اكتشف باحثون من وايزمان وجود تطابق بين أنماط ترميز الوجه في الدماغ البشري وأنظمة الذكاء الاصطناعي

لقد اعتدنا على التعرف على الوجوه دون التفكير مرة أخرى، لكن آلية الدماغ التي تجعل ذلك ممكنًا تظل غامضة. وفي دراسة جديدة نشرت اليوم في المجلة العلمية Nature Communications، ألقى علماء معهد وايزمان للعلوم ضوءًا جديدًا على هذه القدرة البشرية. ووجد الباحثون من مختبر البروفيسور رافي ملاخ في قسم البيولوجيا العصبية، تشابها واضحا بين طريقة ترميز الوجوه في الدماغ البشري وطريقة ترميزها في أنظمة الذكاء الاصطناعي التي تسمى "الشبكات العصبية العميقة".

لقد اعتدنا على التعرف على الوجوه دون التفكير مرة أخرى، لكن آلية الدماغ التي تجعل ذلك ممكنًا تظل غامضة. في دراسة جديدة نشرت اليوم في المجلة العلمية Nature Communicationsوألقى علماء معهد وايزمان للعلوم ضوءا جديدا على هذه القدرة البشرية. ووجد الباحثون من مختبر البروفيسور رافي ملاخ في قسم البيولوجيا العصبية، تشابها واضحا بين طريقة ترميز الوجوه في الدماغ البشري وطريقة ترميزها في أنظمة الذكاء الاصطناعي التي تسمى "الشبكات العصبية العميقة".

عندما نرى وجهًا، يتم تنشيط الخلايا العصبية المخصصة في القشرة البصرية التي تستجيب للوجوه وليس للأشياء الأخرى و"تطلق" إشاراتها. ولكن كيف يترجم تنشيط الخلايا العصبية الفردية في نهاية المطاف إلى التعرف على الوجه؟ اقترح البروفيسور ملاخ وطالب البحث شاني غروسمان دراسة هذا السؤال من خلال المقارنة بين نشاط الدماغ البشري ونشاط الشبكات العصبية العميقة. ويتم تدريب هذه الأنظمة المحوسبة، التي أحدثت ثورة في مجال الذكاء الاصطناعي، على أداء مهام مختلفة بناءً على قواعد بيانات كبيرة. وفي السنوات الأخيرة، تحسنت هذه الأنظمة بشكل كبير لدرجة أنها أصبحت الآن قادرة على أداء مهام تحديد الهوية بدرجة من النجاح تشبه البشر بل وأفضل منهم، خاصة في التعرف على الوجه.

قام غروسمان وغاي غازيف، وهو طالب بحث في قسم علوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية، بتحليل البيانات التي تم جمعها من مجموعة فريدة من المواضيع تتكون من مرضى الصرع الذين تم إدخال أقطاب كهربائية في أدمغتهم للتشخيص الطبي في مختبر الدكتور أشيش ميهتا في فينشتاين معهد البحوث الطبية في نيويورك. أثناء إقامتهم في المستشفى لهذا الغرض، تطوع المرضى لأداء مهام بحثية مختلفة. عُرضت على هؤلاء الأشخاص وجوه من قواعد بيانات صور مختلفة، بما في ذلك صور المشاهير، وتم قياس نشاط أدمغتهم من منطقة الدماغ المسؤولة عن الإدراك البصري للوجوه. اكتشف العلماء أن كل صورة من الصور المقدمة للمشاركين أدت إلى نمط فريد من تنشيط الخلايا العصبية، أي تنشيط مجموعات مختلفة من الخلايا العصبية بكثافة مختلفة. والشيء المثير للاهتمام هو أنه كانت هناك أزواج من الوجوه أدت إلى أنماط مماثلة من نشاط الدماغ - أي أن لديهم "بصمات" مماثلة من حيث نشاط الدماغ - وكانت هناك تلك التي أدت إلى أنماط مختلفة جدًا من النشاط.

أراد العلماء معرفة ما إذا كانت أنماط التوقيع التي اكتشفوها تلعب دورًا مهمًا في قدرتنا على التعرف على الوجوه. وللقيام بذلك، قاموا بمقارنة الطريقة التي يتعرف بها البشر على الوجوه بالطريقة التي تقوم بها شبكة عصبية عميقة تتمتع بقدرة التعرف المشابهة لقدرة البشر. هذه الشبكة مستوحاة من النظام البصري للإنسان، وتحتوي على مكونات صناعية تتوافق مع الخلايا العصبية. من أجل التعرف على الوجه، تقوم الخلايا العصبية الاصطناعية، التي يتم تنظيمها بشكل هرمي في أكثر من 20 "طبقة"، بمعالجة ميزات الوجه المختلفة - من أبسطها، مثل الخطوط والأشكال الأساسية، إلى تلك الأكثر تعقيدًا، مثل أجزاء العين أو غيرها. أجزاء الوجه، على أدق التفاصيل، مثل هوية شخص معين وافترض العلماء أنه بقدر ما تكون أنماط التشفير التي وجدوها في الدماغ ضرورية بالفعل للقدرة على التعرف على الوجوه، فقد يتم العثور على "توقيعات" مماثلة أيضًا في النظام الاصطناعي. ولاختبار ذلك، قدموا للنظام نفس الصور التي عرضوها على المتطوعين. ثم قاموا بالتحقق مما إذا كانت الصور أدت إلى أنماط تنشيط فريدة ذات بنية مشابهة لتلك التي تم اكتشافها لدى المتطوعين.

اكتشف العلماء أن هناك بالفعل تشابهًا واضحًا بين أنظمة تحديد الهوية لدى البشر والشبكة الاصطناعية. وكان التشابه يقتصر فقط على الطبقات الوسطى من الشبكة، أي تلك التي تشفر مظهر الوجه نفسه، وليس الهوية الأكثر تجريدًا لصاحب الوجه. يقول البروفيسور ملاخ: "يمكنك أن تتعلم الكثير من حقيقة أن نظامين مختلفين - النظام البيولوجي والنظام الاصطناعي - قد طورا خصائص مماثلة". "أود أن أسميها التطور المتقارب - تمامًا مثل أجنحة الطائرات التي صنعها الإنسان والتي تشبه أجنحة الحشرات والطيور وحتى الثدييات. ويشير هذا التقارب إلى أهمية أنماط الترميز الفريدة في التعرف على الوجه."

يقول غروسمان: "تدعم النتائج التي توصلنا إليها النظرية القائلة بأن أنماط التنشيط الفريدة للخلايا العصبية استجابةً للوجوه المختلفة، والعلاقة بين هذه الأنماط، تلعب دورًا رئيسيًا في الطريقة التي يتعرف بها الدماغ على الوجوه". "قد تؤدي هذه النتائج، من ناحية، إلى تعزيز فهم كيفية ترميز إدراك الوجوه والتعرف عليها في الدماغ البشري، ومن ناحية أخرى، تساعد في تحسين أداء الشبكات الاصطناعية من خلال تكيفها مع أنماط استجابة الدماغ. ".

كما شارك في الدراسة ميشال هاريل من قسم البيولوجيا العصبية، والبروفيسور ميشال إيراني من قسم علوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية وأعضاء مجموعة الدكتور ميهتا في معهد فينشتاين للأبحاث الطبية في الولايات المتحدة.

للمادة العلمية