ردگیری عصبی در حیوانات با هوش مصنوعی

به گزارش سیناپرس از «نوروساینس‌نیوز»، پیشرفت های اخیر امکان تصویربرداری از نورون ها در داخل بدن حیوانات در حال حرکت را فراهم کرده است. اما برای رمزگشایی کردن از فعالیت مدار، این نورون ها تصویربرداری شده باید بطور محاسباتی شناسایی و ردگیری شوند.

این کار بطور خاصی زمانی دشوار و چالشی می شود که خود مغز حرکت می کند و در داخل بدن منعطف یک ارگانیسم مانند کرم تغییر شکل می‌دهد. جامعه علمی تا الان فاقد ابزارهای لازم برای پرداختن به این مشکل بوده است.

اکنون یک گروه از دانشمندان از دانشگاه پلی‌تکنیک فدرال در لوزان سوئیس (EPFL) و دانشگاه هاروارد یک متد پیشروانه هوش مصنوعی برای ردگیری نورون‌ها در داخل حیوانات در حال حرکت و تغییر شکل دهنده، ابداع کرده اند. این مطالعه که اکنون در نشریه «روش‌های طبیعت» انتشاریافته، با هدایت «سهند جمال رهی» در دانشکده علوم پایه دانشگاه پلی‌تکنیک لوزان انجام شده است.

این متد جدید بر اساس یک شبکه عصبی هم‌پیچشی (CNN) استوار است که نوعی از هوش مصنوعی است که برای شناسایی و فهم الگوها در تصاویر آموزش داده شده است.

این کار دربرگیرنده فرایندی موسوم به هم‌پیچش (convolution) است که به اجزای کوچک تصویر مانند لبه‌ها، رنگ ها یا نگاره‌ها (shapes)‌ توجه می‌کند و سپس همه آن اطلاعات را ترکیب می‌کند تا آن را درک کند و اشیاء یا الگوها را شناسایی کند.

مشکل این است که برای شناسایی و دنبال کردن نورون‌ها در جریان نمایشی از مغز یک حیوان، تصاویر بسیاری باید با دست برچسب زده بشوند زیرا حیوان در زمان های مختلف به علت تغییرشکل‌های بدن بسیار متفاوت به نظر می رسد.

با توجه به تنوع تصاویر حیوان، ساختن تعداد کافی از حاشیه‌نویسی‌ها (annotations) بطور دستی برای آموزش دادن به یک شبکه عصبی هم‌پیچشی می‌تواند کار رعب‌آوری باشد.

محققان برای پرداختن به این مشکل یک CNN ارتقا یافته با ویژگی «تقویت هدفمند» ابداع کردند. این تکنیک نوآورانه بطور اتوماتیک حاشیه‌نویسی‌های قابل اعتماد را ترکیب می‌کند و نتیجه این است که این CNN بطور موثر تغییر شکل های داخلی مغز را یاد می‌گیرد و سپس از آنها برای ایجاد حاشیه‌نویسی‌هایی برای حالت‌های جدید استفاده می کند و با این کار نیاز به حاشیه‌نویسی دستی چک کردن مضاعف به میزان زیادی کاهش می‌یابد.

محققان این روش جدید را بر روی یک نوع کرم موسوم به Caenorhabditis آزمایش کردند. این کرم ۳۰۲ نورون دارد و یک ارگانیسم مدل پرطرفدار در علوم عصبی (نوروساینس) است.

به گفته محققان، این پیشرفت تازه این ظرفیت را دارد تا تحقیقات در زمینه تصویربرداری مغز را شتاب بخشیده و فهم دانشمندان از مدارها و رفتارهای عصبی را تعمیق کند.