كيف يقوم الدماغ البشري بتصفية الضوضاء؟

اكتشف فريق متعدد التخصصات من الباحثين كيف يساعد التثبيط الجانبي أدمغتنا على معالجة المعلومات البصرية، ويمكن أن يوسع معرفتنا بالإدراك الحسي.

قد سؤدي هذا إلى تطبيقات في الطب العصبي والذكاء الاصطناعي.

التثبيط الجانبي

التثبيط الجانبي هو عندما تُثبِّط بعض الخلايا العصبية نشاط الخلايا العصبية المجاورة لها.

تخيَّل فنانًا يرسم، فيُغمِّق الخطوط المحيطة بالخطوط، ويُسلِّط الضوء على الحدود بين الأشياء والفضاء، أو بين الأشياء والأشياء الأخرى، وبالمثل، في الجهاز البصري، يُعزِّز التثبيط الجانبي التباين بين المُحفِّزات البصرية المختلفة.

قال الباحث الرئيسي بلال حيدر، الأستاذ المشارك في قسم والاس هـ. كولتر للهندسة الطبية الحيوية: "يُلقي هذا البحث الضوء على كيفية قيام نظامنا البصري ليس فقط بتسليط الضوء على الأشياء المهمة، بل أيضًا بقمع المعلومات غير ذات الصلة في الخلفية".

وأضاف: "إن هذه القدرة على تصفية المشتتات أمر بالغ الأهمية".

إن فهم كيفية عمل هذه الآليات المثبطة قد يوفر رؤى حول سبب مواجهة الأشخاص صعوبة في تصفية المشتتات أو التركيز على ما هو مهم في حالات مثل التوحد أو اضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه.

قال حيدر، الذي نشر فريقه عمله هذا الشهر في مجلة نيتشر نيوروساينس: "قد تؤثر نتائجنا أيضًا على كيفية تصميمنا للذكاء الاصطناعي والشبكات العصبية ".

وأضاف: "تتعامل أنظمة الذكاء الاصطناعي الحالية مع جميع وحدات الحوسبة على قدم المساواة، لكن الدماغ اكتشف كيفية تعيين أدوار حوسبة متخصصة".

وقال حيدر: "إن التعاون مع علماء الرياضيات لفهم المبادئ الحسابية الكامنة وراء هذه العمليات المثبطة هو مثال رائع لكيفية قدرة علم الأعصاب على إعلام مجالات مثل الذكاء الاصطناعي".

ضبط الإدراك الدقيق

ركزت الدراسة على نوعين من الخلايا العصبية المثبطة في القشرة البصرية: خلايا البارفالبومين (PV) وخلايا السوماتوستاتين (SST).

استخدم الباحثون علم البصريات الوراثية - وهي تقنية تستخدم الضوء للتحكم في نشاط الخلايا - لتنشيط خلايا البارفالبومين (PV) وخلايا السوماتوستاتين (SST) في القشرة البصرية للفئران. وكانت النتائج مذهلة.

قال حيدر: "اللافت للنظر أن أنواعًا مختلفة من الخلايا العصبية المثبطة، على ما يبدو، تُجري حسابات رياضية مُختلفة لتحقيق هذا التثبيط للمجال البصري، إنها ليست عملية واحدة تُناسب الجميع".

عندما فعّل الفريق الخلايا العصبية الضوئية، انخفضت حساسية التباين البصري بالتساوي، كما لو كان خفض سطوع شاشة الحاسوب، أما تنشيط الخلايا العصبية الظهارية الشفافة، فقد أدى إلى تغيير أكثر دقة، ما غيّر ميل منحنى حساسية التباين، وهو رسم بياني يوضح مدى قدرة نظامك البصري على استشعار التباين.

قال حيدر: "بشكل أساسي، تُحسّن عصبونات الـ SST إدراكنا للتباين بشكل أقوى من خلال تقليل الإشارات الإضافية غير الضرورية، هذا هو التثبيط الجانبي. تلعب هذه العصبونات المثبطة دورًا رئيسيًا في إدراكنا، لقد طور الدماغ هذا التوصيل الدقيق وتقسيم العمل بين أنواع العصبونات المختلفة ليكون بمثابة مكابح في النظام البصري، وهو أمر لا يقل أهمية عن المسرّع".

يتجاوز تأثير التثبيط الجانبي النظام البصري، فقد تكون هناك عمليات مماثلة تعمل في حواس أخرى، مثل السمع واللمس.

ومع تطور فهم العلماء لكيفية تصفية الدماغ للمعلومات الحسية، قد يكتشفون طرقًا جديدة لتحسين تجربتنا الحسية الشاملة أو استعادتها.