תאום דיגיטלי של קליפת הראיה במוח עכבר יאפשר לערוך ניסויים נוירולוגיים ומאפשר ביצוע בדיקות וירטואליות מהירות ויעילות לחקר בפעילות המוח * סרטי פעולה שהוקרנו לעכברים סייעו בטיוב הנתונים עבור הבינה המלאכותית
חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד השתמשו בבינה מלאכותית ליצירת “תאום דיגיטלי” של קורטקס הראייה בעכבר, אשר מסוגל לנבא פעילות מוחית בתגובה לגירויים חזותיים חדשים. מודלים דיגיטליים אלו עשויים לחולל מהפכה בתחום הנוירולוגיה, בכך שיאפשרו עריכת ניסויים וירטואליים בלתי מוגבלים ויעילים, ויחשפו כיצד המוח מארגן מידע.
יצירת תאום דיגיטלי למוח העכבר
חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד יצרו תאום דיגיטלי של מוח העכבר. בדומה לטייסים המשתמשים בסימולטורי טיסה לתרגול מהלכים מורכבים בבטחה, עשויים מדענים בעתיד הקרוב לבצע ניסויים על סימולציה ריאליסטית ביותר של מוח העכבר. במחקר חדש, חוקרים מסטנפורד מדיסין ושותפיהם, פיתחו מודל בינה מלאכותית ליצירת “תאום דיגיטלי” של קורטקס הראייה בעכבר – האזור במוח שאחראי על עיבוד המידע החזותי.
תהליך האימון והיכולת לניבוי
התאום – העתק המוח הדיגיטלי אומן על סמך מאגרי נתונים רחבים של פעילות נוירונית שנרשמה מעכברים אמיתיים במהלך צפייה בקליפים מתוך סרטים. עם השלמת האימון, היה המודל מסוגל לנבא במדויק כיצד עשרות אלפי נוירונים יגיבו לתמונות ולסרטונים חדשים.
תאומים דיגיטליים מסוגלים להקל על חקירת פעילות המוח ולהפוך את תהליך הניסויים ליעיל יותר.
“אם תבנו מודל של המוח והוא יהיה מדויק מאוד, זה אומר שתוכלו לערוך הרבה יותר ניסויים,” אמר פרופסור אנדריאס טוליאס מהמחלקה לאופטלמולוגיה בסטנפורד מדיסין והמחבר הראשי של המאמר שפורסם ב־10 באפריל בכתב העת Nature. "ניתן יהיה לבדוק את הניסויים הכי מבטיחים במוח אמיתי”
יכולת הכללה ועבודה עם נתונים חדשים
בניגוד לדגמי בינה מלאכותית קודמים של קורטקס הראייה, שיכלו לדמות את תגובת המוח אך ורק לסוג הגירויים שנחשפו אליהם במהלך האימון, המודל החדש מסוגל לנבא את תגובת המוח למגוון רחב של קלט חזותי חדש. הוא מסוגל אפילו להסיק תכונות אנטומיות של כל נוירון.
המודל מהווה דוגמה ל-“מודל בסיסי” – סוג חדש יחסית של דגמי בינה מלאכותית שיכולים ללמוד ממאגרי נתונים גדולים, ולאחר מכן ליישם את הידע למשימות חדשות ולסוגי נתונים חדשים – או כפי שהחוקרים מגדירים זאת, “הכללה שמעבר לפיזור שהמודל למד במהלך האימון”.
(דוגמה מוכרת למודל בסיסי הוא ChatGPT, הלומד מכמויות אדירות של טקסט לצורך הבנה ויצירת טקסט חדש).
“בהרבה מובנים, הזרע של האינטליגנציה הוא היכולת להכליל בצורה נכונה,” אמר טוליאס. “המטרה האולטימטיבית – הגביע הקדוש – היא להכליל לתרחישים שמעבר לפיזור שנלמד במהלך האימון.”
סרטים לעכברים
על מנת לאמן את מודל הבינה המלאכותית החדש, תחילה רשמו החוקרים את פעילות המוח של עכברים אמיתיים בזמן שצפו בסרטים – סרטים המיועדים לבני אדם. הרעיון היה שסרטים אלו ידמו בצורה מיטבית את מה שהעכברים עשויים לראות בסביבות טבעיות.
“קשה מאוד להשיג סרט מציאותי עבור עכברים, כי אף אחד לא מפיק סרטי הוליווד לעכברים,” אמר טוליאס. אך סרטי פעולה היו מספיק טובים למחקר.
