Bayangkan diri anda berdiri di hadapan timbunan tembikai masak di sebuah kedai runcit atau pasar. Anda ambil satu, bawa ke timbangan dan bawa pulang, bermimpi bagaimana cara memotongnya dan memakannya - sepenuhnya dengan mudah. Sekarang jawab soalan: bagaimana anda tahu tembikai mana yang harus diambil tanpa memisahkan sebilangan besar? Ini bukan soalan yang mudah, bukan?
Untuk menjawab soalan ini, ahli neurofisiologi beralih ke bidang … permainan komputer untuk petunjuk. Sama seperti permainan komputer terbaik yang dijalankan pada mesin yang meniru fizik dunia, mungkin kita sendiri mempunyai rangkaian saraf serupa yang membolehkan kita menavigasi dunia nyata dengan elegan. Daripada menangani setiap perincian, mesin permainan menawarkan jalan pintas untuk mensimulasikan tindakan di ruang permainan dengan cara yang kelihatan bagus dan masuk akal dan pemain dapat bertindak balas dengan cepat. Otak boleh berfungsi dengan cara yang serupa.
Dalam makalah yang diterbitkan dalam jurnal akademik Prosiding Akademi Sains Nasional (PNAS), sekumpulan dari Universiti Johns Hopkins, bekerjasama dengan Universiti Harvard dan Massachusetts, memberikan penerangan pertama mengenai apa yang boleh menjadi simulator fizik yang terpisah yang terdapat di otak kita.
Tangan di atas meja
Katakan anda perlu tiba-tiba mengelak bola roket, dahan pokok, atau mematikan jalan ketika anda melihat seekor lembu di atasnya. Mari kita perlahankan tindak balas ini: anda melihat objek - warna, bentuk, bahan, bayangan - menyedari kedudukan dan pergerakan anda dalam ruang tiga dimensi, merancang tindakan selanjutnya, kemudian biarkan badan anda membuat pergerakan tepat yang akan mengelakkan perlanggaran. Jelas, beberapa proses yang hampir selari sedang berlaku di kepala anda.
"Saya melihat pemahaman pemandangan fizikal sebagai proses yang sangat integratif di mana sumber maklumat yang berlainan dari kawasan otak yang berbeza bekerjasama," kata penulis utama Dr. Jason Fisher.
Dengan kata lain, tidak mungkin otak mempunyai sekeping tisu yang berasingan khusus untuk pemodelan fizikal yang menunggu ketika rehat berlaku. Hampir tidak mungkin untuk mencari wilayah seperti itu.
Video promosi:
Sebaliknya, penulis karya mengemukakan soalan yang lebih bermakna: boleh memisahkan kawasan yang muncul di otak dengan latar belakang pengiraan yang selalu berlaku, aktiviti yang meningkat terutama ketika otak bertembung dengan dunia fizikal?
Untuk mengasingkan latar belakang yang mengganggu, para saintis merancang dengan teliti empat eksperimen, masing-masing berdasarkan yang sebelumnya.
Dalam percubaan pertama, dua belas peserta berbaring di mesin fMRI dan menonton video menara blok kuning dan biru dengan cepat saling bertindih, siap untuk digulingkan pada bila-bila masa. Para sukarelawan harus meramalkan kapan blok akan mulai jatuh, atau kapan akan ada lebih banyak blok kuning atau biru. Tidak seperti tugas pertama, yang mana perlu untuk menerapkan apa yang disebut intuisi fizikal, tugas kedua hanya bergantung pada warna sebagai kawalan.
Setelah ujian pertama, para saintis mempersempit pencarian mereka ke sebelas kawasan otak yang menunjukkan lebih banyak aktiviti ketika para sukarelawan meramalkan menara itu akan jatuh, berbanding dengan cuba menebak warnanya.
Namun, adakah ini "bidang minat" ciri intuisi fizikal atau untuk memodelkan peristiwa masa depan secara umum?
Dan percubaan kedua harus membantu dalam hal ini. Para sukarelawan menonton klip video dari dua bola yang berinteraksi, secara fizikal - misalnya, bertembung antara satu sama lain - atau secara sosial - ketika seseorang mengejar yang lain, seolah-olah dua kanak-kanak sedang bermain. Setelah beberapa saat, salah satu bola hilang dan sukarelawan harus meneka ke mana ia akan pergi seterusnya. Jelas, ini memerlukan pemodelan. Tetapi inilah peringatan: sementara senario terakhir juga memerlukan ramalan, ia bergantung pada andaian sosial dan bukannya fizik.
