به عنوان انسان، ما در افکار خود زندگی می کنیم: از فکر کردن به اینکه برای شام چه چیزی درست کنیم تا رویای آخرین تعطیلات ساحلی خود.
اکنون، محققان پردیس تحقیقاتی Janelia در HHMI کشف کرده‌اند که حیوانات نیز دارای تخیل هستند.
تیمی از آزمایشگاه‌های لی و هریس سیستم جدیدی را ایجاد کردند که واقعیت مجازی و رابط مغز و ماشین را برای بررسی افکار درونی موش ترکیب می‌کند.
آنها دریافتند که مانند انسان ها، حیوانات نیز می توانند در مورد مکان ها و اشیایی که در مقابل آنها قرار ندارند فکر کنند و از افکار خود برای تصور راه رفتن به یک مکان خاص یا حرکت دادن یک جسم دور به یک مکان خاص استفاده کنند.
مانند انسان، زمانی که جوندگان مکان ها و رویدادها را تجربه می کنند، الگوهای خاصی از فعالیت عصبی در هیپوکامپ، ناحیه ای از مغز که مسئول حافظه فضایی است، فعال می شود. مطالعه جدید نشان داد که موش‌ها می‌توانند داوطلبانه همین الگوهای فعالیت را ایجاد کنند و این کار را برای یادآوری مکان‌های دورتر از موقعیت فعلی خود انجام دهند.
چونگشی لای، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه‌های هریس و لی و اولین نویسنده مقاله‌ای که یافته‌های جدید را توصیف می‌کند، می‌گوید: «موش واقعاً می‌تواند بازنمایی مکان‌هایی در محیط را بدون راه رفتن در آنجا فعال کند. حتی اگر بدن فیزیکی او ثابت باشد، افکار فضایی او می توانند به مکان های بسیار دور بروند.
این توانایی برای تصور مکان‌هایی دور از موقعیت فعلی، برای به خاطر سپردن رویدادهای گذشته و تصور سناریوهای احتمالی آینده ضروری است. به گفته نویسندگان این مطالعه، کار جدید نشان می دهد که حیوانات نیز مانند انسان ها دارای نوعی تخیل هستند.
«تخیل یکی از کارهای قابل توجهی است که انسان می تواند انجام دهد. آلبرت لی، رهبر سابق گروه در Janelia و اکنون محقق HHMI در مرکز پزشکی Beth Israel Deaconess می‌گوید: اکنون متوجه شده‌ایم که حیوانات نیز می‌توانند این کار را انجام دهند، و ما راهی برای مطالعه آن پیدا کرده‌ایم.
رابط مغز و ماشین جدید
این پروژه نه سال پیش آغاز شد، زمانی که لای به عنوان یک دانش آموز به جانلیا رسید و با این ایده که آیا یک حیوان می تواند فکر کند یا نه. مشاور او، تیم هریس، دستیار ارشد جانلیا، به لی پیشنهاد کرد که به سالن برود تا با لی که آزمایشگاهش سوالات مشابهی داشت صحبت کند.
آزمایشگاه‌ها با هم کار کردند تا سیستمی را برای درک اینکه حیوانات به چه فکر می‌کنند توسعه دهند – یک «آشکارساز افکار» در زمان واقعی که می‌تواند فعالیت عصبی را اندازه‌گیری کند و معنای آن را ترجمه کند.
این سیستم از یک رابط مغز و ماشین (BMI) استفاده می کند که ارتباط مستقیمی بین فعالیت مغز و یک دستگاه خارجی ایجاد می کند. در سیستم این تیم، BMI ارتباطی بین فعالیت الکتریکی در هیپوکامپ موش و موقعیت آن در یک عرصه واقعیت مجازی 360 درجه ایجاد می کند.
هیپوکامپ نقشه های ذهنی جهان را ذخیره می کند که درگیر یادآوری رویدادهای گذشته و تصور سناریوهای آینده است. یادآوری حافظه شامل تولید الگوهای خاصی از فعالیت هیپوکامپ مرتبط با مکان ها و رویدادها است. اما هیچ کس نمی دانست که آیا حیوانات می توانند داوطلبانه این فعالیت را کنترل کنند یا خیر.
