العلماء يعيدون بناء ما رأته الفئران من نشاط الدماغ فقط.. فيديوهات مدتها 10 ثوانٍ تكشف كيف يصنع المخ الواقع

تخيل أن يشاهد شخص مقطع فيديو، ثم تُغلق الشاشة تمامًا، وبعد ذلك يحاول العلماء إعادة تكوين المشاهد التي شاهدها اعتمادًا فقط على النشاط الكهربائي والعصبي داخل دماغه.

ما كان يبدو لسنوات فكرة من أفلام الخيال العلمي أصبح أقرب إلى الواقع في تجربة مثيرة أجراها باحثون في University College London.

فقد تمكن العلماء من إعادة بناء مقاطع فيديو طبيعية مدتها 10 ثوانٍ من نشاط الخلايا العصبية في القشرة البصرية لدى الفئران، دون إعطاء النظام نسخة من الفيديو المطلوب إعادة بنائه أثناء مرحلة الاختبار.

والنتيجة لم تكن نسخة مطابقة تمامًا لما شاهدته الحيوانات، لكنها احتفظت بجزء واضح من الحركة والأشكال والبنية العامة للمشهد.

ونُشرت الدراسة في مجلة eLife تحت عنوان Movie reconstruction from mouse visual cortex activity.

اقرأ الدراسة الأصلية في eLife

كما نشرت University College London شرحًا رسميًا للنتائج والطريقة التي استخدمها الفريق.

تقرير UCL الرسمي عن الدراسة

كيف يمكن تحويل نشاط الدماغ إلى فيديو؟

العين لا ترسل إلى الدماغ صورة جاهزة مثل ملف JPEG أو إطار فيديو.

عندما يصل الضوء إلى العين، تتحول المعلومات البصرية إلى إشارات عصبية تمر عبر عدة مراحل حتى تصل إلى مناطق في الدماغ، من أهمها القشرة البصرية الأولية V1.

وهناك تبدأ مجموعات ضخمة من الخلايا العصبية في الاستجابة لعناصر مختلفة من المشهد مثل الاتجاه والحركة والتباين والحواف.

الفكرة التي اختبرها الباحثون كانت بسيطة في صياغتها لكنها معقدة جدًا في تنفيذها:

إذا كنا نعرف كيف تستجيب آلاف الخلايا العصبية عندما يشاهد الفأر شيئًا ما، فهل نستطيع العمل بالعكس والوصول من النشاط العصبي إلى الصورة التي سببت هذا النشاط؟

الإجابة التي قدمتها الدراسة هي: نعم، إلى حد معين.

نحو 8000 خلية عصبية لكل فأر

استخدم الباحثون بيانات متاحة من مسابقة بحثية تسمى Sensorium 2023.

وتضمنت البيانات تسجيل نشاط نحو 8000 خلية عصبية تقريبًا من القشرة البصرية لكل فأر، إلى جانب معلومات مثل حركة الحيوان واتساع حدقة العين.

وكانت البيانات الأصلية مأخوذة من 10 فئران باستخدام تقنية تصوير تعرف باسم Two-Photon Calcium Imaging.

هذه التقنية لا تقرأ الأفكار أو الذكريات، وإنما ترصد تغيرات مرتبطة بنشاط الخلايا العصبية من خلال إشارات الكالسيوم داخل الخلية.

وتوضح الورقة العلمية أن الباحثين أعادوا بناء عشرة مقاطع فيديو طبيعية مدتها 10 ثوانٍ مأخوذة من خمسة فئران.

تفاصيل التجربة في PubMed

الفيديو يعمل بسرعة 30 إطارًا في الثانية

لم تكن التجربة مجرد محاولة لإعادة إنتاج صورة ثابتة.

تمكن الباحثون من إعادة بناء فيديوهات طول كل منها 10 ثوانٍ بمعدل 30 إطارًا في الثانية.

وهذا يعني أن النموذج لم يكن مطالبًا بتخمين شكل مشهد واحد فقط، بل بتتبع تغير الصورة والحركة بمرور الوقت.

ووفق الدراسة، وصل الارتباط على مستوى البكسلات بين الفيديو الحقيقي والفيديو المعاد بناؤه إلى نحو 0.57.

وهو رقم لا يعني أن الفيديو المعاد تكوينه مطابق للأصل بنسبة 57% ببساطة، لكنه مقياس إحصائي لمدى تشابه البنية البصرية بين النسختين.

النتائج الكاملة في eLife

كيف بدأ العلماء من شاشة فارغة؟

هنا تأتي أكثر أجزاء التجربة إثارة.

استخدم الباحثون نموذجًا حاسوبيًا متقدمًا يسمى Dynamic Neural Encoding Model.

وظيفة النموذج الأصلية هي القيام بالعملية المعتادة:

فيديو → توقع نشاط الخلايا العصبية.

لكن الفريق قلب العملية تقريبًا.

بدأ النظام بفيديو فارغ تقريبًا، ثم عدّل البكسلات تدريجيًا.

في كل خطوة، يسأل النموذج:

لو شاهد الفأر هذا الفيديو، فهل سيولد النشاط العصبي الذي تم تسجيله بالفعل؟

إذا كانت الإجابة لا، يتم تعديل الصورة.

وتتكرر العملية مرارًا حتى يصبح النشاط الذي يتوقعه النموذج قريبًا من النشاط الحقيقي المسجل من دماغ الفأر.

ويشرح Sainsbury Wellcome Centre هذه العملية بأنها تحديث متكرر لبكسلات فيديو فارغ باستخدام خوارزمية Gradient Descent حتى يصبح الناتج قريبًا من المثير البصري الأصلي.

شرح طريقة إعادة بناء الفيديو – Sainsbury Wellcome Centre

هل شاهد العلماء حرفيًا ما كان يراه الفأر؟

ليس بالمعنى الحرفي.

الفيديوهات المعاد بناؤها أكثر ضبابية وأقل تفصيلًا من الفيديوهات الأصلية.

يمكن تمييز الحركة وبعض الأشكال العامة والتغيرات الرئيسية في المشهد، لكن التفاصيل الدقيقة ليست واضحة دائمًا.

كما أن الباحثين سجلوا نشاط منطقة محددة من القشرة البصرية وليس الدماغ كله.

لذلك من الأدق القول إن العلماء تمكنوا من إعادة بناء جزء من المعلومات البصرية الممثلة في الخلايا العصبية، وليس مشاهدة وعي الفأر أو تجربته الداخلية الكاملة.

وهذا فرق مهم جدًا.

لماذا استخدم العلماء الفئران؟

هناك أبحاث سابقة حاولت إعادة بناء صور شاهدها البشر باستخدام أجهزة fMRI.

لكن الـfMRI يقيس تغيرات مرتبطة بتدفق الدم في مناطق الدماغ، وتظل دقته الزمنية والمكانية محدودة مقارنة بقياس نشاط الخلايا الفردية.

أما في الفئران، فيستطيع الباحثون استخدام تقنيات تسمح بمتابعة أعداد كبيرة من الخلايا العصبية بصورة أكثر مباشرة.

وتشير الدراسة إلى أن التسجيل على مستوى الخلية الواحدة قد يساعد العلماء في فهم المعلومات التي تمثلها مجموعات محددة من الخلايا بصورة أدق.

الدراسة الكاملة وشرح الفرق مع أبحاث البشر

كلما زاد عدد الخلايا أصبحت الصورة أفضل

اكتشف الباحثون عاملًا أساسيًا يؤثر على جودة الفيديو الناتج:

عدد الخلايا العصبية المسجلة.

كلما أُضيفت بيانات من عدد أكبر من الخلايا، تحسنت قدرة النموذج على إعادة بناء الفيديو.

وهذا منطقي.

فالمشهد البصري لا تمثله خلية عصبية واحدة، وإنما شبكة ضخمة من الخلايا، كل منها تحمل جزءًا من المعلومات.

كما وجد الفريق أن استخدام عدة نسخ من النموذج ودمج نتائجها — وهي تقنية تعرف باسم Model Ensembling — أدى أيضًا إلى تحسين دقة إعادة البناء.

ويفتح ذلك بابًا واضحًا للمستقبل: إذا استطاع العلماء تسجيل عدد أكبر من الخلايا وبدقة أعلى، فمن المحتمل أن تصبح الصور الناتجة أكثر وضوحًا.

الدماغ ليس كاميرا

ربما تكون أهم نقطة في الدراسة هي أن الهدف النهائي ليس صناعة جهاز يعرض ما تراه العين كما لو أن الدماغ كاميرا فيديو.

فالدماغ نفسه لا يحتفظ بنسخة مثالية من العالم الخارجي.

عندما تصل المعلومات إلى المخ، تتغير بفعل الانتباه والتوقع والخبرة والحركة والعديد من العمليات العصبية الأخرى.

وقال الباحث الرئيسي Joel Bauer إننا لا نمتلك داخل رؤوسنا تمثيلًا مثاليًا للعالم؛ إذ تقوم منظومة المعالجة البصرية بتعديل المعلومات بطريقة تشكل إدراكنا لها.

وهذه الفكرة تتقاطع مباشرة مع الطريقة التي يعيد بها المخ تنظيم الواقع إلى تجربة ذات معنى.

ويمكنك قراءة المزيد عن هذه النقطة في مقالنا:

كيف يعيد الدماغ صياغة الواقع إلى قصة وسيناريو؟

هل يعني ذلك أننا سنستطيع مشاهدة الأحلام قريبًا؟

ليس بعد.

