دراسة: الجمل المعقدة تجعل شبكة اللغة في الدماغ تعمل بجهد أكبر

بمساعدة شبكة لغة اصطناعية، اكتشف علماء الأعصاب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا نوع الجمل التي من المرجح أن تنشط مراكز معالجة اللغة الرئيسية في الدماغ.

تكشف الدراسة الجديدة أن الجمل الأكثر تعقيدًا، إما بسبب القواعد النحوية غير المعتادة أو المعنى غير المتوقع، تولد استجابات أقوى في مراكز معالجة اللغة هذه، وفقا لما تم نشره في موقع ميديكال إكسبريس.

الجمل المباشرة جدًا بالكاد تتفاعل مع هذه المناطق، كما أن تسلسل الكلمات غير المنطقية لا يفيدها كثيرًا أيضًا.

على سبيل المثال، وجد الباحثون أن شبكة الدماغ هذه كانت أكثر نشاطًا عند قراءة جمل غير عادية مثل «إشارات الشراء والبيع تظل معينة»، مأخوذة من مجموعة بيانات لغوية متاحة للجمهور تسمى C4.

ومع ذلك، فقد أصبح الأمر هادئًا عند قراءة شيء واضح جدًا، مثل «كنا نجلس على الأريكة».

تقول إيفيلينا فيدورينكو، الأستاذة المشاركة في علم الأعصاب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وعضو في معهد ماكغفرن لأبحاث الدماغ التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: «يجب أن تكون المدخلات شبيهة باللغة بدرجة كافية لإشراك النظام».

وأضافت: «ضمن هذا الفضاء، إذا كانت الأمور سهلة المعالجة حقًا، فلن يكون لديك الكثير من الاستجابة، ولكن إذا أصبحت الأمور صعبة، أو مفاجئة، إذا كان هناك بناء غير عادي أو مجموعة غير عادية من الكلمات التي ربما لا تكون على دراية كبيرة، ثم يتعين على الشبكة أن تعمل بجد أكبر».

فيدورينكو هي المؤلفة الرئيسية للدراسة التي تظهر اليوم في مجلة Nature Human Behavior.

لغة المعالجة

ركز الباحثون في هذه الدراسة على مناطق معالجة اللغة الموجودة في النصف الأيسر من الدماغ، والذي يشمل منطقة بروكا بالإضافة إلى أجزاء أخرى من الفص الجبهي الأيسر والفص الصدغي للدماغ.

يقول تاكيوت: «إن شبكة اللغات هذه انتقائية للغاية للغة، ولكن كان من الصعب معرفة ما يحدث في هذه المناطق اللغوية، أردنا اكتشاف أنواع الجمل، وأنواع المدخلات اللغوية، التي تحرك شبكة اللغة في النصف الأيسر من الكرة الأرضية».

بدأ الباحثون بتجميع مجموعة من 1000 جملة مأخوذة من مجموعة واسعة من المصادر - الخيال، ونسخ الكلمات المنطوقة، ونصوص الويب، والمقالات العلمية، من بين العديد من المصادر الأخرى.

قرأ 5 مشاركين من البشر كل جملة بينما قام الباحثون بقياس نشاط شبكة لغتهم باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI).

بعد ذلك، أدخل الباحثون تلك الجمل الألف نفسها في نموذج لغوي كبير - وهو نموذج مشابه لـ ChatGPT، الذي يتعلم توليد اللغة وفهمها من خلال التنبؤ بالكلمة التالية بكميات هائلة من النص - وقاموا بقياس أنماط تنشيط النموذج استجابةً لكل منها.

بمجرد حصولهم على كل هذه البيانات، قام الباحثون بتدريب نموذج رسم الخرائط، المعروف باسم «نموذج التشفير»، والذي يربط أنماط التنشيط التي تظهر في الدماغ البشري مع تلك التي لوحظت في نموذج اللغة الاصطناعية.

بمجرد تدريب النموذج، يمكنه التنبؤ بكيفية استجابة شبكة اللغة البشرية لأي جملة جديدة بناءً على كيفية استجابة شبكة اللغة الاصطناعية لهذه الجمل الألف.

استخدم الباحثون بعد ذلك نموذج التشفير لتحديد 500 جملة جديدة من شأنها أن تولد أقصى قدر من النشاط في الدماغ البشري (الجمل المحفزة)، بالإضافة إلى الجمل التي من شأنها أن تثير الحد الأدنى من النشاط في شبكة اللغة في الدماغ (الجمل المثبطة).

وفي مجموعة مكونة من 3 مشاركين بشريين جدد، وجد الباحثون أن هذه الجمل الجديدة أدت بالفعل إلى تحفيز وقمع نشاط الدماغ كما كان متوقعًا.

يقول تاكيوت: «إن تعديل الحلقة المغلقة لنشاط الدماغ أثناء معالجة اللغة أمر جديد، تُظهر دراستنا أن النموذج الذي نستخدمه (الذي يربط بين تنشيطات نموذج اللغة واستجابات الدماغ) دقيق بما يكفي للقيام بذلك، وهذا هو أول دليل على هذا النهج في مناطق الدماغ المرتبطة بالإدراك عالي المستوى، مثل شبكة اللغة».

التعقيد اللغوي

لمعرفة السبب الذي يجعل بعض الجمل تحفز النشاط أكثر من غيرها، قام الباحثون بتحليل الجمل بناءً على 11 خاصية لغوية مختلفة، بما في ذلك النحوية والمعقولية والتكافؤ العاطفي (إيجابي أو سلبي)، ومدى سهولة تصور محتوى الجملة.

بالنسبة لكل من هذه الخصائص، طلب الباحثون من المشاركين من منصات التعهيد الجماعي تقييم الجمل، كما استخدموا أيضًا تقنية حسابية لتحديد مدى مفاجأة كل جملة، أو مدى عدم شيوعها مقارنة بالجمل الأخرى.

وكشف هذا التحليل أن الجمل ذات المفاجأة العالية تولد استجابات أعلى في الدماغ.

يقول الباحثون إن هذا يتوافق مع الدراسات السابقة التي أظهرت أن الأشخاص يواجهون صعوبة أكبر في معالجة الجمل مع قدر أكبر من المفاجأة.

من الخصائص اللغوية الأخرى التي ارتبطت باستجابات شبكة اللغة التعقيد اللغوي، والذي يقاس بمدى التزام الجملة بقواعد قواعد اللغة الإنجليزية ومدى معقوليتها، أي مدى منطقية المحتوى، بصرف النظر عن القواعد.

ويخطط الباحثون الآن لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم توسيع هذه النتائج لتشمل المتحدثين بلغات أخرى غير الإنجليزية. ويأملون أيضًا في استكشاف نوع المحفزات التي قد تنشط مناطق معالجة اللغة في النصف الأيمن من الدماغ.