باحثو جامعة ستانفورد يلاحظون عملية صنع القرار في الدماغ _ ويؤثرون على النتائج – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Stanford researchers observe decision making in the brain – and influence the outcomes
(TAYLOR KUBOTA – بواسطة: تايلور كوبوتا)
طور فريق من علماء الأعصاب والمهندسين نظامًا يمكنه إظهار العملية العصبية لصنع القرار في الوقت الفعلي، بما في ذلك العملية العقلية للتقليب (للمتغيرات) بين الخيارات قبل التعبير عن الاختيار النهائي.

ملخص المقالة:

تضمنت دراسات علم الأعصاب لصنع القرار بشكل عام تقدير متوسط ​​نشاط مجموعات خلايا الدماغ عبر مئات التجارب. ولكن هذه العملية تتجاهل تعقيدات قرار واحد وحقيقة أن كل حالة من حالات اتخاذ القرار تختلف قليلاً، فالعوامل التي تؤثر في عملية اتخاذ شخصٍ القرار في أمرٍ ما، لا تعد ولا تحصى، وستختلف عن تلك التي قد تؤثر عليه إذا إتخذ القرار نفسه غدًا.

وقد أجريت مجموعة من التجارب على قردة تم تجهيزها بِغُرَسٍ عصبية بحجم ظفر إصبع خنصر في القشرة الأمامية الحركية الظهرية والقشرة الحركية الأولية من ادمغتها، لتقوم هذه الغرس بالإبلاغ عن نشاط 100 إلى 200 خلية عصبية فردية كل 10 مللي-ثانية، حيث تنقل الإشارات العصبية قرارات الحيوانات وثقتها في تلك القرارات. وقد نشر باحثون من جامعة ستانفورد بحثًا في مجلة نايتشر (Nature) ، ذكروا فيه أنهم طوروا نظامًا يمكنه اظهار انعكاسات المداولات المعرفية في النشاط العصبي ودورها في عملية اتخاذ القرار، بما فيها العملية الذهنية التي تجري قبل التعبير عن الاختيار النهائي. ويقرأ هذا النظام ويفك تشفير نشاط خلايا دماغ القرود التي طُلِب منها تحديد ما إذا كانت الرسوم المتحركة للنقاط المتحركة تتحول قليلاً إلى اليسار أو اليمين، وتمكن بنجاح من الكشف عن عملية صنع القرار المستمرة للقرود في الوقت الفعلي، مع استكمال مدّ وتدفق التردد على طول الطريق. وفي التجارب اللاحقة، تمكن الباحثون حتى من التأثير على القرارات النهائية للقرود من خلال التلاعب الغير مُدْرَك للحركة النقطية. وخلص البحث الى أنه إذا كان لدى الشخص ثقة كافية في بناء القرار في ذهنه، أو قضى وقتًا طويلاً في المداولات، فإنه يكون أقل ميلًا للنظر في أدلة جديدة.

في سياق تقرير ما إذا كنت ستستمر في قراءة هذه المقالة، يمكنك تغيير رأيك عدة مرات. في حين أن اختيارك النهائي سيكون واضحًا للمراقب – ستستمر في التمرير والقراءة، أو ستنتقل الى مقال آخر – فمن المرجح أن تكون أي مداولات داخلية أجريتها على طول الطريق غامضة لأي شخص غيرك. ذلك التردد السري هو محور البحث، الذي نُشر في 20 يناير في مجلة نايتشر (Nature) ، بواسطة باحثين من جامعة ستانفورد يدرسون كيف تنعكس المداولات المعرفية في النشاط العصبي.

وقد طور هؤلاء العلماء والمهندسون نظامًا يقرأ ويفك تشفير نشاط خلايا دماغ القرود بينما طُلب من الحيوانات تحديد ما إذا كانت الرسوم المتحركة للنقاط المتحركة تتحول قليلاً إلى اليسار أو اليمين. وكشف النظام بنجاح عن عملية صنع القرار المستمرة للقرود في الوقت الفعلي، مع استكمال مدّ وتدفق التردد على طول الطريق.

يتذكر ديوغو بيكسوتو (Diogo Peixoto) ، الباحث السابق لما بعد الدكتوراه في علم الأعصاب والمؤلف المشارك في البحث: “كنت أنظر فقط إلى تتبع النشاط الذي تم فك شفرته على الشاشة، ولم أكن أعرف الطريقة التي تتحرك بها النقاط أو ما الذي كان يفعله القرد، ويمكنني أن أخبر سانيا [فونغ] ، مديرة المختبر: سيختار بشكل صحيح ، قبل ثوانٍ من بدء القرد الحركة للإبلاغ عن نفس الاختيار”.  ويضيف: “كنت سأحصل عليه بشكل صحيح من 80 إلى 90 في المائة من الوقت، وهذا عزز حقًا أن هذا كان يعمل”.

وفي التجارب اللاحقة، تمكن الباحثون حتى من التأثير على القرارات النهائية للقرود من خلال التلاعب الغير مُدْرَك للحركة النقطية.

وقال كبير معدي الدراسة البروفيسور وليام نيوصم (William Newsome) ، الأستاذ في قسم علم الأعصاب في كلية الطب بجامعة ستانفورد ومدير معهد “وو تساي” للعلوم العصبية: “بشكل أساسي، يرجع جزء كبير من إدراكنا إلى النشاط العصبي المستمر الذي لا ينعكس علنًا في السلوك، لذا فإن المثير في هذا البحث هو أننا أظهرنا أنه يمكننا الآن تحديد وتفسير بعض هذه الحالات العصبية الداخلية السرية”.  وأضاف: “نحن نفتح نافذة على عالم من الإدراك كان مبهمًا على العلم حتى الآن”.

قرار واحد في كل مرة

تضمنت دراسات علم الأعصاب لصنع القرار بشكل عام تقدير متوسط ​​نشاط مجموعات خلايا الدماغ عبر مئات التجارب. ولكن هذه العملية تتجاهل تعقيدات قرار واحد وحقيقة أن كل حالة من حالات اتخاذ القرار تختلف قليلاً: العوامل التي لا تعد ولا تحصى التي تؤثر على ما إذا كنت ستختار قراءة هذه المقالة اليوم ستختلف عن تلك التي قد تؤثر عليك إذا اتخذت القرار نفسه غدًا.

وقالت الطبيبة جيسيكا فيرهين (Jessica Verhein) ، طالبة دكتوراه في علم الأعصاب والمؤلفة الرئيسية المشاركة للورقة العلمية: “الإدراك معقد حقًا، وعندما تحسب معدل مجموعة من المحاولات، تفقد تفاصيل مهمة حول كيفية وصولنا إلى تصوراتنا وكيف نتخذ خياراتنا”.

وفي هذه التجارب، تم تجهيز القردة بزراعة (بغُرس) عصبية بحجم ظفر إصبع خنصر، التي أبلغت عن نشاط 100 إلى 200 خلية عصبية فردية كل 10 مللي-ثانية، حيث ظهرت عليها نقاط رقمية تتجول على الشاشة. ووضع الباحثون هذه الغرسة في القشرة الأمامية الحركية الظهرية والقشرة الحركية الأولية لأنهم وجدوا، في بحث سابق، أن الإشارات العصبية من مناطق الدماغ هذه تنقل قرارات الحيوانات وثقتها في تلك القرارات.

وكان كل مقطع فيديو للنقاط المتحركة فريدًا واستمر أقل من ثانيتين، وأبلغت القردة عن قراراتها بشأن ما إذا كانت النقاط تتحرك يمينًا أم يسارًا فقط عندما يُطلب ذلك – فالإجابة الصحيحة المقدمة في الوقت الصحيح تكسب مكافأة عصير. وأشارت القرود إلى اختيارهم بوضوح، بالضغط على الزر الأيمن أو الأيسر على الشاشة.

ولكن عملية اتخاذ القرار داخل أدمغة القرود كانت أقل وضوحًا. وتتواصل الخلايا العصبية من خلال دفعات سريعة من الإشارات الكهربائية الصاخبة، والتي تحدث جنبًا إلى جنب مع سلسلة من الأنشطة الأخرى في الدماغ. لكن الدكتور بيكسوتو كان قادرا على تنبؤ اختيارات القرود بسهولة، ويرجع ذلك جزئيا الى قياسات النشاط التي رآها وتم تسجيلها أولا من خلال معالجة الإشارات وفك خط أنابيب، استنادا إلى سنوات من العمل من قبل مختبر كريشنا شينوي ، وأستاذ في كلية الهندسة وأستاذ في علم الأعصاب والهندسة الحيوية، ومحقق يعمل في معهد هوارد هيوز الطبي.