من السهل تحويل الدراسة إلى عناوين مثل «العلماء أصبحوا قادرين على قراءة الأحلام»، لكن النتائج الحالية لا تثبت ذلك.

في التجربة، كانت الفئران تشاهد فيديوهات حقيقية أمامها أثناء تسجيل نشاط القشرة البصرية.

ثم استخدم الباحثون هذه التسجيلات لمحاولة استنتاج الفيديو الذي أدى إليها.

أما الأحلام والخيال والذكريات فهي أكثر تعقيدًا لأنها لا تنتج بالضرورة عن منبه بصري خارجي موجود أمام العين.

وتشير الدراسة إلى أن أبحاث إعادة بناء الصور لدى البشر بدأت بالفعل في دراسة ظواهر مثل التخيل، لكن الطريقة المستخدمة هنا لم تثبت القدرة على استخراج حلم كامل من دماغ شخص نائم.

لذلك فإن الحديث عن «قراءة الأحلام» ما يزال سابقًا لأوانه.

وهل يستطيع العلماء قراءة الأفكار؟

أيضًا لا.

نشاط الدماغ المستخدم في الدراسة مرتبط بمعلومات بصرية محددة في منطقة مسؤولة بدرجة كبيرة عن معالجة الرؤية.

هذا مختلف جذريًا عن استخراج فكرة مجردة مثل:

«أنا أفكر في السفر الأسبوع القادم.»

الأفكار البشرية تنتج عن نشاط واسع ومعقد عبر مناطق متعددة من الدماغ، ولا توجد في الدراسة الحالية تقنية تستطيع ترجمة أي نشاط دماغي عشوائي إلى أفكار أو كلمات دقيقة.

الإنجاز هنا أكثر تحديدًا:

إعادة بناء خصائص لمشهد بصري من نشاط مجموعة كبيرة من الخلايا العصبية التي تستجيب لهذا المشهد.

لماذا دخل الذكاء الاصطناعي في التجربة؟

النموذج الحاسوبي المستخدم ينتمي إلى تقنيات التعلم العميق المستخدمة في Neural Encoding.

ولكن هناك نقطة مثيرة تميز الدراسة عن بعض تجارب إعادة بناء الصور الأخرى.

بعض الأبحاث الحديثة تستخدم نماذج توليد صور مدربة مسبقًا لإنشاء صورة تبدو واقعية اعتمادًا على إشارات الدماغ.

المشكلة أن النموذج التوليدي قد يضيف تفاصيل لم تكن موجودة أصلًا في الإشارة العصبية.

أما الباحثون هنا فركزوا على إعادة تكوين الفيديو من خلال نموذج يتنبأ بالنشاط العصبي، دون الاعتماد على نموذج توليدي ضخم لإكمال المشهد بناء على معرفته السابقة بالعالم.

ولهذا يمكن للطريقة أن تكون مفيدة لفهم ما هو موجود فعليًا داخل التمثيل العصبي بصورة أكثر مباشرة.

نافذة جديدة لفهم الإدراك

قيمة هذه التقنية الحقيقية قد لا تكون في صناعة فيديو مذهل.

بل في المقارنة بين:

ما كان موجودًا في العالم الحقيقي

و

ما مثله الدماغ بالفعل.

إذا كان الفيديو الحقيقي يحتوي عنصرًا واضحًا، لكن إعادة البناء من نشاط الدماغ تضعفه أو تغير شكله، فقد يكشف ذلك شيئًا عن الطريقة التي تقوم بها القشرة البصرية بفلترة المعلومات.

وهذا قد يساعد العلماء على دراسة ظواهر مثل:

الانتباه الانتقائي، والتعلم البصري، والأوهام البصرية، والتوقع، وكيف يؤثر السلوك والحركة على الإدراك.

وقد ناقشنا سابقًا كيف أن الدماغ لا يعمل ببساطة مثل الكمبيوتر، بل يبني تجربتنا اعتمادًا على الجسم والعاطفة والانتباه.

ما الذي يجعلنا بشرًا؟ العقل والمشاعر في عصر الذكاء الاصطناعي

هل يمكن تطبيق التقنية على البشر؟

المبدأ العام ليس مستحيلًا، وهناك بالفعل أبحاث على البشر تستخدم fMRI وتقنيات أخرى لإعادة بناء صور أو أجزاء من محتوى بصري.

لكن تطبيق الطريقة نفسها المستخدمة في الدراسة على الإنسان يواجه عقبة كبيرة.

فالباحثون استخدموا تسجيلات عالية الدقة لنشاط آلاف الخلايا العصبية في القشرة البصرية للفئران باستخدام التصوير بالكالسيوم ثنائي الفوتون.

وهذه ليست تقنية يمكن ببساطة وضع جهازها فوق رأس إنسان سليم وقراءة آلاف الخلايا العصبية بالطريقة نفسها.

