عندما يتحرك الحيوان عبر بيئة بصرية معقدة، لا يستطيع دماغه تحليل كل التفاصيل على حدة. وبدلاً من ذلك، فإنه يستخرج بسرعة البنية العامة للمشهد – على سبيل المثال، متوسط ​​اتجاه حركة العديد من العناصر. هذه القدرة، المعروفة باسم الإدراك الجماعي، تسمح للشخص بفهم “جوهر” ما يحدث في لمحة واحدة.

اكتشف مركز الذاكرة وعلوم Glion في معهد العلوم الأساسية (IBS) أين وكيف يحدث بالضبط “ضغط بيانات الفيديو” في الدماغ. تم نشر نتائج التجارب على الفئران في العلوم المتقدمة.

وتبين أن الأمر ليس هو نفسه كما هو الحال في الرئيسيات، بما في ذلك البشر، حيث يتم تعيين هذه المهمة الصعبة إلى الفص الصدغي والجداري الأوسط، كما يقول المؤلف المشارك المقابل لي دويون.

ويوضح قائلاً: “في الفئران، يبدأ هذا التحول في القشرة البصرية الأولية. ويبدأ الدماغ في ضغط المعلومات الحسية المعقدة وتحويلها إلى تعميمات إحصائية مفيدة في وقت مبكر جدًا”.

يعالج الدماغ المعلومات المرئية على مراحل ضمن تسلسل هرمي للمناطق. القشرة البصرية الأولية (V1) هي المستوى القشري الأول الذي يستقبل المدخلات من العيون؛ يُعتقد أنه يشفر ميزات بسيطة مثل الحدود أو اتجاه الحركة. في المراحل العليا، تقوم القشرة الجدارية الخلفية (PPC) بدمج هذه المعلومات في تمثيلات أكثر تجريدًا مرتبطة بالإدراك واتخاذ القرار.

ووجد الباحثون أن V1 لا يشفر فقط الاتجاه المتوسط ​​لأنماط الحركة المعقدة، بل أيضًا تباينها، أي درجة الانتشار أو عدم اليقين في الحركة. يتم بعد ذلك نقل هذه المعلومات إلى PPC، حيث يتم إعادة بنائها إلى تمثيلات فئوية أكثر تجريدًا يمكنها توجيه السلوك.

كيف درسوا

تم تدريب الفئران ذات الرأس الثابت على اكتشاف الاتجاه السائد لمجموعة من النقاط المتحركة. لقد تعلم المشاركون بنجاح تجميع ثمانية اتجاهات متوسطة محتملة في فئتين. حتى عندما تباينت حركة النقاط الفردية بشكل كبير، ظلت الحيوانات قادرة على تحديد الاتجاه العام بشكل صحيح، مما يعني أنها لم تسترشد ببعض الإشارات المحلية البارزة، ولكن من خلال ملخص إحصائي حقيقي للمشهد بأكمله.

وأوضح المؤلف الأول للدراسة لي يونغ بيوم: “لقد أظهرنا أن الدماغ لا يعالج المدخلات البصرية المعقدة من خلال تتبع كل عنصر على حدة، بل يستخرج معلومات موجزة مستقرة مثل المتوسط ​​والتباين لتقييم البنية العامة للبيئة بشكل أسرع”.

تم تسجيل نشاط الخلايا العصبية في V1 وPPC باستخدام التصوير المجهري للكالسيوم. تم الكشف عن “تقسيم واضح للعمل” داخل التسلسل الهرمي القشري. في V1، قام النشاط السكاني بترميز كلا من الاتجاه المتوسط ​​للحركة وتباينها. وهذا يعني أن القشرة البصرية الأولية تقوم بالفعل بحساب إحصائيات التعميم، بدلاً من مجرد نقل الإشارات المحلية. في PPC، تحول التمثيل نحو معلومات فئوية أكثر تجريدًا، مما يشير إلى تحول تدريجي للتعميمات الحسية إلى إشارات مهمة سلوكيًا.

لماذا هذا ضروري؟

كانت مفاجأة المجربين هي أن الخلايا العصبية التي يبدو أنها لم تكن مخصصة لهذا الغرض كانت تشارك في المعالجة. وهذا يؤكد استخدام الدماغ الترميز السكاني الموزعمما يجعلها موثوقة ومرنة وفعالة.

ستساعد النتائج في تفسير كيفية استخراج الدماغ بسرعة لبنية ذات معنى من بيئة بصرية معقدة، كما سيكون لها آثار على التطورات المستقبلية في الذكاء الاصطناعي ورؤية الكمبيوتر.