كان فريق شينوي يستخدم تقنية فك التشفير العصبي في الوقت الفعلي لأغراض أخرى. “نحاول دائمًا مساعدة الأشخاص المصابين بالشلل من خلال قراءة نواياهم؛ فعلى سبيل المثال، يمكنهم التفكير في كيفية رغبتهم في تحريك أذرعهم، ومن ثم يتم تشغيل هذه النية من خلال وحدة فك التشفير لتحريك مؤشر الحاسب الآلي على الشاشة لكتابة الرسائل” ، كما قال شينوي، وهو مؤلف مشارك في الورقة. وتابع: “لذلك، نحن نقيس النشاط العصبي باستمرار، ونفك تشفيره ميلي-ثانية في ميلي-ثانية، ثم نتصرف بسرعة بناءً على هذه المعلومات وفقًا لذلك”.

وفي هذه الدراسة بالذات، بدلاً من التنبؤ بالحركة الفورية للذراع، أراد الباحثون توقع النية بشأن اختيار قادم كما ورد في حركة الذراع – التي تتطلب خوارزمية جديدة. واستيحاء من عمل روزبه كياني (Roozbeh Kiani)، أتقن بيكسوتو (الباحث ما بعد الدكتوراه السابق في مختبر نيوصم) وزملاؤه الخوارزمية التي تأخذ الإشارات الصاخبة من مجموعات من الخلايا العصبية في القشرة أمام الحركية الظهرية والقشرة الحركية الأولية، وتعيد ترجمة الإشارات كـ “قرار متغير”. ويصف هذا المتغير النشاط الذي يحدث في الدماغ قبل قرار التحرك. وقال بيكسوتو: “باستخدام هذه الخوارزمية، يمكننا فك شفرة القرار النهائي لطريقة القرد قبل أن يحرك إصبعه، ناهيك عن ذراعه”.

ثلاث تجارب

تكهن الباحثون بأن القيم الأكثر إيجابية لمتغير القرار تشير إلى زيادة ثقة القرد في أن النقاط كانت تتحرك إلى اليمين، في حين أن المزيد من القيم السلبية أشارت إلى الثقة في أن النقاط كانت تتحرك إلى اليسار. ولاختبار هذه الفرضية، أجروا تجربتين: الأولى حين سيوقفون الاختبار بمجرد أن يصل متغير القرار إلى عتبة معينة، والأخرى حين أوقفوه عندما بدا أن المتغير يشير إلى انعكاس حاد لقرار القرد.

وخلال التجارب الأولى، أوقف الباحثون الاختبارات عند خمسة مستويات تم اختيارها عشوائيًا، وفي أعلى مستويات متغيرة للقرار الإيجابي أو السلبي، توقع المتغير قرار القرد النهائي بدقة تصل إلى 98 بالمائة. أما التنبؤات في التجربة الثانية، والتي من المحتمل أن يكون فيها القرد قد خضع لتغيير رأيه، فكانت بنفس الدقة تقريبًا.

وقبل التجربة الثالثة، فحص الباحثون عدد النقاط التي يمكنهم إضافتها أثناء الاختبار قبل أن يُشَتت انتباه القرد بسبب التغيير في المحفز. بعد ذلك، أضاف الباحثون نقاطًا في التجربة أقل من الحد الملحوظ لمعرفة ما إذا كان ذلك سيؤثر على قرار القرد بشكل لا شعوري. وعلى الرغم من أن النقاط الجديدة كانت دقيقة للغاية، إلا أنها في بعض الأحيان كانت تُحَيِّز اختيارات القرد تجاه أي اتجاه كانت القردة تتحرك فيه. كان تأثير النقاط الجديدة أقوى إذا تمت إضافتها في وقت مبكر من التجربة، وفي أي نقطة كان متغيرُ قرارِ القرد منخفضًا – مما يشير إلى مستوى ضعيف من اليقين.

