فائدة الذاكرة ترشد الدماغ إلى المكان الذي يحفظها فيه | مجلة كوانتا

الذاكرة لا تمثل لغزًا علميًا واحدًا؛ انها كثيرة منهم. لقد توصل علماء الأعصاب وعلماء النفس إلى التعرف على أنواع مختلفة من الذاكرة التي تتواجد في دماغنا: الذكريات العرضية للتجارب الماضية، والذكريات الدلالية للحقائق، والذكريات القصيرة والطويلة الأجل، والمزيد. غالبًا ما تكون لها خصائص مختلفة ويبدو أنها موجودة في أجزاء مختلفة من الدماغ. لكن لم يكن من الواضح أبدًا ما هي سمة الذاكرة التي تحدد كيفية أو سبب تصنيفها بهذه الطريقة.

الآن، تقترح نظرية جديدة مدعومة بتجارب تستخدم الشبكات العصبية الاصطناعية أن الدماغ ربما يقوم بفرز الذكريات من خلال تقييم مدى احتمالية أن تكون مفيدة كدليل في المستقبل. على وجه الخصوص، تشير إلى أن العديد من ذكريات الأشياء التي يمكن التنبؤ بها، بدءًا من الحقائق إلى التجارب المتكررة المفيدة - مثل ما تأكله بانتظام على الإفطار أو المشي إلى العمل - يتم حفظها في القشرة المخية الحديثة للدماغ، حيث يمكن أن تساهم في تعميمات حول العالم. الذكريات التي من غير المرجح أن تكون مفيدة - مثل مذاق ذلك المشروب الفريد الذي تناولته في تلك الحفلة - يتم الاحتفاظ بها في بنك الذاكرة على شكل فرس البحر والذي يسمى الحصين. إن فصل الذكريات بهذه الطريقة على أساس فائدتها وقابليتها للتعميم قد يؤدي إلى تحسين موثوقية الذكريات لمساعدتنا في التنقل في المواقف الجديدة.

مؤلفو النظرية الجديدة هم علماء الأعصاب وينان صن و جيمس فيتزجيرالد من مجمع أبحاث جانيليا التابع لمعهد هوارد هيوز الطبي، أندرو ساكس من جامعة كوليدج لندن، وزملاؤهم - وصفوها في ورقة حديثة in طبيعة علم الأعصاب. إنه يحدّث ويوسع الفكرة الراسخة القائلة بأن الدماغ لديه نظامان تعليميان متكاملان ومترابطان: الحصين، الذي يشفر المعلومات الجديدة بسرعة، والقشرة المخية الحديثة، التي تدمجها تدريجياً للتخزين على المدى الطويل.

جيمس مكليلاند، عالم الأعصاب الإدراكي في جامعة ستانفورد والذي كان رائدًا في فكرة أنظمة التعلم التكميلية في الذاكرة ولكنه لم يكن جزءًا من الدراسة الجديدة، لاحظ أنها "تعالج جوانب التعميم" التي لم تفكر فيها مجموعته عندما اقترحوا النظرية في الدراسة الجديدة. منتصف التسعينيات.

لقد أدرك العلماء أن تكوين الذاكرة هو عملية متعددة المراحل منذ أوائل الخمسينيات على الأقل، ويرجع ذلك جزئيًا إلى دراستهم لمريض يُدعى هنري مولايسون - المعروف منذ عقود في الأدبيات العلمية باسم HM فقط، لأنه كان يعاني من نوبات لا يمكن السيطرة عليها نشأت في الحصين لديه. وقد عالجه الجراحون بإزالة معظم بنية الدماغ تلك. بعد ذلك، بدا المريض طبيعيًا تمامًا في معظم النواحي: كانت مفرداته سليمة؛ احتفظ بذكريات طفولته وتذكر تفاصيل أخرى من حياته قبل الجراحة. ومع ذلك، كان ينسى دائمًا الممرضة التي تعتني به. خلال العقد الذي اهتمت به، كان عليها أن تقدم نفسها من جديد كل صباح. لقد فقد تمامًا القدرة على خلق ذكريات جديدة طويلة الأمد.

ساعدت أعراض مولايسون العلماء على اكتشاف أن الذكريات الجديدة تشكلت أولاً في الحصين ثم انتقلت تدريجياً إلى القشرة المخية الحديثة. لفترة من الوقت، كان من المفترض على نطاق واسع أن هذا حدث لجميع الذكريات المستمرة. ومع ذلك، بمجرد أن بدأ الباحثون في رؤية أ عدد متزايد ومن أمثلة الذكريات التي ظلت معتمدة على الحُصين على المدى الطويل، أصبح من الواضح أن شيئًا آخر كان يحدث.

لفهم السبب وراء هذا الشذوذ، تحول مؤلفو الورقة الجديدة إلى الشبكات العصبية الاصطناعية، لأن وظيفة الملايين من الخلايا العصبية المتشابكة في الدماغ معقدة بشكل لا يسبر غوره. وقال ساكس إن هذه الشبكات هي "تجسيد تقريبي للخلايا العصبية البيولوجية" ولكنها أبسط بكثير من الشبكة الحقيقية. مثل الخلايا العصبية الحية، لديها طبقات من العقد التي تتلقى البيانات، وتعالجها، ثم توفر مخرجات مرجحة لطبقات أخرى من الشبكة. مثلما تؤثر الخلايا العصبية على بعضها البعض من خلال نقاط الاشتباك العصبي الخاصة بها، تقوم العقد في الشبكات العصبية الاصطناعية بضبط مستويات نشاطها بناءً على مدخلات من العقد الأخرى.

