نفوذ به حلقه گمشده پردازش تصویر در مغز

کار شما به عنوان کشفی جدید در سازگاری سیستم بینایی انسان مطرح شده است. بهتر است ابتدا این سازگاری را به زبان ساده توضیح دهید.

برای پاسخ به این پرسش اول باید به مفهوم سازگاری بپردازیم. سازگاری یک مکانیسم جایگزین الکترود است. در بررسی سلول‌های عصبی در حیوانات آزمایشگاهی با قرار دادن الکترود در مغز این حیوانات، پاسخ سلول‌های عصبی به انواع محرک‌های بینایی سنجیده می‌شود و می‌توان فهمید که برای چه تصاویری، سلول‌های عصبی اختصاصی در مغز موجود زنده وجود دارد و به این ترتیب به چگونگی پردازش تصاویر در مغز این حیوانات می‌رسیم. در مورد انسان به دلیل وجود مشکلات اخلاقی، نمی‌توان برای تحقیق از الکترود استفاده کرد. لذا شیوه جایگزین موجود برای تحقیق روی مغز انسان و بررسی چگونگی پردازش تصویر در مغز انسان استفاده از سازگاری است. در این شیوه با استفاده از خسته کردن سلول‌های عصبی مخصوص یک محرک یا تصویر خاص که با نمایش ممتد آن تصویر ایجاد می‌شود؛ برای مدت کوتاهی درک فرد از تصاویر نمایش داده شده بعدی تغییر می‌کند. به عنوان مثال در صورتی که شما برای چند دقیقه به یک تصویر از چهره‌ای خندان تمرکز کنید و به آن با دقت خیره شوید؛ پس از آن برای مدتی کوتاه در حد چند ثانیه تصاویر خنثی را گریان یا ناراحت درک خواهید کرد. به این سازگاری که حدود 10 سال پیش در آمریکا کشف شده، سازگاری به حالت چهره گفته می‌شود و نشان‌دهنده آن است که در مغز انسان برای حالات مختلف چهره (شاد غمگین، نگران خشمگین و متعجب چندش‌آور) سلول‌های عصبی اختصاصی وجود دارد. در بررسی‌های بعدی مشخص شد محل این سلول‌ها در ناحیه STS است. در این کار موفق شدیم یک سازگاری جدید در سیستم بینایی انسان کشف کنیم که سازگاری نسبت به اندازه زاویه است. به این معنی که در صورتی‌که فردی به یک زاویه با اندازه‌ای کوچک خیره شود، زاویه‌ای با اندازه متوسط را بزرگ‌تر حس می‌کند و اگر با زاویه‌ای بزرگ سازگار شود، زاویه متوسط را کوچک‌تر درک خواهد کرد. به این ترتیب برای اولین‌بار در مغز انسان سلول‌های عصبی زاویه‌یاب را پیدا کردیم.

هدف شما از مطالعه روی این سازگاری جدید چشم چیست و کشف سازگاری چشم نسبت به اندازه زاویه چه مسائلی را می‌تواند روشن کند؟

اولین نکته‌ای که باید به آن اشاره کنم، این است که ما با چشم نمی‌بینیم، بلکه با مغز می‌بینیم. سازگاری مربوط به چشم نیست، بلکه مربوط به سلول‌های عصبی مغز انسان است. چشم تنها کار یک دوربین عکاسی را انجام می‌دهد؛ آن هم با کیفیتی بسیار پایین. به طوری که تصویر تشکیل شده روی شبکیه چشم، تصویری است بسیار مات و مبهم و دوبعدی. عروق موجود روی شبکیه و وجود تعدادی سلول‌های عصبی در مقابل گیرنده‌های نور موجود روی شبکیه، عامل اصلی شفاف نبودن تصویر تشکیل شده روی شبکیه چشم انسان است. مغز انسان با پردازش‌های بسیار پیچیده روی این تصویر، آن را به یک تصویر بسیار شفاف و سه‌بعدی تبدیل می‌کند که این از معجزات خلقت است و تاکنون مکانیسم دقیق این پردازش‌های پیچیده به طور کامل کشف نشده است. در واقع هدف ما از این مطالعه برداشتن گامی کوچک در بررسی مکانیسم پردازش تصویر در مغز انسان است.