לעכברים יש ראייה ברזולוציה נמוכה – בדומה לראיית השטח הפריפרית שלנו – מה שאומר שהם בעיקר קולטים תנועה ולא פרטים או צבעים."מערכת הראיה של עכברים מגיבה באופן חזק לגירוי של תנועה, ולכן הראינו להם סרטים עם הרבה אקשן,” הסביר טוליאס.
במספר הקרנות קצרות, רשמו החוקרים למעלה מ-900 דקות של פעילות מוחית מ-8 עכברים שצפו בקליפים של סרטים מלאי אקשן, כמו הסרטMad Max . במהלך ההקרנות פיקחו מצלמות על תנועות העיניים וההתנהגות של העכברים.
החוקרים השתמשו בנתונים המצורפים לאימון מודל ליבה, אותו ניתן היה להתאים לתאום הדיגיטלי של כל עכבר בנפרד באמצעות אימון נוסף
ניבויים מדויקים
התאומים הדיגיטליים הצליחו לדמות בצורה מדויקת את הפעילות הנוירונית של אחיהם הביולוגיים בתגובה למגוון גירויים חזותיים חדשים – כולל סרטונים ותמונות סטטיות. כמות הנתונים האדירה ששימשה לאימון הייתה המפתח להצלחתם, כפי שטוען טוליאס: “הם היו מדויקים באופן מרשים בזכות האימון על מאגרי נתונים כה עצומים.”
על אף שהמודלים אומנו אך ורק על פעילות נוירונית, הם הצליחו להכליל סוגי נתונים נוספים. התאום הדיגיטלי של עכבר מסוים היה מסוגל לנבא את המיקומים האנטומיים וסוגי התאים של אלפי נוירונים בקורטקס הראייה, וכן את הקשרים ביניהם.
החוקרים אימתו ניבויים אלו באמצעות הדמיות במיקרוסקופ אלקטרוני ברזולוציה גבוהה של קורטקס הראייה של אותו עכבר, שהיו חלק מפרויקט רחב היקף למיפוי מבנה ותפקוד קורטקס הראייה של העכבר ברמה שלא נראתה בעבר. תוצאות פרויקט זה, הידוע בשם MICrONS פורסמו במקביל ב-Nature.
פתיחת הקופסה השחורה
מאחר שתאום דיגיטלי יכול לתפקד הרבה מעבר לאורך חייו של העכבר, יהיה אפשר לבצע עליו מספר ניסויים כמעט בלתי מוגבל – למעשה, על אותו בעל חיים. ניסויים שלקחו שנים יכולים להתבצע בשעות, ומיליוני ניסויים יכולים לרוץ במקביל, מה שמאיץ את המחקרים על אופן עיבוד המידע במוח ועקרונות האינטליגנציה.
“אנחנו מנסים לפתוח את הקופסה השחורה, אם ניתן לומר כך, כדי להבין את המוח ברמת נוירונים בודדים או אוכלוסיות של נוירונים ואיך הם משתלבים לקידוד המידע,” אמר טוליאס.
בפועל, המודלים החדשים כבר מספקים תובנות חדשות. במחקר קשור נוסף, שפורסם במקביל ב-Nature, השתמשו החוקרים בתאום דיגיטלי כדי לגלות כיצד נוירונים בקורטקס הראייה בוחרים את הנוירונים האחרים איתם הם מקיימים קשרים.
המדענים ידעו כבר שמדובר בנוירונים דומים שנוטים ליצור קשרים – בדומה לאופן שבו אנשים יוצרים חברויות. התאום הדיגיטלי חשף אילו תמונות הן החשובות ביותר: נוירונים מעדיפים להתחבר עם נוירונים שמגיבים לאותו גירוי – לדוגמה, הצבע הכחול – על פני נוירונים שמגיבים לאותה אזור במרחב החזותי.
“זה כמו לבחור חברים לפי מה שהם אוהבים ולא לפי מיקומם,” אמר טוליאס. “למדנו כלל מדויק יותר לגבי האופן שבו המוח מאורגן.”
כיווני מחקר עתידיים
החוקרים מתכננים להרחיב את המודלים שלהם לאזורים נוספים במוח ולבעלי חיים שונים, כולל פרימטים עם יכולות קוגניטיביות מתקדמות יותר.
“בסופו של דבר, אני מאמין שיהיה אפשר לבנות תאומים דיגיטליים לפחות לחלקים מהמוח האנושי,” אמר טוליאס. “זה רק קצה הקרחון.”
המחבר הראשי של המחקר (המאמר) הוא אריק וואנג, PhD, סטודנט לרפואה (דוקטורנט לרפואה) במכללת ביילור לרפואה.
עוד בנושא באתר הידען:
