كيف ترى العين والكمبيوتر وكيف يتعلم الكمبيوتر التعرف على ما يراه؟

مقابلة مع البروفيسور يائير فايس بمناسبة فوزه بجائزة برونو

العين هي أحد أسرار الطبيعة العظيمة، وهي أهم واجهة للحيوانات، بما في ذلك الإنسان، مع بيئتها. ومع ذلك، في الواقع، يوضح البروفيسور يائير فايس من كلية علوم وهندسة الكمبيوتر، الجامعة العبرية في القدس، أنه عندما ننظر ونرى، على سبيل المثال، حقلاً من الزهور أمامنا، يتم إجراء بعض العمليات فقط بالعين ومعظمها يتم بالدماغ.

يقوم الدماغ بتفسير الإشارات التي يستقبلها شبكية العين ويعالجها باستخدام خوارزمية لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر حتى يومنا هذا تقليدها بشكل فعال. لدرجة أنه حتى دماغ فتاة تبلغ من العمر ثلاث سنوات مزود بالقدرة على تحليل الصور بشكل أفضل من أقوى أجهزة الكمبيوتر المتوفرة اليوم. سؤال بحث البروفيسور فايس هو ما هي الخوارزمية وما هي المبادئ التي توجه هذه الحسابات. إن فهم الخوارزمية التي يستخدمها الدماغ أمر مهم ومثير للاهتمام. سيكون تحسين رؤية أجهزة الكمبيوتر أحد النتائج الثانوية لهذا الفهم.

ويؤكد البروفيسور فايس أن فهم الخوارزمية التي يستخدمها الدماغ يمكن أن يتم دون فهم الخلية العصبية المحددة التي تنفذ الخوارزمية بالضبط، تمامًا كما لا يحتاج المرء إلى فهم كيفية عمل الدوائر في الكمبيوتر، عند استخدام برنامج WORD.

إذن ماذا يعني أن ترى؟ يوضح البروفيسور فايس أن الرؤية هي في الواقع إجراء عملية حسابية. "عندما ينظر الشخص إلى صفحة حمراء، على سبيل المثال، فإن إدراك أن الصفحة حمراء هو عملية معقدة للغاية لأن الإشارة التي تدخل شبكية العين تعتمد على كل من خصائص الصفحة ولون الضوء. سوف تسبب إضاءة الغرفة الأرجوانية إشارة مختلفة عن الإشارة التي ستصل بالضوء الأبيض. نحن كبشر ليس لدينا مشكلة في النظر إلى الفاكهة وتحديد لونها، ولا يهم إذا كنا ننظر إليها عند غروب الشمس، أو في الظل، أو تحت شمس ساطعة أو ضوء الفلورسنت. من ناحية أخرى، بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر أو الروبوتات التي تحاول تحديد ألوان الأشياء في العالم، فهذه مشكلة صعبة.

يقوم البشر بإجراء عملية حسابية تعتمد على الصورة التي نراها وتجربتنا. ننظر إلى تفاصيل أكثر في المشهد مثل حدود الضوء والظل، وإذا كانت الفاكهة في الضوء أو الظل. نحن نفحص الصورة المستلمة على شبكية العين مقابل رؤى حول سلوك الضوء ونربط الإشارات التي نعرفها من تجربتنا ونقرر، على سبيل المثال، ما إذا كان الشيك يستحق المخمل أم لا. أجهزة الكمبيوتر لا تستطيع أن تفعل ذلك.

"النهج الذي أتبعه هو نهج التعلم. هناك معرفة مسبقة نفترضها عن العالم بالإضافة إلى الإشارات التي تصل إلى شبكية العين وإحدى الطرق هي أن نسأل كيف تعلمنا هذه المعرفة المسبقة. عندما يكبر الطفل، يكون مهتمًا بالضوء والظل، وعندما يبلغ من العمر ما يكفي ليكون قادرًا على القيام بذلك، يقوم بتشغيل الضوء وإطفائه، وينظر إلى الأشياء من جميع أنواع الزوايا.

في بحثي، أسأل كيف يمكن تعلم القوانين التي يحكمها العالم البصري من خلال العديد من التجارب. ويطلق عليه البعض أيضًا اسم التعلم الحاسوبي أو التعلم الحسابي. وسؤال آخر بعد أن عرفنا كيف يفترض أن يتصرف العالم والآن رأيت شيكًا جديدًا، كيف أقوم بتوصيل هذه الإشارات لأعرف ما هو لون الشيك.

من هو الشخص الذي أثر فيك أكثر؟
ربما ليس الرجل، بل الكتاب الذي أثر فيّ حقًا: VISION لباحث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يدعى ديفيد مار، الذي توفي قبل نشر الكتاب. وعلى الرغم من أنني لا أتعامل بشكل محدد مع المشكلات التي تناولها، إلا أنه شجعني على المغامرة في هذا المجال.

ووفقا له، لا ينبغي للمجتمع الأكاديمي أن يكون منغلقا، ويجب أن يجعل العلوم في متناول عامة الناس، من أجل جذب الفضوليين إلى مهنة علمية. وهو يفعل ذلك شخصيًا كجزء من معهد ماجد بالجامعة العبرية في محاضرة عن الخدع البصرية.

حول
البروفيسور يائير فايس هو أستاذ مشارك في كلية علوم وهندسة الحاسوب، الجامعة العبرية في القدس. حصل على درجة الدكتوراه في الحساب العصبي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عام 1998، بعد أبحاثه في مجال الأوهام البصرية. ثم أمضى ثلاث سنوات كزميل ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا، بيركلي. في عام 2001 التحق بالجامعة العبرية.