مطالعه روی این سیستم را از چه زمانی شروع کردید و در حال حاضر در چه مرحله‌ای هستید؟

این تحقیق حدودا از یک سال پیش آغاز شد و در حال حاضر مراحل جمع‌آوری اطلاعات و رسیدن به نتایج اصلی طرح کامل شده و در حال نگارش مقاله انگلیسی برای ارائه در نشریات بین‌المللی هستیم.

برای این کشف چه نتایج و کاربردهایی متصور هستید؟

تاکنون یک سری سازگاری‌های سطح پایین مثل سازگاری به جهت خط، سازگاری به رنگ، سازگاری به جهت حرکت و... کشف شده و به این ترتیب سطوح اولیه پردازش تصویر یعنی استخراج خطوط تصویر و رنگ‌ها و... و سلول‌های مرتبط با آنها بخوبی بررسی شده است. این پدیده‌های سطح پایین در قشرهای اولیه و ثانویه بینایی (1V و2)V وجود دارند. از سوی دیگر، یک‌سری سازگاری‌های سطح بالا مانند سازگاری به حالت چهره، هویت چهره، جهت نگاه چهره و نیز حرکات بیولوژیک کشف شده و به این ترتیب سطوح عالی پردازش تصویر یعنی برخی سلول‌های عصبی مرتبط با پیچیده‌ترین محرک‌ها نیز کشف و بررسی شده است. این پدیده‌های سطح بالا در قشر تمپورال تحتانی وجود دارند که انتهای مسیر پردازش بینایی است.

در این میان یک فاصله عمیق وجود داشت و هیچ کسی تاکنون سازگاری در سطح میانی مسیر پردازش تصویر نیافته بود. قشر4V که در میان این مسیر قرار دارد، بخوبی در انسان بررسی نشده است؛ چراکه ابزار مناسب بررسی آن (سازگاری در این قشر) تاکنون یافت نشده بود. با این کشف جدید، ما خواهیم توانست این زنجیره را کامل کنیم و به کشف خصوصیات این قشر میانی یعنی حلقه گمشده پردازش تصویر در مغز انسان بپردازیم.

مهم‌ترین کاربرد این کشف، برای محققانی خواهد بود که علاقه‌مند هستند خصوصیات سلول‌های قشر4V را بیشتر بررسی کنند. در واقع این کشف، یک ابزار بررسی قشر4V است.

از کاربردهای دیرهنگام آن در آینده دورتر، کامل شدن درک ما از روند پردازش تصویر در مغز انسان خواهد بود که می‌تواند به طراحی و ساخت سیستم‌های هوشمند رایانه‌ای منجر شود که مانند انسان بینایی داشته باشند و تصاویر را پردازش کنند.

در مطالعاتی که به این کشف منجر گردید از چه تکنولوژی و تجهیزاتی استفاده شده است و به طور کلی به چه امکاناتی برای اجرای این طرح نیاز داشته‌اید؟

آزمایشگاه ما، یک اتاق کوچک آکوستیک است که در آن یک رایانه و یکChin Rest برای ثابت کردن سر آزمایش‌شونده وجود دارد که دارای محلی برای قرار دادن چانه و محلی دیگر برای تکیه دادن پیشانی است و ارتفاع آن بسته به قد آزمایش‌شونده در حالت نشسته تنظیم می‌شود. در رایانه برنامه‌ای نوشته شده است که محرک‌های بینایی را نمایش می‌دهد و آزمایش‌شونده به وسیله کی‌بورد پاسخ می‌دهد که چه محرکی را دیده است. در این آزمایش، وظیفه فرد افتراق زاویه‌های بزرگ‌تر از زاویه‌های کوچک‌تر بود و فرد با 2 عدد کلید خاص روی کی‌بورد پاسخ سوال را می‌داد. پاسخ‌ها در رایانه ثبت و سپس تجزیه و تحلیل می‌شد. به این روش اصطلاحا سایکوفیزیک گفته می‌شود. مقصود از سایکو که به معنای روان است، پاسخ‌های فرد آزمایش‌شونده و رفتار اوست و منظور از فیزیک، خصوصیات فیزیکی محرک بینایی نمایش داده شده است. در این روش مغز انسان نقش یک جعبه سیاه را دارد. با بررسی ارتباط ورودی و خروجی این جعبه سیاه حدس زده می‌شود که درون آن چه خبر است. از آنجا که این شیوه بدون هرگونه مداخله تهاجمی و خطرناک است، یکی از بهترین شیوه‌های بررسی مغز انسان محسوب می‌شود.