BMI به محققان این امکان را می دهد تا آزمایش کنند که آیا موش می تواند فعالیت هیپوکامپ را فعال کند تا فقط به مکانی در عرصه فکر کند بدون اینکه به طور فیزیکی به آنجا برود – اساساً، کشف اینکه آیا حیوان قادر به انجام این کار است یا خیر. تصور کن رفتن به یک مکان
کاوش در افکار درونی موش
پس از توسعه سیستم خود، محققان مجبور شدند “فرهنگ لغت ذهنی” را ایجاد کنند که به آنها امکان می دهد سیگنال های مغزی موش ها را رمزگشایی کنند. این فرهنگ لغت زمانی که موش چیزی را تجربه می‌کند، الگوهای فعالیت چگونه به نظر می‌رسند – در این مورد، مکان‌هایی در عرصه VR.
موش به سیستم واقعیت مجازی طراحی شده توسط Shinsuke Tanaka، یک فوق دکتر در آزمایشگاه لی، مهار می شود. همانطور که موش روی تردمیل کروی راه می‌رود، حرکاتش روی صفحه نمایش 360 درجه منتقل می‌شود. موش وقتی به هدفش می رسد پاداش می گیرد.
در همان زمان، سیستم BMI فعالیت هیپوکامپ موش را ثبت کرد. محققان می توانند ببینند که در حین حرکت موش در عرصه برای رسیدن به هر هدف، کدام نورون ها فعال می شوند. این سیگنال‌ها مبنایی را برای BMI هیپوکامپ در زمان واقعی فراهم می‌کنند و فعالیت هیپوکامپ مغز را به اعمال روی صفحه تبدیل می‌کنند.
سپس محققان تردمیل را خاموش کردند و به موش برای تکرار الگوی فعالیت هیپوکامپ مرتبط با محل هدف جایزه دادند. در این کار “Jumper” – که نام آن از فیلمی به همین نام در سال 2008 گرفته شده است – BMI فعالیت مغز حیوان را به حرکت در صفحه واقعیت مجازی تبدیل می کند. اساساً، حیوان از افکار خود برای جهت دهی به پاداش استفاده می کند و ابتدا به این فکر می کند که برای دریافت پاداش باید به کجا برود. این فرآیند فکری چیزی است که افراد به طور منظم آن را تجربه می کنند. به عنوان مثال، وقتی از ما خواسته می‌شود که مواد غذایی را از یک فروشگاه آشنا تحویل بگیریم، ممکن است قبل از خروج از خانه مکان‌هایی را تصور کنیم که در راه از آنها عبور خواهیم کرد.
در کار دوم، وظیفه “جدی” — یک تکان دادن سر به جنگ ستارگان — موش فقط با افکار جسمی را به مکان خاصی منتقل می کند. موش در یک مکان مجازی ثابت می‌شود، اما با کنترل فعالیت هیپوکامپ خود، یک شی را به سمت هدف در فضای VR «حرکت» می‌دهد، مانند اینکه فردی که در دفتر کارش نشسته است ممکن است تصور کند که یک فنجان را به دستگاه قهوه می‌برد و آن را با قهوه پر می‌کند. سپس محققان مکان هدف را تغییر دادند و از حیوان خواستند که الگوهای فعالیت مرتبط با مکان جدید را تولید کند.
این تیم دریافت که موش‌ها می‌توانند به طور دقیق و انعطاف‌پذیری فعالیت هیپوکامپ خود را کنترل کنند، به همان روشی که احتمالاً انسان‌ها انجام می‌دهند. حیوانات همچنین می توانند این فعالیت هیپوکامپ را با نگه داشتن افکار خود در یک مکان برای چندین ثانیه حفظ کنند – یک بازه زمانی مشابه زمانی که در آن انسان ها رویدادهای گذشته را احیا می کنند یا سناریوهای جدیدی را تصور می کنند.
هریس می‌گوید: «آنچه شگفت‌انگیز است این است که چگونه موش‌ها یاد می‌گیرند که برای مدت زمان طولانی به این مکان و هیچ مکان دیگری فکر کنند، بر اساس ایده، شاید ساده‌لوحانه‌ای که ما از دامنه توجه موش داریم.»
این مطالعه همچنین نشان می دهد که BMI می تواند برای مطالعه فعالیت هیپوکامپ استفاده شود و سیستم جدیدی برای مطالعه این ناحیه مهم مغز ارائه کند. به گفته نویسندگان، از آنجایی که BMI به طور فزاینده ای در پروتز استفاده می شود، این کار جدید امکان طراحی دستگاه های مصنوعی جدید بر اساس همان اصول را نیز باز می کند.
