دانشمندان دانشگاه پرینستون به تازگی کشف کردهاند که مغز انسان از “بلوکهای شناختی قابل استفاده مجدد” برای ایجاد رفتارها و مهارتهای جدید استفاده میکند. این قابلیت مغز را به یک ابزار قدرتمند برای تطبیق سریع با موقعیتهای جدید تبدیل کرده است، در حالی که حتی پیشرفتهترین سیستمهای هوش مصنوعی با چنین انعطافپذیریای دستوپنجه نرم میکنند.
مغز در برابر هوش مصنوعی: برتری در انعطافپذیری
اگرچه هوش مصنوعی اکنون میتواند مقالههای برجسته تولید کند و در تشخیصهای پزشکی دقیق عمل کند، اما مغز انسان همچنان در یک حوزه حیاتی از ماشینها برتر است: انعطافپذیری. انسانها میتوانند اطلاعات جدید را جذب کرده و به راحتی با شرایط ناآشنا سازگار شوند. از یادگیری یک نرمافزار جدید گرفته تا دنبال کردن دستور پختی که قبلاً امتحان نکردهاید یا حتی یادگیری قوانین یک بازی جدید، مغز انسان در این موارد عملکرد فوقالعادهای دارد. اما سیستمهای هوش مصنوعی اغلب در یادگیری در لحظه و انطباق با شرایط جدید دچار مشکل میشوند.
راز انعطافپذیری مغز چیست؟
مطالعه جدیدی از دانشمندان علوم اعصاب پرینستون نشان میدهد که مغز انسان برای انجام وظایف مختلف، بارها و بارها از همان بلوکهای شناختی استفاده میکند. این بلوکها با ترکیب مجدد در روشهای جدید، به مغز امکان میدهند تا به سرعت رفتارها و مهارتهای تازه ایجاد کند.
دکتر تیم بوشمن، نویسنده ارشد این مطالعه و مدیر مؤسسه علوم اعصاب پرینستون، توضیح میدهد: “مدلهای پیشرفته هوش مصنوعی میتوانند در یک وظیفه خاص به عملکردی همسطح یا حتی فراتر از انسان دست یابند، اما در یادگیری و انجام چندین وظیفه مختلف دچار مشکل میشوند.” او اضافه میکند: “ما دریافتیم که مغز انعطافپذیری خود را از طریق استفاده مجدد از اجزای شناختی در وظایف مختلف به دست میآورد. با کنار هم قرار دادن این بلوکهای شناختی، مغز میتواند وظایف جدیدی را به سرعت ایجاد کند.”
این تحقیق که در تاریخ ۲۶ نوامبر در مجله Nature منتشر شده است، چشمانداز جدیدی درباره چگونگی یادگیری مغز انسان ارائه میدهد.
ساخت مهارتهای جدید از روی مهارتهای آشنا
مردم اغلب مهارتهای جدید را با تکیه بر تواناییهای مرتبطی که از قبل دارند یاد میگیرند. به عنوان مثال، فردی که در تعمیر دوچرخه مهارت دارد، ممکن است تعمیر موتور سیکلت را راحتتر یاد بگیرد. دانشمندان این فرآیند را که شامل ساخت مهارتهای جدید از روی مهارتهای سادهتر و موجود است، ترکیبپذیری (Compositionality) مینامند.
دکتر سینا تفاضلی، پژوهشگر فوق دکتری در آزمایشگاه بوشمن و نویسنده اصلی این مطالعه، میگوید: “اگر شما از قبل بلد باشید چطور نان بپزید، میتوانید از این توانایی برای پخت کیک استفاده کنید، بدون اینکه از ابتدا نیاز به یادگیری پخت داشته باشید.” او اضافه میکند: “شما مهارتهای موجود مانند استفاده از فر، اندازهگیری مواد و ورز دادن خمیر را بازاستفاده میکنید و آنها را با مهارتهای جدیدی مانند همزدن مواد و تزئین ترکیب میکنید تا چیزی کاملاً جدید خلق کنید.”
اگرچه ترکیبپذیری به عنوان یک قابلیت محوری در انعطافپذیری انسان شناخته شده است، شواهد مربوط به نحوه اجرای آن در مغز تا حد زیادی محدود و گاهی متناقض بوده است.
کمک میمونها به کشف استراتژی یادگیری مغز
برای بررسی دقیقتر این ایده، تفاضلی دو میمون رزوس نر را آموزش داد تا سه وظیفه مرتبط را انجام دهند، در حالی که فعالیت مغزی آنها ثبت میشد.
به جای وظایف واقعی مانند تعمیر وسایل یا پختوپز، میمونها چالشهای دستهبندی بصری انجام دادند. آنها اشکال رنگارنگی را روی یک صفحه نمایش مشاهده میکردند و باید تصمیم میگرفتند که آیا هر شکل بیشتر شبیه یک خرگوش است یا حرف “T” (دستهبندی شکل) یا اینکه بیشتر قرمز است یا سبز (دستهبندی رنگ).
سطح دشواری این وظایف از یک آزمایش به آزمایش دیگر متفاوت بود. برخی تصاویر به وضوح شبیه خرگوش یا به رنگ قرمز بودند، در حالی که برخی دیگر مبهمتر بودند و نیاز به قضاوت دقیقتری داشتند.
برای گزارش تصمیم خود، هر میمون باید نگاه خود را به یکی از چهار جهت معطوف میکرد. در یکی از وظایف، نگاه به سمت چپ نشاندهنده “خرگوش” و نگاه به سمت راست نشاندهنده “T” بود.
این طراحی آزمایشی به محققان این امکان را داد تا بررسی کنند که آیا مغز میمونها در هنگام اشتراک عناصر وظایف مختلف از الگوهای یکسان فعالیت عصبی استفاده میکند یا خیر.
قشر پیشپیشانی: خانه بلوکهای شناختی قابل استفاده مجدد
زمانی که تفاضلی و بوشمن فعالیت مغزی را بررسی کردند، دریافتند که قشر پیشپیشانی – بخشی از مغز که در تفکر سطح بالا نقش دارد – شامل چندین الگوی تکرارشونده فعالیت عصبی است. این الگوها در وظایف مختلف و هر زمان که نورونها به دنبال دستیابی به هدفی مشترک بودند، مانند تمایز رنگها، ظاهر میشدند.
بوشمن این الگوهای مشترک را “لگوهای شناختی مغز” نامید؛ مجموعهای از بلوکهای سازنده که میتوانند به روشهای مختلف کنار هم قرار گیرند تا رفتارهای جدید تولید کنند. او توضیح میدهد: “من یک بلوک شناختی را مانند یک تابع در یک برنامه کامپیوتری تصور میکنم. یک گروه از نورونها ممکن است رنگ را تشخیص دهند و خروجی آنها میتواند به یک تابع دیگر متصل شود که یک عمل را هدایت میکند. این سازماندهی به مغز اجازه میدهد تا یک وظیفه را از طریق اجرای متوالی هر جزء از آن وظیفه انجام دهد.”
این الگوهای مشترک به طور عمده در قشر پیشپیشانی مشاهده شدند و در سایر بخشهای مغز کمتر دیده شدند. این نشان میدهد که ترکیبپذیری ممکن است به طور ویژهای عملکرد تخصصی قشر پیشپیشانی باشد.
خاموش کردن بلوکهای غیرضروری برای افزایش تمرکز
یکی دیگر از یافتههای کلیدی این تحقیق این بود که قشر پیشپیشانی فعالیت برخی از بلوکهای شناختی را زمانی که نیازی به آنها نیست کاهش میدهد. این احتمالاً به مغز کمک میکند تا تمرکز بیشتری بر روی وظایف مرتبط داشته باشد.
تفاضلی میگوید: “مغز ظرفیت محدودی برای کنترل شناختی دارد. شما باید بخشی از تواناییهای خود را فشرده کنید تا بتوانید روی آنهایی که در حال حاضر مهم هستند تمرکز کنید. به عنوان مثال، تمرکز بر دستهبندی شکلها به طور موقت توانایی رمزگذاری رنگ را کاهش میدهد، زیرا هدف فعلی دستهبندی شکل است، نه رنگ.”
بلوکهای شناختی و تأثیر آنها بر هوش مصنوعی و سلامت انسان
این بلوکهای شناختی میتوانند توضیح دهند که چرا انسانها میتوانند وظایف جدید را به سرعت یاد بگیرند. به جای ایجاد هر رفتار از ابتدا، مغز از اجزای موجود استفاده میکند و از کارهای تکراری اجتناب میکند – قابلیتی که سیستمهای هوش مصنوعی فعلی به طور کلی از آن بیبهرهاند.
تفاضلی میگوید: “یک مسئله بزرگ در یادگیری ماشین، تداخل فاجعهآمیز است. وقتی یک ماشین یا شبکه عصبی مصنوعی چیزی جدید یاد میگیرد، حافظههای قبلی را فراموش کرده و بازنویسی میکند. اگر یک شبکه عصبی مصنوعی بلد باشد چطور کیک بپزد و سپس یاد بگیرد چطور کوکی درست کند، ممکن است فراموش کند چطور کیک بپزد.”
ادغام ترکیبپذیری در هوش مصنوعی میتواند به ایجاد سیستمهایی کمک کند که قادر به افزودن مهارتهای جدید باشند بدون اینکه مهارتهای قبلی خود را از دست بدهند.
این درک همچنین ممکن است بینشهایی برای درمان اختلالات عصبی و روانی ارائه دهد. شرایطی مانند اسکیزوفرنی، اختلال وسواس فکری-عملی و برخی انواع آسیبهای مغزی میتوانند توانایی افراد در اعمال مهارتهای آشنا در زمینههای جدید را دشوار کنند. این مشکلات ممکن است از اختلالات در توانایی مغز برای ترکیب و استفاده مجدد از بلوکهای شناختی ناشی شوند.
