حافظه‌ی‌ مصنوعی (از رؤیا تا واقعیت)

در سریال «آینه‌ی سیاه» (Black mirror)، ملاحظه می‌کنید که یک ایمپلنت کوچک در پشت گوش انسان‌ها کاشته می‌شود. این ایمپلنت توانایی یادآوری، دسترسی و بازپخش تک تک لحظات زندگی فرد را با جزئیات خیره‌کننده‌ای داراست؛ درست شبیه آنکه خاطرات را مانند فیلمی در مقابل دیدگان شما به نمایش در آورند.
البته «تئودور برگر»، مهندس پزشکی در دانشگاه «کالیفرنیای جنوبی»، این سطح از یادآوری خاطرات را تضمین نمی‌کند؛ اما در حال حاضر او بر روی وسیله‌ای کار می‌کند که مستقیماً در مغز کاشته شده و عملکرد ساختاری به نام هیپوکامپ را تقلید می‌کند. هیپوکامپ ساختاری خمیده در کف بطن طرفی مخ است که مسئول شکل‌دهی به خاطرات می‌باشد. این ایمپلنت نیز به وسیله‌ی تحریک الکتریکی این قسمت و به همان شیوه‌ای که خاطرات در آن شکل می‌گیرد، کار می‌کند. وسیله‌ی مورد اشاره دست کم بر روی موش‌ها و میمون‌ها عملکرد قابل قبولی به نمایش گذاشته و هم اکنون او مشغول آزمایش نمونه‌ای است که بتواند در انسان هم به کار رود.
دستگاه برگر بر این نظریه که چگونه هیپوکامپ حافظه‌ی کوتاه‌مدت را به حافظه‌ی بلندمدت تبدیل می‌کند، استوار است؛ مثلاً جایی که کلیدتان را جا گذاشته‌اید به خاطر می‌سپارید (کوتاه مدت) تا بعداً بتوانید آن مکان را به یاد آورده و کلید را پیدا کنید (بلند مدت).
در آزمایش اولیه‌ او صدایی را پخش کرد و پس از آن هوایی را به صورت خرگوش‌ها دمید و با این کار آن‌ها را مجبور به پلک زدن کرد. در نهایت با هر بار پخش شدن صدا خرگوش‌ها به طور ناخودآگاه پلک می‌زدند؛ درست شبیه آزمایش معروف «شرطی شدن» که «ایوان پاولوف» بر روی سگ‌ها انجام داد. زمانی که مغز خرگوش سعی می‌کرد بین صدا و دمیده شدن هوا ارتباط برقرار کند، برگر فعالیت هیپوکامپ را به وسیله‌ی الکترودی ضبط کرد و مشاهده کرد که الگوی موجود در آن سیگنال‌ها به نحوی قابل پیش‌بینی تغییر می‌کنند.
«گریگوری کلارک»، استاد مهندسی پزشکی دانشگاه یوتا و شاگرد سابق برگر می‌گوید: «در طول آزمایش هیپوکامپ دائماً فعال بوده و فعالیت خود را به طور پیوسته با الگوهای شلیک نورون‌ها تطبیق می‌داده». برگر این الگوی شلیک نورون‌ها را کد «مکان-زمان» نامیده است. این کد با محل و زمانی که نورون‌ها فعال می‌شوند، تعریف می‌شود. برگر در این رابطه می‌گوید: «زمانی که این کد در لایه‌های مختلف هیپوکامپ منتشر می‌شود، به تدریج تغییر کرده و به کدی تبدیل می‌شود که سایر قسمت‌های مغز قادر به شناسایی آن بوده و می‌توانند از آن به عنوان خاطره‌ی بلندمدت استفاده کنند». همچنین کدی که خارج می‌شود نشان‌دهنده‌ی حافظه‌ای است که سایر قسمت‌های مغز از آن به عنوان سیگنال استفاده می‌کنند. برای مثال در این آزمایش، کد خارج شده باعث می‌شود که خرگوش در هنگام شنیدن صدا پلک بزند. برگر می‌گوید توانسته قانونی کلی را که هیپوکامپ از آن برای تبدیل حافظه‌ی‌ کوتاه‌مدت به بلندمدت استفاده می‌کند، به صورت ریاضی شبیه‌سازی کند.
با در دست داشتن این قانون، برگر برای موش‌ها یک هیپوکامپ مصنوعی طراحی کرد. برای انجام این کار ابتدا باید به موش‌ها انجام یک مأموریت حافظه را آموزش می‌داد. او دو اهرم در مقابل موش قرار داد و پس از اینکه موش یکی از اهرم‌ها را فشار داد، با تاباندن نور موش را گیج کرد. زمانی که دوباره آزمایش تکرار شد، مشاهده شد که موش اهرم دیگر را فشار می‌دهد. این نشان می‌دهد که موش این وظیفه را به خاطر سپرده است.
در این حین برگر و همکارانش تمامی فعالیت‌های هیپوکامپ را ضبط کردند تا متوجه شوند که کدام کد مکان-زمان با این عملیات مرتبط است. آن‌ها الگوهای ورودی و خروجی از هیپوکامپ را استخراج کرده و مدلی ریاضی را توسعه دادند که می‌توانست کد مکان-زمان خروجی مرتبط با کد ورودی را پیش‌بینی کند. در مرحله‌ی بعد برگر به موش‌ها دارویی داد که شکل‌گیری حافظه‌ی آن‌ها را مختل می‌کرد و از وسیله‌ی خود برای تحریک الکتریکی مغز استفاده کرد. این تحریکات با توجه به الگوی پالس‌های خروجی که توسط مدل ریاضی پیش‌بینی شده بودند، انجام شد. پس از تکرار آزمایش و در کمال ناباوری مشاهده شد که موش اهرم درست را می‌فشارد. برگر در این رابطه توضیح می‌دهد: «موش‌ها دقیقاً همان کدهایی را بازخوانی می‌کردند که خودشان تولید کرده بودند. هم اکنون ما در حال بازگرداندن حافظه به مغز هستیم». برگر دستگاه خود را در قسمتی از لوب پیش‌پیشانی (Prefrontal) مغز میمون نیز استفاده کرد. این بخش از مغز مسئول عملکردهای اجرایی مانند استفاده از حافظه برای حل مسائل جدید است. در این آزمایش نیز مشاهده شد که ایمپلنت کاشته شده حافظه‌ی میمون‌ها را بهبود می‌دهد.

