وجد علماء برينستون أن الدماغ يستخدم “كتل معرفية” قابلة لإعادة الاستخدام لخلق سلوكيات جديدة بسرعة.

يستطيع الذكاء الاصطناعي الآن إنتاج مقالات مشهود لها ودعم التشخيص الطبي بدقة مذهلة، ومع ذلك لا تزال العقول البيولوجية تتفوق على الآلات في مجال أساسي واحد: المرونة. يستطيع البشر استيعاب المعلومات الجديدة والتكيف مع المواقف غير المألوفة بجهد قليل جدًا. يستطيع الناس الانتقال إلى برامج جديدة، أو اتباع وصفة لم يجربوها من قبل، أو تعلم قواعد لعبة اكتشفوها للتو، في حين تكافح أنظمة الذكاء الاصطناعي غالبا من أجل التكيف في الوقت الحقيقي والتعلم بفعالية “أثناء التنقل”.

تقدم دراسة جديدة أجراها علماء الأعصاب في جامعة برينستون نظرة ثاقبة حول سبب تفوق الدماغ في هذا النوع من التكيف السريع. ووجد الباحثون أن الدماغ يعتمد بشكل متكرر على نفس “الكتل” المعرفية عند أداء أنواع مختلفة من المهام. ومن خلال إعادة تجميع هذه الكتل بطرق جديدة، يستطيع الدماغ توليد سلوكيات جديدة بسرعة.

قال تيم بوشمان، دكتوراه، كبير مؤلفي الدراسة والمدير المساعد لمعهد برينستون لعلم الأعصاب: “يمكن لنماذج الذكاء الاصطناعي الحديثة أن تصل إلى الأداء البشري، أو حتى فوق البشري، في المهام الفردية. لكنها تكافح من أجل التعلم وأداء العديد من المهام المختلفة”. “لقد وجدنا أن الدماغ مرن لأنه يستطيع إعادة استخدام مكونات الإدراك في العديد من المهام المختلفة. ومن خلال تجميع هذه “القطع المعرفية” معًا، يصبح الدماغ قادرًا على بناء مهام جديدة.”

تم نشر البحث في 26 نوفمبر في المجلة طبيعة.

التركيب: بناء مهارات جديدة من المهارات المألوفة

غالبًا ما يتعلم الأشخاص شيئًا جديدًا من خلال البناء على القدرات ذات الصلة التي لديهم بالفعل. على سبيل المثال، قد يجد الشخص الذي يعرف كيفية صيانة الدراجة أنه من الأسهل القيام بإصلاح الدراجة النارية. يشير العلماء إلى هذه العملية المتمثلة في تجميع مهارات جديدة من المهارات الموجودة الأبسط على أنها عملية تركيبية.

قالت سينا ​​تفضلي، دكتوراه، باحثة ما بعد الدكتوراه في مختبر بوشمان في جامعة برينستون والمؤلفة الرئيسية للدراسة الجديدة: “إذا كنت تعرف بالفعل كيفية خبز الخبز، فيمكنك استخدام هذه القدرة لخبز كعكة دون إعادة تعلم كيفية الخبز من الصفر”. “أنت تعيد استخدام المهارات الموجودة – باستخدام الفرن، وقياس المكونات، وعجن العجين – ودمجها مع مهارات جديدة، مثل خفق الخليط وصنع كريمة الزينة، لإنشاء شيء مختلف تمامًا.”

على الرغم من أن التركيبية تعتبر عنصرًا أساسيًا في المرونة البشرية، إلا أن الأدلة حول كيفية قيام الدماغ بتنفيذها كانت محدودة وغير متسقة في بعض الأحيان.

ولاستكشاف الفكرة عن كثب، قام تافازولي بتدريب اثنين من ذكور قرود المكاك الريسوسي لإكمال ثلاث مهام مترابطة أثناء تسجيل النشاط عبر أدمغتهم.

