مغز ما پیچیده‌ترین جعبه سیاه جهان است. محققان معتقدند که ماده خاکستری مغز ما به اندازه‌ای پیچیده است که قادر به درک خودش نیست.حالا که ما قادر به موشکافی مغزمان نیستیم، شاید ماشین‌ها بتوانند این کار را برایمان انجام دهند. در تحقیقاتی که به رهبری مایکل کاهانا روانشناسی از دانشگاه پنسیلوانیا به تازگی در مجله نیچر منتشر شده گفته شده که برای رمزگشایی و تقویت حافظه انسانی می‌توان از الگوریتم‌های یادگیری ماشینی استفاده کرد. اما چگونه؟ در این روش پالس‌های الکتریکی در زمان‌های مشخصی به مغز وارد می‌شوند. به عبارت دیگر محققان برای استفاده از پتانسیل یک جعبه سیاه از جعبه سیاه دیگری کمک می گیرند. از یک سو راه حلی مناسب برای یک مسئله بسیار سخت پیش رویمان قرار می‌گیرد و از سوی دیگر ترس از آخرزمانی که در فیلم‌های علمی تخیلی به تصویر کشیده می شود را نمایان می‌کند.

 

بهترین اسناد برای سنجش مغز در داخل جمجمه قرار دارند. مسلما هیچکس حاضر نیست جمجمه‌اش را به خاطر پیشرفت علم باز کند. به همین دلیل کاهانا و همکارانش در این تحقیق از ۲۵ بیمار مبتلا به صرع کمک گرفتند و داخل مغز هرکدام از این بیماران بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ الکترود برای بررسی فعالیت الکتریکی مربوط به تشنج بیماران مبتلا به صرع کار گذاشته شد. کاهانا و تیمش از این الکترودها برای ثبت فعالیت مغز در زمانی که به کار های مربوط به حافظه مشغول است استفاده کردند.

 

محققان ابتدا بررسی کردند که مغز چطور وقایع را به خاطر می‌سپارد. کاهانا و تیمش از بیماران خواستند که لیستی از کلمات را خوانده و به خاطر بسپارند و در همین حین تغییرات ولتاژ در ثانیه را با استفاده از الکترودهای نصب شده به ثبت رساندند. آنها سپس قدرت یادآوری بیماران را مورد بررسی قرار دادند، داده‌های مربوط به فعالیت‌های مغزی دخیل در یادآوری یا فراموشی یک کلمه جمع آوری شدند.

 

این فرایند چندین بار تکرار شد و پس از انجام دو یا سه آزمایش روی هر بیمار، پس از جمع‌آوری داده‌های لازم، الگوریتمی برای هربیمار طراحی شد که براساس فعالیت الکترود های مغزی نشان می‌داد احتمال یادآوری هر کلمه برای هرشخص چقدر خواهد بود.

 

نکته جالب توجه این است که این الکترودها نه تنها فعالیت عصبی را بررسی می‌کنند، بلکه قادر به تحریک آن نیز هستند. درنتیجه محققان سعی داشتند که با تحریک مغز، روند شکل گیری خاطرات در لحظه را بهبود بخشند. هرچند ثانیه تصویری از یک کلمه به بیمار نشان داده می شد و این الگوریتم میزان آمادگی مغز برای یادآوری آن کلمه را مشخص می کرد. کاهانا می گوید «ما از طریق یک سیستم حلقه بسته می توانیم وضعیت مغز بیمار را ثبت، تحلیل و برای تحریک یا عدم تحریک آن تصمیم گیری کنیم، تمام این فرایند تنها در چند میلی ثانیه انجام می شود».

 

سیستمی که این محققان طراحی کردند توانست میانگین یادآوری کلمات در این بیماران را ۱۵ درصد افزایش دهد.

 

 

محققان از بیماران خواستند که لیستی از کلمات را خوانده و به خاطر بسپارند و در همین حین تغییرات ولتاژ در ثانیه را با استفاده از الکترودهای نصب شده به ثبت رساندند. آنها سپس قدرت یادآوری بیماران را مورد بررسی قرار دادند، داده‌های مربوط به فعالیت‌های مغزی دخیل در یادآوری یا فراموشی یک کلمه جمع آوری شدند.

