دانشمندان استنفورد با استفاده از هوش مصنوعی یک «دوقلوی دیجیتال» مغز موش ایجاد کردند

شبیه‌سازی مغز موش با دقت بالا

این دوقلوی دیجیتال بر اساس مجموعه‌داده‌های گسترده‌ای از فعالیت عصبی موش‌ها هنگام تماشای کلیپ‌های فیلم آموزش دیده است. آندریاس تولیاس، استاد چشم‌پزشکی استنفورد و نویسنده ارشد مطالعه منتشرشده در ۱۰ آوریل در Nature، تاکید کرد: «اگر مدلی از مغز بسازید که بسیار دقیق باشد، می‌توانید آزمایش‌های بیشتری انجام دهید و تنها موارد امیدوارکننده را در مغز واقعی آزمایش کنید.»
 

پیشرفت نسبت به مدل‌های قبلی

برخلاف مدل‌های قدیمی‌تر که تنها به محرک‌های آموزشی پاسخ می‌دادند، این مدل جدید قادر به پیش‌بینی واکنش نورون‌ها به طیف وسیعی از محرک‌های بینایی جدید است و حتی می‌تواند ویژگی‌های آناتومیک نورون‌ها را استنتاج کند. این مدل از دسته «مدل‌های پایه» است که توانایی یادگیری از داده‌های حجیم و تعمیم به وظایف جدید را دارد.
 

آموزش با فیلم‌های اکشن

برای آموزش مدل، فعالیت مغزی موش‌ها هنگام تماشای فیلم‌های اکشن مانند مَد مَکس ثبت شد. تولیاس توضیح داد: «بینایی موش‌ها وضوح پایینی دارد و بیشتر به حرکت حساس است، بنابراین فیلم‌های پرتحرک برای فعال‌کردن سیستم بینایی آنها ایده‌آل بودند». داده‌های ۹۰۰ دقیقه‌ای ثبت‌شده از هشت موش، پایه آموزش مدل اصلی را تشکیل داد.
 

پیش‌بینی‌های دقیق و کاربردهای آینده

دوقلوهای دیجیتال ایجادشده توانستند فعالیت عصبی موش‌های واقعی را در پاسخ به محرک‌های جدید با دقت بالا شبیه‌سازی کنند. جالب توجه اینکه این مدل‌ها قادر به پیش‌بینی مکان آناتومیک، نوع سلول و اتصالات هزاران نورون در قشر بینایی بودند که با تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی تأیید شد.
 

گشایش جعبه سیاه مغز

با وجود دوقلوهای دیجیتال، محققان می‌توانند آزمایش‌های نامحدودی را روی مدل‌های مجازی انجام دهند که فرآیند تحقیق را تسریع می‌کند. این مدل‌ها اخیراً نشان دادند نورون‌ها ترجیح می‌دهند با نورون‌های پاسخ‌دهنده به محرک مشابه (مانند رنگ آبی) ارتباط برقرار کنند، نه نورون‌های هم‌مکان.
 

چشم‌انداز آینده

تولیاس اعلام کرد: «هدف نهایی ساخت دوقلوهای دیجیتال برای بخش‌هایی از مغز انسان است. این فقط نوک کوه یخ است». تیم تحقیقاتی قصد دارد این مدل‌سازی را به سایر مناطق مغزی و پستانداران با قابلیت‌های شناختی پیشرفته‌تر گسترش دهد.

این مطالعه با مشارکت محققانی از دانشگاه گوتینگن و موسسه آلن برای علوم مغزی انجام شده و توسط سازمان‌هایی مانند بنیاد ملی علوم و مؤسسات ملی سلامت آمریکا تأمین مالی شده است.