جمال اسماعیلی٬ دانشگاه ال ام یو٬ مونیخ

آیا پدیده های پیچیده ذهنی مثل تفکر، احساسات و آگاهی برخاسته از پردازش هایی است که در سطح نرون و اتصالات آنها انجام می شود؟ یا اینکه هیچ سلول عصبی یا سیناپس خاصی به تنهایی مسئول نیست و این پدیده ها در واقع نوعی از “بازنمایی اطلاعات در مغز” هستند ؟

برای توصیف رفتار هر سیستم پیچیده ای، لازم است که اول “سطح توصیف” مورد نظر به دقت مشخص شود. سطحی که توصیف سیستم از آن آغاز می گردد، فرضی است که بنیان و فلسفه مدل توصیفی ما را شکل می دهد. برای مثال، برای توصیف عملکرد یه ساعت مچی حتما می توان از سطح مولکول های تشکیل دهنده قطعات آن شروع کنیم اما بهتر است رابطه بین شکل و رفتار چرخ دنده ها را در درجه اول اهمیت قرار دهیم. هنگامی که در مورد یک سیستم پیچیده زنده مثل مغز صحبت میکنیم، اهمیت این موضوع بیشتر است: هدف ما از مطالعه فعالیت های شناختی مغز رسیدن به کدام سطح از توصیف است؟ در این پست, به صورت خلاصه نگاهی میکنیم به مقاله ای از دیوید باراک و جان کراکائور که به این سوال پرداخته اند. 

نویسندگان برای فهم بهتر انتخاب سطح ابتدایی مدل توصیفی مثال زیر را ارائه می دهند:

فرض کنید بر اثر برخورد توپ بیسبال، شیشه شکسته است. دلیل این پدیده چه می تواند باشد؟

۱. شیشه شکسته است چون توپ به آن برخورد کرده است 

۲. سرعت و تکانه توپ شکستن شیشه را توضیح میدهد 

۳. شیشه به این دلیل شکسته است که از مواد غیر مستحکم تشکیل شده است 

۴. شکستنی بودن شیشه قابل توصیف با خصوصیات مولکولی تشکیل دهنده شیشه است 

۵. فیزیولوژی حرکت دست و نحوه پرتاب توپ می تواند شکستن شیشه را توضیح دهد 

۶. نحوه ساخت شیشه می تواند شکستنی بود آن را توضیح دهد

این زنجیره علت و معلول را می توان تا ابد ادامه داد. سوال مقاله اینست که وقتی در مورد مغز یک موجود زنده صحبت میکنیم سطح درست توضیح پدیده ی مشاهده شده (مغز) باید کجا باشد؟ به عبارت دیگر٬ پرسیدن کدام سوال درست است؟

دو نگاه اصلی در توصیف فعالیت های شناختی مغزی وجود دارد که چندان با هم سازگار نیستند. این دو نگاه در واقع سطوح مختلفی از توصیف را انتخاب می کنند. یک نگاه می گوید شناخت ذهنی حاصل اتصال دقیق و سیناپس به سیناپس نورون ها با همدیگر ست. در این رویکرد، آنچه باعث تنوع رفتارهای شناختی می شود با فهم کارکرد تک نورون ها و اتصالات آنها قابل توصیف است: سخت افزار مغز شناخت را ایجاد می کند. به این نگاه، رویکرد شرینگتونی گفته می شود. 

نگاه دیگر بر مفهوم بازنمایی اطلاعات (representation of information) در مغز تکیه می کند. فعالیت شناختی مغز در این نگاه حاصل ارتباط و جابجایی بین این بازنمایی ها شده است. این فضاهای بازنمایی شده خود نیز محصول فعالیت های نورون های درگیر هستند همانند نرم افزار کامپیوتری که برای موجودیت نیاز به سخت افزار دارد. اما نکته حائز اهمیت این است که در این نگاه، بازنمایی اطلاعات در سطح اول توصیف قرار دارد، نه فعالیت نورون ها و اتصال دقیق آنها. این نگاه هاپفیلدی نام دارد.

برای فهم بهتر تفاوت این دو نگاه می توان به مثال معروف «یای مانعه الجمع»  XOR رجوع کرد: مسئله XOR (انتخاب یکی از دو گزینه اما نه انتخاب یا رد هر دوی آنها) بر خلاف مسئله OR (انتخاب بین دو گزینه بدون پیش شرط) به صورت خطی قابل توصیف نیست

ساده ترین مداری که می توان برای مسئله XOR پیشنهاد داد مداری شبیه این است.

حتی اگر به فرض های این مدار اعم از محاسبات غیر خطی (قدر مطلق) و وجود وزن منفی توجه نکنیم، این مثال نشان می دهد که برای مساله به ظاهرساده ای مثل XOR، یک نرون به تنهایی پاسخگو نخواهد بود. ایده اینکه مغز برای هر انتخابی شبیه XOR مداری شبیه شکل بالا را دارد بسیار غیر عملی بنظر می رسد. در مقابل، نگاه هاپفیلدی معتقد است که “بازنمایی” این مساله در فضایی با ابعاد بیشتر (مثلا سه بعد) می تواند مسئله را به راحتی حل کند . بنابراین آنچه باعث حل عملی این مسئله می شود مدار نورونی بخصوصی نیست بلکه “بازنمایی” متفاوت از مسئله است.

در مکتب شرینگتونی، در افراطی ترین مورد، تلاش می شود که فعالیت های پیچیده شناختی به فعالیت تک نورون نسبت داده شود: تک نرون در سطح اول توصیف فعالیت شناختی انسان تصور می شود. شاید این نگاه آنچنان پذیرفتنی بنظر نرسد ولی بسیاری از محققان به این مکتب باور داشته و تلاش می کنند فعالیت های بسیار پیچیده شناختی را با فعالیت تک نرون توضیح دهند (به عنوان مثال مقاله بسیار جالب محسن جمالی و همکاران در مورد نورونهای theory of mind و مقاله مشهور رودریگو کیان-کوئیروگا و کریستف کخ و همکاران در مورد نورونهای جنیفر انیستون را ببیند).

در مقابل ، باراک و کراکاوئر نمونه های زیادی را مطرح میکنند که در آنها اهمیت بازنمایی مشخص می شود. آنچه باعث پیش بینی و توصیف رفتار آزمودنی می شود نه نورون های پاسخگو بلکه ابعاد فضای بازنمایی شده نورونی است. نکته جالب توجه وابستگی این فضای بازنمایی شده به نورون های “غیر پاسخگو” است. نورون های غیر پاسخگو باعث افزایش بعد فضای نرونی بازنمایی شده و در نهایت باعث افزایش دقت آزمودنی می گردند. در این صورت “پاسخ” نورون ها در درجه دوم اهمیت نسبت به بازنمایی قرار می گیرد. نویسندگان این پژوهش تلاش نمی کنند که اهمیت کارکرد نورون و اتصالات بین آنها را زیر سوال ببرند. نتیجه گیری کار باراک و همکاران این است که بازنمایی باید در درجه اول اهمیت قرار گیرد ، نه نورون.