 

این اولین باری نیست که کاهانا تاثیرات تحریک مغز بر حافظه را بررسی می‌کند و سال گذشته هم این گروه نشان داد که پالس الکترود می‌تواند قدرت یادآوری را تقویت یا تضعیف کند. در این مطالعه محققان با تحریک و افزایش فعالیت مناطق تنبل مختص حافظه در مغز، امتیاز بیماران در آزمون‌های حافظه را بهبود بخشیدند. این یافته علمی بزرگ، اما از لحاظ درمانی بی‌فایده بود؛ محققان در این آزمون‌ها، در واقع رابطه‌ای بین حافظه و حالت‌های مغزی شناسایی کرده بودند اما برای تقویت مغز، باید پالس‌های الکترودی در زمان ثبت حافظه القا و تاثیر خود را بگذارند.

 

به نظر می‌رسد که حالا کاهانا و همکارانش با استفاده از الگوریتم یادگیری ماشینی به این حلقه بسته دست پیدا کرده اند. کاهانا می‌گوید «با این تفاوت که به جای استفاده از این الگوریتم برای شناسایی تصویر گربه‌ها، برای رمزگشایی از آن استفاده می‌شود با بررسی فعالیت الکتریکی مشخص می‌شود که آیا مغز در وضعیت مناسب برای یادگیری قرار دارد یا خیر». اگر مغز به خوبی خاطرات را رمزگشایی کند نیاز به مداخله نخواهد بود، اما اگر اینگونه نباشد محققان با القای پالس های الکتریکی میزان کارایی مغز را افزایش می دهند- همچون راهنمایی برای مغز.

 

بردلی ویتک عصب شناس دانشگاه سندیگو می‌گوید «اثری خارق العاده نیست اما امیدوار کننده است». اما سوال اصل اینجاست که آیا این زمینه علمی در آینده به نتایج بزرگتری خواهد رسید. آیا ممکن است که با استفاده از این الگوریتم ها و کارگذاری الکترود های بیشتر، فعالیت‌های مغزی دیگری را هم در زمان کمتر و با دقت بیشتر رمزگشایی کرد. مسلما به داده‌های بیشتری هم نیاز است؛ اکثر بیماران این چنینی تنها چند هفته قادر به شرکت در این مطالعات هستند و درنتیجه زمان محققان برای مطالعه محدود است. اگر زمان بیشتری در دست باشد، الگوریتم یادگیری ماشینی هم عملکرد بهتری خواهد داشت.

 

اما حتی اگر داده‌ها بیشتر و شفاف‌تری هم در دست باشد، مسئله این است که محققان باید از الگوریتمی مبهم روی مغز انسان‌ها استفاده کنند. در واقع با اینکه سیستم کاهانا به بهبود قدرت یادآوری کمک می‌کند، اما نمی‌توان چگونگی آنرا متوجه شد. ماهیت یادگیری ماشینی این چنین است.

 

خوشبختانه این موضوع به طور کامل به تیم کاهانا آموزش داده شد. در این مطالعه محققان از یک الگوریتم دسته‌بندی خطی استفاده کردند که مشخص می‌کند هر الکترود برای ایجاد تمایز بین الگوهای فعالیت مغزی چه کاربردی دارد. یوسف الزیات روانشناس دانشگاه پنسیلوانیا که تحلیل‌های یادگیری ماشینی در این مطالعه را بررسی کرده است می‌گوید «در حال حاضر مشخص نیست که آیا بین ویژگی‌هایی که برای ثبت فعالیت مغزی استفاده می‌کنیم رابطه ای وجود دارد یا خیر».

 

تکنیک‌های یادیگری عمیق لزوما به تقویت بیشتر قدرت ذهن ما منتهی نخواهند شد. اما اگر این کار را انجام دهند، محققان می‌توانند تلاش کنند تا تصمیم دستگاه‌ها را برای تحریک پالس‌های برقی مغز تقویت کنند، یا اگر واقعاً این پالس‌ها شیطانی شوند مانع فعالیت آن شوند.