تطوير أداة ذكاء اصطناعي لكشف أسرار المخيخ
يتطلب فهم وعلاج اضطرابات الدماغ مثل الرعشة وعدم التوازن واضطرابات الكلام معرفة عميقة بالمخيخ، وهو جزء من الدماغ ضروري لإجراء الحركات الدقيقة.
لطالما تمكن العلماء من التنصت على الإشارات الكهربائية التي تنقلها الخلايا العصبية (خلايا الدماغ) في المخيخ وتسجيلها، مما سمح لهم بمراقبة الإشارات الداخلة إلى هذه المنطقة والخارجة منها.
إلا أن العمليات الحسابية التي يجريها الدماغ بين المدخلات والمخرجات ظلت غامضة إلى حد كبير.
لكن هذا الوضع يتغير الآن، فقد ابتكر فريق من الباحثين، بمن فيهم باحثون من كلية بايلور للطب، أداة ذكاء اصطناعي قادرة على تحديد نوع الخلية العصبية التي تُنتج إشارات كهربائية تُسجلها المخيخ أثناء السلوك، مما يُتيح فهمًا جديدًا لكيفية عمل المخيخ.
تصف الدراسة، التي نشرت في مجلة Cell، الأداة، وهي عبارة عن مصنف تعليمي عميق شبه خاضع للإشراف، بأنها تسمح للباحثين بفهم دور المخيخ عبر العديد من السلوكيات.
قال الدكتور خافيير ميدينا، أستاذ مؤسسة براون ومدير مركز علوم الأعصاب والذكاء الاصطناعي في كلية بايلور للطب، والمؤلف الرئيسي للدراسة: "عندما نسجل نشاط الخلايا العصبية باستخدام أقطاب كهربائية خارج الخلية، فإن الأمر يشبه الاستماع إلى محادثة مزدحمة بين مجموعات من الأشخاص، كل منهم يتحدث لغة مختلفة - بعضهم بالإسبانية، والبعض الآخر بالإنجليزية أو الألمانية - كلهم يتحدثون في وقت واحد".
وأضاف: "تتيح لنا أداة الذكاء الاصطناعي الجديدة تحديد المجموعة التي ينتمي إليها كل خلية عصبية مسجلة من خلال تحديد "اللغة" التي تستخدمها، بناءً على توقيعها الكهربائي".
تقدم ثوري
يُعد هذا تقدمًا ثوريًا، لأنه يُمهد الطريق للخطوة الأولى نحو فك تشفير محتوى المحادثات العصبية، أي فهم من يتحدث، وبهذا، أصبح الباب مفتوحًا الآن لاكتشاف ما تقوله الخلايا العصبية المختلفة لبعضها البعض.
عرف العلماء منذ فترة طويلة أن الخلايا العصبية مترابطة مع بعضها البعض وكانوا قادرين على تسجيل الخلايا العصبية المدخلة والخلايا العصبية المخرجة فقط.
قال الدكتور ستيفن ليسبرجر، أحد المؤلفين الرئيسيين السبعة المشاركين في الدراسة، وهو يسترجع ذكرياته عندما بدأ مسيرته المهنية: "لم نتمكن من فهم كيفية تحول الإشارات الواردة إلى البنية إلى إشارات الإخراج. لم نتمكن من تحديد كيفية قيام الدماغ بذلك".
لا تكشف التقنيات المتقدمة المستخدمة لتسجيل الإشارات الكهربائية عن نوع العصبون الذي ولّدها، إذا استطعتَ الإجابة عن كيفية عمل الدائرة، يُمكنكَ تحديد كيفية توليد الدماغ للسلوك.
يُمثّل هذا الاكتشاف نقطة تحول، ويُبشّر بالمساعدة في الإجابة على هذه الأسئلة.
لبناء المُصنِّف، كان على العلماء أولًا قياس البصمات الكهربائية الفريدة لمختلف أنواع الخلايا العصبية داخل المخيخ.
باستخدام تجارب البصريات الوراثية، التي تُدخل فيها جينات البروتينات الحساسة للضوء إلى أنواع محددة من الخلايا العصبية، قام الباحثون بـ"وسم" النشاط الكهربائي لكل نوع من أنواع الخلايا العصبية المخيخية.
وباستخدام هذه التوقيعات الكهربائية، قاموا بتدريب مصنف التعلم العميق الخاص بهم لفرز النشاط المسجل من المخيخ حسب نوع الخلية العصبية.
وقال الدكتور ديفيد هيرزفيلد، الباحث المشارك الأول، وهو أحد المؤلفين السبعة الأوائل المشاركين في هذه الورقة البحثية: "إن هذه الأداة تمثل تقدما كبيرا في قدرتنا على التحقيق في كيفية معالجة المخيخ للمعلومات".
وأضاف: "آمل أن تلهم تقنياتنا الباحثين الذين يدرسون مناطق أخرى من الدماغ لبناء أدوات تطابق النشاط العصبي مع هوية الخلايا العصبية، مما يساعد في الكشف عن كيفية عمل الدوائر المختلفة وفي نهاية المطاف تمهيد الطريق لطرق جديدة لعلاج الاضطرابات العصبية".
