مطالب علمی

مغزهاي ما از گوگل يا بهترين ربات از آي رباتها بهتر است.

ما مي توانيم فوري چهره يك ولي، همسر، دوست يا حيوان خانگيرا شناسايي كنيم چه در روشنايي روز چه در تاريكي، از بالا يا اطراف اين كاري استكه سيستم بينايي رايانه كه در پيشرفته ترين رباتها ساخته شده مي تواند تنها با شكو ترديد انجام دهد. ما همچنين مي توانيم بدون تلاش چند كار انجام دهيم مثلاًزمانيكه يك دستمال گردن را از يك  جيببيرون مي آوريم و ابروهايمان را مرتب مي كنيم در حاليكه با يك آشنا در حال مكالمههستيم. هنوز طراحي يك مغز الكترونيكي كه به يك ربات اجازه دهد كه اين تركيب سادهاز رفتارها را انجام دهد يك هدف دور باقي مانده است.

چطور مغز تمام اينها را انجام مي دهد، فرض كنيم كه پيچدگيشبكه هاي داخل جمجمه- تيريليونها اتصال در ميان ميلياردها سلول مغز- با اينترنترقابت نمايد. يك پاسخ بازدهي انرژي است: زمانيكه يك سلول عصبي با ديگري ارتباطبرقرار مي كند مغز تنها از يك ميليونيوم انرژي اي كه رايانه ديجيتال صرف مي كند تاعمل مشابه را انجام دهد  استفده مي نمايد.تحول، در واقع، نقش مهمي در قرار دادن اندام سه پوندي به عنوان پربازده ترين سيستماز نظر انرژي تا به حال بازي نموده است.

مصرف صرفه جويانه انرژي نمي تواند توصيف كامل باشد، حتي،اگر فرض نماييم مغز همچنين داراي تعداد زيادي محدوديتهاي دروني است. يك نورون دركرتكس مغز، براي نمونه، مي تواند به يك ورودي از نورون ديگر به وسيله فرستادن يكپيام عصبي يا يك "ميخ" در چند هزارم ثانيه- يك حركت حلزوني در مقايسه باترانزيستورها كه به عنوان سوئيچ در رايانه ها در چند ميليارديوم ثانيه اينكار رامي كنند پاسخ دهد. قابل اعتماد بودن شبكي عصبي نيز پايين است: حركت يك سيگنال ازيك سلول غشايي به سمت سلول ديگر نوعاً تنها 20 درصد امكان رسيدن به مقصد نهايي خودرا دارد و شانس رسيدن به يك نورون دور كه به طور مستقيم متصل نيست از اين هم كمتراست.

عصب شناسها به طور كامل نمي فهمند كه مغز چگونه مديريت ميكند تا اطلاعات معناداري را از تمام سيگنالهايي كه درون آن حركت مي كنند به وجودآورد. به هر حال دو نفر از ما و ديگران اخيراً فرايند هيجان انگيزي را با تمركزتوجه جديد بر اينكه چطور مغز مي تواند به طور موثر از زمانسنجي ميخها براي رمزگشايي اطلاعات استفاده و به سرعت مسئله هاي محاسبه اي مشكل را حل نمايد ساخته اند.اين به اين دليل است كه يك گروه ميخها كه تقريباً در يك لحظه حركت مي كنند ميتوانند اطلاعات بيشتري نسبت به آنچه كه يك گروه هم اندازه با آنها به طور ناهمزمانحمل مي كنند، حمل نمايند.

فراتر از ارايه بصيرتي در مورد پيچيده ترين ماشين شناختهشده در جهان، پيشرفتهاي بيشتر در اين تحقيق مي تواند به نوع كاملاً جديدي ازرايانه ها بيانجامد. قبلاً دانشمندان مدارهاي الكترونيكي "نورومورفيك"را ساخته اند كه جنبه هاي شبكه سيگنالي مغز را تقليد مي كند. ما مي توانيم امروزبا يك ميليون نورونهاي الكترونيكي وسيله هايي را بسازيم و سيستمهاي خيلي بزرگتر طراحيشده اند. سرانجام محققها بايد قادر باشند رايانه هاي نورومورفيك را كه خيلي سريعتراز رايانه هاي نوين كار مي نمايند اما فقط كسري از توان را نياز دارند بسازند.