مقتطف فيديو من مهمة تمييز اللون/الشكل المقدمة للمواضيع في الدراسة. ائتمان: سينا ​​تفضلي (جامعة برينستون)

كيف ساعدت القرود في الكشف عن استراتيجية التعلم في الدماغ

وبدلاً من القيام بمهام واقعية مثل إصلاح المركبات أو الخبز، قامت القرود بتحديات التصنيف البصري. عُرض عليهم نقاط ملونة تشبه البالونات على الشاشة وطُلب منهم تحديد ما إذا كانت كل نقطة تبدو أشبه بالأرنب أو الحرف “T” (تصنيف الشكل) أو ما إذا كانت تبدو حمراء أكثر أو خضراء أكثر (لون التصنيف).

تباينت الصعوبة بشكل كبير من محاكمة إلى أخرى. كانت بعض الصور تشبه إلى حد كبير أرنبًا أو كانت ملونة بشكل واضح باللون الأحمر، بينما كانت صور أخرى غامضة وتتطلب حكمًا أكثر دقة.

للإبلاغ عن قرارهم، قام كل قرد بتحويل نظرته في واحد من الاتجاهات الأربعة. في إحدى المهام، أشارت نظرة سريعة إلى اليسار إلى “الأرنب” ونظرة سريعة إلى اليمين تشير إلى “T”.

كان أحد الجوانب الرئيسية للتصميم التجريبي هو أن كل مهمة لها قواعدها الخاصة ولكنها أيضًا تشترك في المكونات مع المهام الأخرى. تطلبت إحدى مهام الألوان ومهمة الشكل من الحيوانات أن تنظر في نفس الاتجاهات لتسجيل إجاباتها، في حين تضمنت كلتا مهمتي الألوان تصنيف اللون بنفس الطريقة (إما أكثر حمراء أو أكثر خضرة) على الرغم من اختلاف اتجاهات النظر المطلوبة للإبلاغ عن أحكام الألوان هذه.

سمح هذا الهيكل للباحثين بتحديد ما إذا كان الدماغ يعتمد على نفس أنماط النشاط العصبي، أو وحدات البناء المعرفية، عندما تتضمن المهام عناصر متداخلة.

تحتوي قشرة الفص الجبهي على كتل معرفية قابلة لإعادة الاستخدام

عندما فحص تافازولي وبوشمان نشاط الدماغ، وجدوا أن قشرة الفص الجبهي، وهي منطقة تشارك في التفكير عالي المستوى، تحتوي على أنماط متكررة متعددة من النشاط العصبي. ظهرت هذه الأنماط عبر مهام مختلفة عندما كانت الخلايا العصبية تعمل على تحقيق هدف مشترك، مثل تمييز الألوان.

أشار بوشمان إلى هذه الأنماط المشتركة باسم “القطع المعرفية” للدماغ، وهي مجموعة من وحدات البناء التي يمكن تجميعها بطرق مختلفة لإنتاج سلوكيات جديدة.

وقال بوشمان: “أفكر في الكتلة المعرفية مثل وظيفة في برنامج كمبيوتر”. “قد تقوم مجموعة واحدة من الخلايا العصبية بتمييز اللون، ويمكن ربط مخرجاتها بوظيفة أخرى تؤدي إلى إجراء ما. يسمح هذا التنظيم للدماغ بأداء مهمة ما عن طريق تنفيذ كل عنصر من عناصر تلك المهمة بشكل تسلسلي.”

في إحدى المهام المتعلقة بالألوان، على سبيل المثال، قام الدماغ بدمج كتلة تقوم بتقييم اللون مع كتلة أخرى توجه حركات العين في اتجاهات مختلفة. عندما تحولت القرود من تقييم الألوان إلى تحديد الأشكال مع الاستمرار في استخدام حركات مماثلة، قام الدماغ ببساطة بتنشيط الكتلة لمعالجة الشكل جنبًا إلى جنب مع نفس الكتلة لحركة العين.