قام الفريق بربط ثلاث شبكات عصبية بوظائف مختلفة لتطوير إطار حسابي أطلقوا عليه اسم نموذج المعلم والكمبيوتر المحمول والطالب. تمثل شبكة المعلمين البيئة التي قد يجد الكائن نفسه فيها؛ قدمت مدخلات من الخبرة. تمثل شبكة الدفاتر الحصين، حيث تقوم بسرعة بتشفير جميع تفاصيل كل تجربة يقدمها المعلم. تدربت شبكة الطلاب على الأنماط من المعلم من خلال الرجوع إلى ما تم تسجيله في الدفتر. قال فيتزجيرالد: "الهدف من نموذج الطالب هو العثور على الخلايا العصبية - العقد - وتعلم الروابط التي تصف كيف يمكنها تجديد نمط نشاطها".

أدت عمليات الإعادة المتكررة للذكريات من شبكة الكمبيوتر المحمول إلى جر شبكة الطلاب إلى نمط عام من خلال تصحيح الأخطاء. لكن الباحثين لاحظوا أيضًا استثناءً لهذه القاعدة: إذا تم تدريب الطالب على عدد كبير جدًا من الذكريات غير المتوقعة - إشارات صاخبة انحرفت كثيرًا عن الباقي - فقد أدى ذلك إلى تدهور قدرة الطالب على تعلم النمط المعمم.

وقال صن: "من وجهة نظر منطقية، فإن هذا أمر منطقي للغاية". وأوضح تخيل أنك تتلقى الطرود في منزلك: إذا كانت الحزمة تحتوي على شيء مفيد للمستقبل، "مثل أكواب القهوة والأطباق"، فمن المعقول أن تحضرها إلى منزلك وتحتفظ بها هناك بشكل دائم. ولكن إذا كانت الحزمة تحتوي على زي سبايدر مان لحفلة الهالوين أو كتيب للبيع، فلا داعي لفوضى المنزل به. يمكن تخزين هذه العناصر بشكل منفصل أو التخلص منها.

توفر الدراسة تقاربًا مثيرًا للاهتمام بين الأنظمة المستخدمة في الذكاء الاصطناعي وتلك المستخدمة في نمذجة الدماغ. وقال ساكس إن هذا مثال حيث "أعطت نظرية تلك الأنظمة الاصطناعية بعض الأفكار المفاهيمية الجديدة للتفكير في الذكريات في الدماغ".

هناك أوجه تشابه، على سبيل المثال، مع كيفية عمل أنظمة التعرف على الوجه المحوسبة. وقد يبدأون بمطالبة المستخدمين بتحميل صور عالية الوضوح لأنفسهم من زوايا مختلفة. يمكن للاتصالات داخل الشبكة العصبية أن تجمع معًا تصورًا عامًا لما يبدو عليه الوجه من زوايا مختلفة وبتعبيرات مختلفة. ولكن إذا قمت بتحميل صورة "تحتوي على وجه صديقك، فلن يتمكن النظام من تحديد رسم الوجه المتوقع بين الاثنين"، كما قال فيتزجيرالد. فهو يضر بالتعميم ويجعل النظام أقل دقة في التعرف على الوجه الطبيعي.

تعمل هذه الصور على تنشيط خلايا عصبية محددة، ثم يتدفق النشاط عبر الشبكة، ويضبط أوزان الاتصال. مع المزيد من الصور، يقوم النموذج بضبط أوزان الاتصال بين العقد لتقليل أخطاء الإخراج.

ولكن لمجرد أن التجربة غير عادية ولا تتناسب مع التعميم، فهذا لا يعني أنه يجب التخلص منها ونسيانها. على العكس من ذلك، قد يكون من المهم للغاية تذكر التجارب الاستثنائية. ويبدو أن هذا هو السبب وراء قيام الدماغ بفرز ذكرياته إلى فئات مختلفة يتم تخزينها بشكل منفصل، حيث يتم استخدام القشرة المخية الحديثة للتعميمات الموثوقة والحصين للاستثناءات.

وقال ماكليلاند إن هذا النوع من الأبحاث يزيد الوعي حول "قابلية الخطأ في الذاكرة البشرية". الذاكرة مورد محدود، وكان على علم الأحياء أن يتنازل من أجل تحقيق أفضل استفادة من الموارد المحدودة. وحتى الحصين لا يحتوي على سجل مثالي للتجارب. في كل مرة يتم فيها استدعاء تجربة ما، تحدث تغييرات في أوزان الاتصال بالشبكة، مما يؤدي إلى زيادة متوسط ​​عناصر الذاكرة. وقال إنه يثير تساؤلات حول الظروف التي "يمكن فيها حماية شهادة شهود العيان من التحيز والتأثير من الهجمات المتكررة للاستفسارات".

قد يقدم النموذج أيضًا رؤى حول أسئلة أكثر جوهرية. "كيف نبني معرفة موثوقة ونتخذ قرارات مستنيرة؟" قال جيمس أنتوني، عالم أعصاب في جامعة ولاية كاليفورنيا بوليتكنيك ولم يشارك في الدراسة. إنه يوضح أهمية تقييم الذكريات لإجراء تنبؤات موثوقة - فالكثير من البيانات الصاخبة أو المعلومات غير الموثوقة قد تكون غير مناسبة لتدريب البشر كما هي مناسبة لتدريب نماذج الذكاء الاصطناعي.