وقال البروفيسور نيوصم: “هذه التجربة الأخيرة، التي قادتها جيسي [ فيرهين ] ، سمحت لنا حقًا باستبعاد بعض النماذج الشائعة لصنع القرار”.  ووفقًا لأحد هذه النماذج، يتخذ الأشخاص والحيوانات قرارات بناءً على المجموع التراكمي للأدلة أثناء المحاولة. ولكن إذا كان هذا صحيحًا، فإن التحيز الذي أدخله الباحثون مع النقاط الجديدة كان يجب أن يكون له نفس التأثير بغض النظر عن وقت تقديمه. وبدلاً من ذلك، يبدو أن النتائج تدعم نموذجًا بديلًا، والذي ينص على أنه إذا كان لدى الشخص ثقة كافية في بناء القرار في ذهنه، أو قضى وقتًا طويلاً في المداولات، فإنه يكون أقل ميلًا للنظر في أدلة جديدة.

أسئلة جديدة ، فرص جديدة

بالفعل، يعيد مختبر شينوي هذه التجارب مع المشاركين البشر ذوي الاختلالات العصبية الذين يستخدمون نفس هذه الغرسات العصبية. وبسبب الاختلافات بين أدمغة الرئيسيات [رتبة من الثدييات تشمل البشر والقردة ، الخ]  البشرية وغير البشرية، قد تكون النتائج مفاجئة.

وتشمل التطبيقات المحتملة لهذا النظام، ما بعد دراسة صنع القرار، كتحقيقات الانتباه البصري أو الذاكرة العاملة أو العاطفة. ويعتقد الباحثون أن تقدمهم التكنولوجي الرئيسي – مراقبة وتفسير الحالات المعرفية السرية من خلال التسجيلات العصبية في الوقت الفعلي – يجب أن يكون ذا قيمة لعلم الأعصاب الإدراكي بشكل عام، وهم متحمسون لمعرفة كيف يبني الباحثون الآخرون على عملهم. وقال شينوي: “نأمل أن يجذب هذا البحث اهتمام بعض الطلاب الجامعيين أو طلاب الدراسات العليا الجدد، فيشاركون في دراسة هذه الأسئلة وحمل المهمة للأربعين عامًا القادمة”.

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://news.stanford.edu/press-releases/2021/01/25/watching-decision-making-brain/

الهوامش:

[١] تضم قائمة المؤلفين المشاركين في البحث كل من: (١) الباحثين السابقين من جامعة ستانفورد في مرحلة ما بعد الدكتوراه:  روزبيه كياني (الآن يعمل في جامعة نيويورك)، وجوناثان كاو (حاليًا يعمل في جامعة كاليفورنيا – لوس أنجلوس)، وتشاند تشاندراسيكاران (حاليًا يعمل في جامعة بوسطن)؛ (٢) بول نيوجوكيان، الأستاذ المساعد في الهندسة الحيوية وجراحة الأعصاب؛ (٣) مديرة المختبر السابقة سانيا فونغ والباحثة جوليان براون (الآن تعمل في جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو)؛ (٤) ستيفن ريو، أستاذ مساعد في الهندسة الكهربائية (وهو أيضًا رئيس قسم جراحة الأعصاب في مؤسسة بالو ألتو الطبية).

البروفيسور نيوصم، ونويوجوكيان، وشينوي هم أيضا أعضاء في ستانفورد بيو-اكس ، ومعهد “وو تساي” للعلوم العصبية.

[٢] تم تمويل هذا البحث من قبل: مؤسسة تشامباليماود في البرتغال؛ معهد هوارد هيوز الطبي؛ المعاهد الوطنية للصحة من خلال برنامج ستانفورد لتدريب علماء الطب؛ مؤسسة سيمونز لتعاون الدماغ العالمي؛ منحة بيو في العلوم الطبية الحيوية ؛ المعاهد الوطنية للصحة (بما في ذلك جائزة المدير للرواد)؛ جائزة علماء ماك نايت؛ مؤسسة العلوم الوطنية؛ المعهد الوطني للصمم واضطرابات التواصل الأخرى؛ المعهد الوطني للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية؛ وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة – مكتب التقنيات البيولوجية ( جائزة نيوروفاست )؛ ومكتب البحوث البحرية.