العلماء ترجموا إشارات الدماغ إلى أفلام بدقة مذهلة

تم استخدام نشاط دماغ الفأر لإعادة إنشاء مقاطع فيديو مدتها 10 ثوانٍ، مما يوفر طريقة جديدة لدراسة كيفية تمثيل الرؤية في الدماغ.

العلماء بقيادة كلية لندن الجامعية (UCL) أعادوا بناء مقاطع الفيديو باستخدام نشاط الدماغ المسجل من الفئران فقط، مما سمح لهم بإعادة إنشاء ما كانت تراه الحيوانات.

النتائج التي نشرت في eLifeيمكن أن يساعد الباحثين على فهم أفضل لكيفية تعامل الدماغ مع المعلومات المرئية وقد يقدم طرقًا جديدة لدراسة مدى الاختلاف صِنف تجربة العالم من حولهم.

في السنوات الأخيرة، أصبح العلماء مهتمين بشكل متزايد بكيفية فهم الدماغ البشري للإشارات القادمة من العين. وقد عرض الباحثون الصور والأفلام على الناس في الرنين المغناطيسي الوظيفي وقد حاولت الماسحات الضوئية فك تشفير المعلومات المرئية في الدماغ وصولاً إلى مستوى البكسل.

يتبع العمل الجديد نفس الهدف العام، ولكنه يستخدم تسجيلات خلية واحدة في الفئران بدلاً من ذلك. يمكن أن يوفر هذا النهج رؤية أكثر تفصيلاً لكيفية تمثيل الدماغ للمشاهد المرئية. وباستخدام نشاط القشرة البصرية وحدها، تمكن الفريق من إنتاج عمليات إعادة بناء عالية الجودة لمقاطع الفيديو التي شاهدتها الفئران.

قال المؤلف الرئيسي الدكتور جويل باور (مركز سينسبري ويلكوم في كلية لندن الجامعية): “أردنا أن يكون لدينا طريقة أفضل للتحقيق في كيفية تفسير الدماغ لما نراه. الأساليب الحالية لفهم ما تمثله مجموعات معينة من الخلايا العصبية ليست قابلة للتعميم بشكل كبير على المواقف التي لم يتم اختبارها بشكل محدد. ولذا، أردنا تطوير طريقة يمكنها التقاط ما يتم تمثيله في الدماغ ومقارنته بالواقع”.

تقوم الخلايا العصبية بإعادة إنشاء المشاهد البصرية

يمكن أن تساعد هذه الطريقة العلماء على فحص الفجوات بين ما يظهر بالفعل وكيفية تمثيله من قبل الدماغ. قد تكشف هذه الاختلافات مدى تأثير إشارات بصرية معينة على التمثيلات العصبية.

استخدم الدكتور باور وزملاؤه نموذج تشفير عصبي ديناميكي تم تطويره من قبل فريق آخر لمسابقة Sensorium لعام 2023. يتنبأ النموذج بنشاط الخلايا العصبية الفردية (خلايا الدماغ) بناءً على الأفلام المعروضة على الفئران، مع الأخذ في الاعتبار أيضًا حركات الحيوان وقطر حدقة العين.

من خلال العمل مع نفس مجموعة البيانات، قام فريق UCL بتحسين النموذج من خلال مقارنة شيئين: نشاط الخلايا العصبية المتوقع إذا رأى الفأر شاشة فارغة، والنشاط الفعلي للخلايا العصبية (يتم قياسه باستخدام تقنية التصوير المجهري التي تكتشف خلايا الدماغ الفردية التي تنشط بناءً على الزيادات الموضعية في مستويات الكالسيوم). سمح ذلك للعلماء بالبدء بفيلم فارغ وضبط وحدات البكسل الخاصة به تدريجيًا من خلال خوارزمية حتى يتطابق الفيديو الناتج بشكل وثيق مع الفيديو المعروض على الفأرة.

المزيد من الخلايا تحسن التفاصيل

وبعد تدريب النموذج، تمكن الباحثون من إعادة بناء فيلم مدته 10 ثوانٍ من النشاط العصبي للفأر وحده. تم تسجيل نشاط الدماغ أثناء مشاهدة الفأر لمقطع فيديو لم يتم استخدامه لتدريب النموذج.

وأضاف الدكتور باور: “باستخدام هذا النهج، تمكنا من تحقيق إعادة بناء عالية الجودة لمقاطع فيديو مدتها 10 ثوانٍ. دقة تحسنت عمليات إعادة البناء من خلال إدراج بيانات من المزيد من الخلايا العصبية الفردية، مما يدل على أهمية البيانات العصبية الشاملة.

لقياس مدى مطابقة عمليات إعادة البناء للنسخ الأصلية، استخدم الفريق ارتباط البكسل، ومقارنة كل بكسل في الفيلم الأصلي بالبكسل المقابل في النسخة المعاد بناؤها. أظهر توقيت مقطعي الفيديو اختلافات طفيفة فقط. ويخطط الباحثون الآن لتحسين كل من الدقة والتغطية المرئية لعمليات إعادة البناء من خلال جمع البيانات التي يمكن أن تدعم عمليات إعادة بناء أكثر وضوحًا وأوسع للمشهد البصري.

التصور يختلف عن الواقع

ويعتزم الفريق الآن استخدام هذه التقنية لمعرفة المزيد حول كيفية معالجة الدماغ للمعلومات البصرية. وعلى وجه الخصوص، يريدون أن يفهموا سبب اختلاف التمثيل البصري للدماغ عما هو موجود أمام العينين مباشرة.

واختتم الدكتور باور قائلاً: “ليس لدينا تمثيل مثالي للعالم في رؤوسنا. إن خط المعالجة البصرية يشوه تمثيلنا ويشوهه بطريقة تعدل المعلومات. هذا الانحراف بين الواقع والتمثيلات في الدماغ ليس بالضرورة خطأً ولكنه ميزة تعكس كيفية تفسير عقولنا للمعلومات الحسية وزيادتها. نريد استكشاف كيف يحدث هذا في الدماغ”.

المرجع: “إعادة بناء الفيلم من نشاط القشرة البصرية للماوس” بقلم جويل باور وتروي دبليو مارجري وكلوديا كلوباث، 10 مارس 2026، eLife.
دوى: 10.7554/eLife.105081

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.