ولذلك، فإن الانتقال من هذه التجربة إلى جهاز غير جراحي يقرأ المشاهد من دماغ البشر يحتاج إلى تطورات كبيرة في تقنيات تسجيل النشاط العصبي.

ماذا يريد العلماء أن يفعلوا بعد ذلك؟

يريد الفريق تحسين دقة الصورة واتساع الجزء المرئي من المشهد.

كما يريد الباحثون استخدام التقنية لدراسة الفروق بين الواقع الخارجي والتمثيل الذي يصنعه الدماغ داخليًا.

ويقول فريق UCL إن الخطوة التالية تتمثل في استخدام إعادة البناء لاكتشاف كيف تتغير التمثيلات البصرية بفعل عمليات الدماغ المختلفة.

خطط الباحثين المستقبلية – UCL

دراسة قد تغير طريقة دراسة الإدراك

منذ عقود يحاول علماء الأعصاب فهم سؤال بسيط في ظاهره:

ماذا تمثل الخلية العصبية عندما تنشط؟

يمكن تسجيل نشاط الخلايا أثناء مشاهدة صورة، لكن معرفة ما إذا كانت الخلايا تحمل معلومات عن حركة أو شكل أو سياق معين ليست دائمًا سهلة.

إعادة بناء الفيديو تقدم طريقة مختلفة للنظر إلى المشكلة.

بدلًا من وصف النشاط العصبي بالأرقام فقط، يمكن للعلماء تحويله إلى شيء بصري ومقارنته مباشرة بما شاهد الحيوان.

وهذا يجعل الاختلاف بين العالم الخارجي وتمثيله العصبي أكثر وضوحًا.

هل نحن أمام بداية عصر «مشاهدة الدماغ»؟

الدراسة تمثل خطوة مهمة، لكنها ما تزال بعيدة جدًا عن جهاز يستطيع عرض الأفكار والذكريات والأحلام على شاشة.

الفيديوهات الحالية قصيرة وضبابية، وتم إنتاجها في ظروف تجريبية دقيقة للغاية، اعتمادًا على تسجيل آلاف الخلايا من منطقة بصرية محددة.

لكن حقيقة أن العلماء استطاعوا الانتقال من نشاط عصبي معقد إلى فيديو يحمل تشابهًا قابلًا للقياس مع المشهد الأصلي هي في حد ذاتها تقدم لافت.

في المستقبل، ومع تحسن تقنيات تصوير الدماغ ونماذج الذكاء الاصطناعي، قد تصبح إعادة بناء ما يمثله الدماغ أكثر دقة.

وعندها لن يكون السؤال الأكثر إثارة هو فقط:

ماذا ترى أعيننا؟

بل:

ما النسخة من الواقع التي يصنعها الدماغ بعد أن تصل الصورة إليه؟

الأسئلة الشائعة

هل استطاع العلماء فعلًا رؤية ما رأته الفئران؟

استطاع الباحثون إعادة بناء مقاطع تشبه الفيديوهات التي شاهدتها الفئران اعتمادًا على نشاط الخلايا العصبية في القشرة البصرية، لكنها ليست نسخًا مطابقة ولا تمثل التجربة الواعية كاملة.

المصدر: UCL

كم كانت مدة الفيديوهات؟

تمت إعادة بناء مقاطع مدتها 10 ثوانٍ بمعدل 30 إطارًا في الثانية.

المصدر: eLife

كم عدد الخلايا العصبية التي سجلها العلماء؟

احتوت البيانات على تسجيلات لنحو 8000 خلية عصبية تقريبًا لكل فأر، مع بيانات مأخوذة من عشرة فئران في المجموعة الأصلية.

المصدر: PubMed

هل يمكن استخدام الطريقة لقراءة الأحلام؟

الدراسة لم تقرأ الأحلام. الفئران كانت تشاهد فيديوهات حقيقية، وأعاد الباحثون بناء خصائص هذه الفيديوهات من نشاط القشرة البصرية.

هل يمكن قراءة أفكار البشر بهذه الطريقة؟

لا. الدراسة تتعلق بفك جزء من المعلومات البصرية الموجودة في نشاط منطقة محددة من الدماغ، وليس باستخراج أفكار أو نوايا أو ذكريات كاملة.

المصادر

الدراسة العلمية الأصلية – eLife:
Movie reconstruction from mouse visual cortex activity

University College London:
Movies reconstructed from mouse brain activity

PubMed:
Movie reconstruction from mouse visual cortex activity

Sainsbury Wellcome Centre:
Lights, neurons, action: Reconstructing movies from mouse brain activity

ScienceDaily – التغطية التي أعادت الخبر للواجهة في سبتمبر 2026:
Scientists recreated what mice saw from brain activity alone