اهمیت این کشف از لحاظ علمی و... چیست؟ و از دستاوردهای آن در چه حوزه‌هایی استفاده می‌شود؟

از لحاظ علمی، این کشف خیلی مهم است. چون آغازگر مجموعه تحقیقاتی خواهد بود که خصوصیات مختلف قشر4V مغز را استخراج خواهد کرد. لذا پیش‌بینی بنده این است که پس از چاپ مقاله آن در نشریات بین‌المللی، از جمله مقالاتی باشد که در آینده به عنوان منبع و ارجاع مقالات دیگر، خیلی زیاد از آن استفاده شود. اهمیت اقتصادی آن هم در مهندسی نهفته است، چراکه این کشف و مطالعات آتی آن می‌تواند مهندسان بینایی ماشین و رباتیک را در طراحی سیستم‌های هوشمند بینایی یاری دهد.

در اجرای این طرح چه سازمان‌ها یا مراکزی شما را حمایت کرده‌اند؟

از حدود 2 سال پیش موسسه ما ابتدا در فضایی که مرکز رشد فناوری‌های پیشرفته دانشگاه صنعتی شریف در اختیارمان گذاشته بود، شروع به فعالیت کرد. از حدود یک سال و نیم پیش هم با همکاری کمیته پژوهشی دانشجویی دانشکده پزشکی دانشگاه علوم پزشکی ایران و قرار دادن فضایی برای راه‌اندازی آزمایشگاه سایکوفیزیک بینایی، آزمایشگاه ما تأسیس شد. البته همکاری دانشگاه صنعتی شریف و دانشگاه علوم پزشکی ایران تنها در حد در اختیار گذاشتن فضا بوده و بقیه حمایت‌ها و تمامی هزینه‌های این طرح‌ها به عهده خودمان بوده است. در ضمن پژوهشگران فعال در این طرح‌ها همگی بدون انگیزه مالی و تنها با انگیزه‌های علمی پژوهشی و کسب اعتبار در مجامع علمی جهانی فعالیت می‌کنند. در اینجا لازم می‌دانم ابتدا از پژوهشگران فعالی که با این مؤسسه همکاری می‌کنند، بخصوص دکتر شیما تألهی معین‌الدین، دکتر الهام رحمانی، دکتر رعنا تابش، دکتر امیر همایون جوادی ارجمند و دیگر پژوهشگران و در مرحله دوم از تمامی مسوولانی که ما را یاری کردند؛ دکتر حسنی، دکتر متولیان، دکتر مرادی، دکتر روستاآزاد، مهندس دهبیدی‌پور و امیرحسین اسدی تقدیر و تشکر کنم.

آیا از نتایج آن، مقاله‌ای در نشریات بین‌المللی به چاپ رسیده است؟

در حال حاضر این کشف در یک سمینار بین‌المللی داخلی که در دانشگاه علوم پزشکی ایران با نام Sicobair اواخر اردیبهشت‌ماه امسال برگزار شد، مطرح شده است. بزودی نسبت به چاپ مقاله آن در نشریات بین‌المللی اقدام خواهد شد.

آینده این کشف را چگونه ارزیابی می‌کنید و این کشف چگونه می‌تواند در پردازش تصاویر مغزی کمک کند؟

این کشف به پایه‌ای برای بررسی خصوصیات مختلف قشر4V مغز انسان به وسیله شیوه سایکوفیزیک تبدیل خواهد شد. به عنوان مثال با ترکیب این کار با رقابت دوچشمی، تیم پژوهشی قصد دارد به بررسی هوشیار یا ناهوشیار بودن قشر4V بپردازد. این پروژه جدید هم که در مراحل ابتدایی طرح خود به سر می‌برد، یافته‌های بسیار ارزشمندی را در آینده‌ای نه‌چندان دور منتشر خواهد کرد. همچنین این کشف و تحقیقات آتی مبتنی بر آن کمک شایانی به درک دانشمندان نسبت به مکانیسم پردازش تصاویر مغز انسان خواهد کرد.

بهاره صفوی