كان هذا النمط من المشاركة هو الأقوى في قشرة الفص الجبهي، وظهر بشكل أقل بكثير في مناطق الدماغ الأخرى، مما يشير إلى أن التركيبية قد تكون وظيفة متخصصة في قشرة الفص الجبهي.

تهدئة الكتل غير الضرورية يساعد الدماغ على التركيز

اكتشف تافازولي وبوشمان أيضًا أن قشرة الفص الجبهي تقلل من نشاط بعض الكتل المعرفية عندما لا تكون هناك حاجة إليها. من المحتمل أن يساعد هذا الدماغ على التركيز بشكل أكثر فعالية على أي مهمة أكثر أهمية.

وقال تفضلي: “إن قدرة الدماغ على التحكم المعرفي محدودة”. “عليك ضغط بعض قدراتك حتى تتمكن من التركيز على تلك التي تعتبر مهمة حاليًا. التركيز على تصنيف الأشكال، على سبيل المثال، يقلل مؤقتًا من القدرة على تشفير اللون لأن الهدف هو التمييز بين الأشكال، وليس اللون.”

قد يسمح التنشيط الانتقائي وقمع الكتل المعرفية للدماغ بتجنب الحمل الزائد والبقاء متوافقًا مع الهدف المباشر.

ماذا تعني مكعبات الليغو المعرفية بالنسبة للذكاء الاصطناعي وصحة الإنسان

يمكن لهذه القطع المعرفية أن تفسر لماذا يستطيع البشر تعلم مهام جديدة بهذه السرعة. فبدلاً من توليد كل سلوك من الألف إلى الياء، يعيد الدماغ استخدام المكونات الموجودة ويتجنب العمل الزائد عن الحاجة، وهو أمر حالي الذكاء الاصطناعي تفتقر الأنظمة بشكل عام.

”مشكلة كبيرة مع التعلم الآلي قال تفضلي: “إنه تدخل كارثي. عندما تتعلم آلة أو شبكة عصبية شيئًا جديدًا، فإنها تنسى وتستبدل الذكريات السابقة. إذا كانت الشبكة العصبية الاصطناعية تعرف كيفية خبز كعكة ثم تعلمت بعد ذلك كيفية خبز الكعك، فسوف تنسى كيفية خبز الكعكة.

قد يساعد دمج التركيبية في الذكاء الاصطناعي في إنشاء أنظمة قادرة على إضافة مهارات جديدة مع الاحتفاظ بالمهارات القديمة.

قد يقدم هذا الفهم أيضًا رؤى لعلاج الاضطرابات العصبية والنفسية. يمكن لحالات مثل الفصام، واضطراب الوسواس القهري، وأنواع معينة من إصابات الدماغ أن تجعل من الصعب على الأشخاص تطبيق المهارات المألوفة في سياقات جديدة. قد تنشأ هذه التحديات من اضطرابات في قدرة الدماغ على الجمع بين وحدات البناء المعرفية وإعادة استخدامها.

قال تفضلي: “تخيل أن تكون قادرًا على مساعدة الناس على استعادة القدرة على تغيير الاستراتيجيات، أو تعلم إجراءات جديدة، أو التكيف مع التغيير”. “على المدى الطويل، فإن فهم كيفية إعادة استخدام الدماغ للمعرفة وإعادة تجميعها يمكن أن يساعدنا في تصميم علاجات تستعيد تلك العملية.”

المرجع: “بناء المهام التركيبية مع الفضاءات الفرعية العصبية المشتركة” بقلم سينينا تافازولي، فلورا م. بوشاكور، عادل أردانان، نيكولا ت. ماركاف، موتوكي أوشيمورا، مارسيلو ج. مطر، ناثانيال د. داو وتيموثي، 202، طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-025-09805-2

تم توفير التمويل للدراسة من قبل المعاهد الوطنية للصحة (R01MH129492، 5T32MH065214).

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