقانی مغز یا حتی درون آن کار گذارند.

این حسگرها برای دانشمندان و مهندسان امکان ذهن خوانی را فراهم می‌سازند. تیم مسئول جَن، سیگنالهای مغز او را با حرکات نوعی بازوی رباتیک هماهنگ ساختند.

حال باید پرسید که آیا دانشمندان می‌توانند از افکار درون ما یعنی کلمات و تصاویری که تنها در تصورات‌مان وجود دارند، اطلاع یابند؟ به عقیده‌ی جک گالانت متخصص علوم اعصاب از دانشگاه کالیفرنیا، این امکان وجود دارد. او اکنون در حال مطالعه بر روی نحوه کار مغز در پردازش تصاویر است.

او می‌گوید: «روزی قادر خواهیم بود خوابها و حرفهای ناگفته و درونی شما را رمزگشایی کنیم». وی عنوان می‌کند که بزرگترین مانع انجام این کار محاسبه دقیق فعالیت مغز است.

بررسی لویس، کِلِرک و هکتور
پزشکان دو حسگر الکتریکی مسطح و کوچک (هریک به اندازه یک دانه برنج) را درون مغز جَن قرار دادند. در سطح هریک از حسگرها یکصد برآمدگی، همچون بستری از میخ دیده می‌شد. این برجستگی‌ها یا نقاط تماس، ضربات و نواهای 30 تا 160 نورون را ثبت می‌کردند.

جَن به افتخار دو کاشف بزرگ اوایل قرن نوزدهم نام این دو ایمپلنت را لویس و کلرک گذاشت.
این حسگر کوچک درون مغز فرد، می‌تواند فعالیت الکتریکی حدود 160 سلول عصبی مجزا را ردیابی نماید. 

سیمهای نازکی این حسگرها را به کلاهکهای فلزی واقع در ناحیه بالای سر جین متصل می‌ساختند. محققان توانستند این کلاهکهای فلزی را به یک سیستم کامپیوتری متصل سازند. این کار به کامپیوتر اجازه داده سیگنالهای دریافت شده از مغز او را بخواند. سپس از این اطلاعات جهت کنترل یک بازوی رباتیک استفاده نماید. سیمهای نازکی این حسگرها را به کلاهکهای فلزی واقع در ناحیه بالای سر جین متصل می‌ساختند.

جَن پیش از انجام این عمل جراحی به مدت 12 سال هیچ یک از اعضای بدن خود را از گردن به پایین حرکت نداده بود. نورونهای مغز او هنوز هم می‌توانستند سیگنالهای الکتریکی حرکتی را تولید کنند. اما به دلیل وجود نوعی بیماری نادر، این سیگنالها به دست‌ها و پاهای او نمی‌رسیدند.
 
 جَن با تمرین زیاد توانست به آن دست که او را هکتور می‌نامید، یاد دهد اشکال هندسی را از جای خود بلند کند. زمانی که او موفق یه یادگیری نحوه کنترل هکتور شد، دیگر این فرایند به صورت اتوماتیک درآمد. او مانند افراد معمولی می‌توانست به چیزی نزدیک شده و ایمپلنها (حسگرهای کاشته شده در مغز) فعالیت مغز او را خوانده و برنامه کامپیوتری پیغامی را به هکتور ارسال کرده و دستوراتی از جمله نحوه حرکت را برای این بازو صادر می‌کرد.
 
این امکان وجود دارد که با گذشت زمان بافت محل زخم، مانند دیواری حسگرها را پنهان سازد. این وضعیت شناسایی فعالیت مغز را برای این حسگرها مشکل می‌سازد. حسگرهای جَن هنوز هم بعد از دو سال سیگنالها را دریافت می‌کردند اما پوست او از اطراف کلاهک‌ها کنار رفته و امکان داشت میکروب به راحتی وارد شده و موجب بروز عفونتی خطرناک شود. بنابراین پزشکان در سال 2014 این حسگرها را خارج ساختند.