سلول سخنگو

مانند بسياري از عصب شناسهاي ديگر، ما اغلب سيستم مريي رابه صورت وسيله آزمايشي استفاده مي نماييم، تا اندازه اي به خاطر اينكه نمودار سيمكشي اساسي آن به خوبي شناخته شده است. زمانسنجي سيگنالها در آنجا و جاهاي ديگر درمغز مدتها است كه مورد ظن مي باشند كه قسمت كليدي رمزي كه مغز استفاده       مي نمايد تا تصميم بگيرد آيا اطلاعاتي كهاز ميان شبكه عبور مي كنند با معنا هستند، مي باشد. براي چندين دهه اين ايده ها چشمپوشي شدند چون زمانسنجي تنها زماني مهم است كه بين قسمتهاي مختلف مغز مقايسه گرددو اين سخت است كه فعاليت بيش از يك نورون را در يك زمان اندازه گيري كنيم. به هرحال اخيراً پيشرفتهاي عملي مدلهاي رايانه اي سيستم نورونها و نتيجه هاي جديد ازعصب شناسي تجربي و نظري علاقه هايي در زمانسنجي به عنوان يك راه براي فهم بهترچطور حرف زدن نورون ها با هم ايجاد نموده است.

سلولهاي مغز تمام انواع وروديها در مقياسهاي زماني متفاوتيدريافت مي كنند. سيگنال ميكروثانيه سريع از گوش راست بايد با ورودي از چپ كه كميناهمزمان است تركيب شود. اين پاسخهاي سريع بر خلاف جريان كند هورمونها كه در جريانخون جاري مي شوند است. به هرحال سيگنالها كه مهمترين چيز در اين بحث مي باشند،ميخهايي هستند كه افزايش سريع در ولتاژ بوده و از ميان و بين نورونها  جريان مي يابند. براي ارتباط سلول به سلول،ميخها چند ميلي ثانيه باقي مي مانند و نيازهاي فوري را انجام مي دهند. يك نورون يكميخ را بعد از تصميم گيري در مورد اينكه تعداد وروديها يي كه آن را بر مي انگيزندتا روشن شود قابل توجه تر از تعدادي كه به آن مي گويند خاموش باش مي باشد يا خير،شليك مي كند. زمانيكه تصميم گرفته شد، يك ميخ به پايين، به سمت نوك آكسونسلول(چيزيكه شبيه به يك سيم الكتريكي شاخه شده است) حركت مي نمايد. سپس سيگنال بهصورت شيميايي از ميان تقاطع ها كه سيناپس ناميده مي شوند و آكسون را به نورونهايدريافت كننده متصل مي نمايند، عبور مي نمايند.

در هر چشم 100 ميليون دريافت كننده نوري در شبكيه به تغييرالگوهاي نوري پاسخ مي دهند. بعد از اينكه نور ورودي توسط چندين لايه از نورونها پردازششدند، يك ميليون سلول گانگليون در پشت شبكيه اين سيگنالها را به يك سري پشت سر هماز ميخها كه توسط آكسونها به ساير قسمتهاي مغز فرستاده مي شوند كه در بازگشت هنوزميخها را به مناطق ديگر مي فرستند كه سرانجام به صورت درك هشياري نمايان مي شود. هرآكسون مي تواند مي تواند بيش از چند صد ميخ را در ثانيه حمل نمايد هرچند اغلبتعداد كمي از ميخها در طول سيم پيچي عصبي جاري مي شوند. تمام آنچه كه شما از جهانمريي درك مي نماييد- شكلها، رنگها و حركتهاي هر چيزي در اطراف شما- در اين رودهايميخها با بازه هاي زماني متغير كه آنها را جدا مي نمايد رمزگذاري مي شود.