اما سؤال مهم این است که آیا دستگاه مشابهی در انسان نیز کار خواهد کرد؟

«داستین تایلر» استاد مهندسی دانشگاه Case western reserve در این رابطه می‌گوید: «تمامی ایمپلنت‌های مرتبط با مغز با یک چالش اساسی روبرو هستند. در مغز میلیاردها نورون و تریلیون‌ها ارتباط مابین آن‌ها وجود دارد که باعث می‌شود همه‌ی آن‌ها به عنوان یک مجموعه باهم کار کنند؛ بنابراین دستیابی به یک فناوری که بتواند وارد این حجم بالا از نورون شده و با دقت بسیار بالایی به آن‌ها متصل شود، بسیار دشوار خواهد بود». حتی ایمپلنت‌های حلزونی که در گوش کاشته می‌شوند و با استفاده از چندین الکترود فرکانس‌های صوتی را با تحریک عصب شنوایی شبیه‌سازی می‌کنند، نمی‌توانند صدا را با کیفیت نزدیک به آن چه من و شما می‌شنویم بازسازی کنند. بنابراین پژوهشگران فاصله‌ی بسیاری با شبیه‌سازی کامل حافظه دارند. اما این مشکلات نه تنها استارتاپی به نام «کرنل» (Kernel) را از سرمایه‌گذاری بر ایده‌ی برگر منصرف نکرد، بلکه این شرکت وی را به عنوان رئیس ارشد بخش علمی خود منصوب کرد.
هدف اولیه‌ی کرنل این است که ایمپلنت‌های برگر را به عنوان وسیله‌ای پزشکی که به حافظه‌ی بیماران کمک می‌کند، وارد بازار کند. برگر هم‌اکنون مشغول انجام آزمایش‌های انسانی با یک نسخه‌ی جدید از این ایمپلنت‌ها است. به گفته‌ی وی بیمارانی که تا کنون در این آزمایش‌ها شرکت داشته‌اند، عملکرد خوبی را در آزمون‌های حافظه به نمایش گذاشته‌اند. اما «برایان جانسون»، مدیر عامل شرکت خواهان ساخت وسیله‌ای است که با یک عمل جراحی ساده در بدن کاشته شده و در بخش‌هایی همچون توجه، خلاقیت و تمرکز، هوش انسان را بهبود دهد.
این هدف بلندپروازانه سوالاتی را نیز پیرامون قوانین نظارتی آن ایجاد کرده است؛ آیا این ایمپلنت‌ها دستگاه پزشکی هستند یا محصول مصرفی به حساب می‌آیند؟ و یا اینکه چه نهادی مسئول نظارت بر این نوع ایمپلنت‌ها است؟
بر اساس قوانین سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) زمانی یک ایمپلنت ابزار پزشکی محسوب می‎شود که از آن برای تشخیص، درمان و یا تغییر عملکرد اندام‌های بدن استفاده شود. اما ایمپلنت‌های زیرجلدی که تمرکز و خلاقیت فرد را افزایش می‌دهند ممکن است بتوانند از زیر این قوانین در بروند. هرچند جانسون در مورد اینکه شرکت تحت مدیریتش آینده‌ی این وسیله را به کدام سمت خواهد برد اظهار نظر نکرد، اما مشخصاً تمامی آینده‌ی این محصول به کاربرد و عوارض جانبی احتمالی آن بستگی دارد. مطمئناً تمامی تجهیزات پزشکی و داروها عوارض جانبی دارند. اما آن چه اهمیت دارد، میزان این عوارض است که بهینگی یک ابزار را مشخص می‌کند.
بی‌شک این ایمپلنت‌ها گامی بزرگ در جهت تولید حافظه‌ی مصنوعی و بهبود حافظه‌ی بیماران به شمار می‌روند. اما هنوز راه زیادی تا رسیدن به آن هدف باقی مانده است. آیا روزی فرا خواهد رسید که حافظه‌های انسانی هم در حجم‌های گوناگون وارد بازار شوند؟ این سوالی است که برگر و همکارانش سعی در پاسخ به آن دارند.
منبع متن: wired.com

منبع: مجله مغز و شناخت، شماره 3، پاییز 1396

0
سیناپس
توسعه دهنده وب

بدون محدودیت به هزاران محتوای طبقه بندی شده، مقاله، کتاب‌، دوره‌ آموزشی، رویداد، اخبار، نوآوری و دستاوردهای حوزه علوم شناختی دسترسی پیدا کنید و به بزرگترین شبکه علوم شناختی کشور بپیوندید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سبد خرید
0