رمزگشایی از رؤیاها
جک گالانت قدمهای مهمی در جهت درک نحوه ارائه تصاویر و فیلم‌ها توسط ذهن برداشته است. تیم او از حسگرهای الکتریکی استفاده نمی‌کند. در عوض آنها فعالیت مغز را به وسیله یک اسکنر مورد مطالعه قرار می‌دهند. تکنولوژی که آنها استفاده می‌کنند fMRI (تصویربرداری عملکردی رزونانس مغناطیسی) نام دارد. با استفاده از این روش دیگر نیازی به عمل جراحی نیست. هرچند، اسکنر عملاً امواج سیگنالهای الکتریکی جریان یافته در مغز را دریافت و شناسایی نمی‌کند. در عوض مغناطیس‌هایی، جریان خونی را اندازه گیری می‌کنند که مواد غذایی شیمیایی را به نورونها انتقال می‌دهند. نورونهای شلیک کننده بیشتر مواد غذایی را جذب می‌کنند. بنابراین با نقشه برداری از مکان جریان خون، قسمتهایی که مغز بیشترین فعالیت را دارد مشخص می‌کنند. با استفاده از روش fMRI  دیگر نیازی به عمل جراحی نیست.

پنج سال پیش گالانت و همکارانش به نوبت به مدت چندین ساعت به تماشای فیلم‌های کوتاه نشستند و در همان حال دستگاه fMRI مغز آنها را اسکن می‌نمود. و داده‌های فراوانی از الگوهای فعالیت مغزی فراهم ساخت.

محققان سپس از این داده‌ها استفاده کرده و مدلی کامپیوتری از آن ایجاد نمودند. و بعد مجدداً شروع به تماشای مجموعه فیلم‌های متفاوت دیگری کردند. این مرتبه کامپیوتر مجبور بود که تنها بر مبنای فعالیت مغزی بینندگان، اتفاقات رخ داده در فیلمها را حدس بزند.
تلاش برنامه کامپیوتری در بازسازی فیلم دیده شده با استفاده از الگوهای فعالیت مغز. نتایج حاصله در تصاویر زیرین آورده شده است. تصاویر بالایی صحنه‌هایی از فیلم اصلی می‌باشند.

فیلم‌هایی که کامپیوتر ایجاد نمود به صورت محو و همچنین فاقد صدا بودند. اما به طور حیرت انگیزی شبیه به نسخه اصلی فیلمها بودند. این اولین موفقیت در ذهن خوانی از تصاویر متحرک بود.

دیگر متخصصان علوم اعصاب سعی در رمزگشایی از خواب کرده‌اند. یوکی‌یاسو کامیتانی متخصص علوم اعصاب از دانشگاه کیوتو در ژاپن به همراه تیم خود از سه داوطلب درخواست کرد که درون اسکنر fMRI به خواب روند. به محض آنکه یکی از داوطلبین به خواب می‌رفت، محققان او را بیدار می‌کردند. سپس به سرعت از او می‌پرسیدند که چه خوابی می‌دیده است. یکی از آنها گفت: «کلیدی را در مکانی میان یک صندلی و تخت پنهان کردم و شخصی آن را برداشت».

محققان 200 مورد از این توضیحات را جمع‌آوری کردند. سپس تصاویری از اقلامی که در خواب توصیف کرده بودند مانند کلید، صندلی و تخت را بدست آوردند. آنگاه همان سه داوطلب مجدداً وارد دستگاه اسکنر شده و در حالی که بیدار بودند به این تصاویر نگاه می‌کردند.

اکنون این محققان با استفاده از داده‌ها هر تصویر را به الگوهای مغزی ویژه‌ای مطابقت دادند. با استفاده از این داده‌ها، مدلی کامپیوتری ساخته شد که این الگوها را تشخیص می‌داد.

این مدل از هر 10 تلاش 6 مورد از اشیاء موجود در خوابها را به درستی تشخیص داد. این امر نشان می‌دهد که نورونها تحت الگوهای بسیار مشابه شلیک می‌کنند، خواه فرد کلیدی را در حین بیداری یا تنها در خواب ببیند. بنابراین داده‌های بدست آمده از فرایند مغزی تصاویر واقعی می‌توانند به دانشمندان به رمزگشایی خوابها کمک نمایند.

به گفته گالانت، شاید روزی فرا رسد که بتوانیم آنچه در طول خواب در تصوراتمان می‌گذرد را ضبط کرده آنگاه فیلم‌هایی از آن خوابها را به محض بیدار شدن مجدداً مشاهده کنیم.

برگرفته از سایت sciencenewsforstudents