Dengan memilih bidang otak yang sebagian besar terlibat dalam permainan fisika ini, dan membandingkan hasilnya dengan eksperimen pertama, para saintis dapat mengurangi jumlah calon menjadi lima. Mereka kemudian menguji tekaan mereka dengan eksperimen ketiga, di mana sukarelawan secara pasif menonton video dari semua jenis bahan yang berpusatkan fizik: wajah yang tidak bergerak, pasu yang jatuh, kereta berlanggar. Oleh itu, aktiviti otak mereka diimbas oleh fMRI.
Hasilnya: Semakin aktif kandungan fizikal pada video, semakin banyak kelima wilayah ini menjadi aktif, walaupun sukarelawan tidak secara aktif berusaha untuk meramalkan apa yang akan berlaku selanjutnya.
Akhirnya, saintis mengemukakan soalan: sejauh mana kawasan otak ini sesuai untuk pemodelan fizikal? Ternyata, tidak begitu banyak: beberapa bidang dipergiatkan ketika sukarelawan menghadapi tugas sukar mengingat maklumat yang tidak ada kaitan dengan fizik.
Apa persamaan mereka?
Mungkin ini berkaitan dengan kesukaran untuk meramalkan tingkah laku dunia di sekeliling kita. Penyelidikan sebelumnya menunjukkan bahawa ketika menghadapi masalah yang kompleks, otak biasanya menghubungkan serangkaian kawasan yang saling berkaitan dengan pelbagai tugas. Mengaktifkan rangkaian ini membantu menyelesaikan masalah yang kompleks seperti merancang pergerakan seterusnya dan menggunakan alat baru yang kompleks.
Semua sistem dalam tindakan
Adakah masuk akal untuk membicarakan "mesin fizik" jika kawasan otak ini melakukan perkara lain juga?
Para saintis menunjukkan kad grafik (GPU) sebagai analogi.
"Senibina GPU yang sangat selari pada awalnya didorong oleh tuntutan aplikasi pengkomputeran intensif grafik," jelas penulis, "tetapi sejak itu, GPU menjadi penting untuk aplikasi lain seperti penglihatan komputer, pembelajaran mendalam mengenai rangkaian saraf, dan pemodelan fizik dunia nyata. masa dalam permainan komputer”.
GPU aktif dalam semua tugas ini, iaitu mesin fizik, mesin grafik, mesin penglihatan komputer, dan sebagainya. Dari satu segi, rangkaian otak didefinisikan dalam kajian ini sebagai GPU biologi - ia menyokong pemprosesan fizik, tetapi tertanam dalam rangkaian yang lebih besar yang bertanggungjawab untuk melakukan tugas-tugas kompleks lain seperti merancang tindakan.
Oleh itu, mengapa pemprosesan dan perancangan fizik sangat berkaitan di otak?
Kami percaya ini disebabkan oleh fakta bahawa kanak-kanak mempelajari model fizikal dunia, mengasah kemahiran motor mereka, bermain dengan objek untuk belajar tentang tingkah laku mereka. Selain itu, menjangkau dan meraih sesuatu di tempat yang tepat dengan jumlah kekuatan yang tepat memerlukan pemahaman fizikal masa nyata,”jelas Fischer.
Pemahaman semacam ini terganggu dalam penyakit yang disebut apraxia, ketika orang mengalami kesukaran melakukan gerakan tertentu akibat kerusakan otak.
"Banyak kes apraxia adalah akibat kerosakan pada kawasan otak yang sama yang telah kita kenal pasti penting untuk pergerakan," kata Fischer. Penyelidikan lebih lanjut harus menguji sama ada sementara mematikan mesin fizikal otak mengganggu pemprosesan maklumat fizikal dan menunjukkan tanda-tanda apraxia. Sekiranya demikian, mesin fizik yang rosak mungkin akan diperbaiki.
Dengan mengkaji bagaimana kawasan otak yang terlibat dalam mesin fizik berinteraksi antara satu sama lain, kita bahkan dapat membina robot berdasarkan pemahaman fizik yang sempurna.
"Dalam kajian ini, kami menguji hanya sebagian kecil dari semua jenis pemprosesan fizik yang mungkin," tulis penulis. Contohnya, adakah otak kita akan bertindak balas terhadap cecair yang saling berinteraksi - dua gelombang bertembung antara satu sama lain - sama seperti dua objek pepejal bertembung.
Sekiranya mesin fizik otak benar-benar seperti permainan simulasi fizik, ia mungkin dikhususkan untuk sebilangan kecil keadaan - cecair atau pepejal, misalnya. Oleh itu, kita dapat menemui lebih banyak jenis mesin fizik yang terkubur di rangkaian neural gergasi kita.
Mungkin kita dapat melengkapkan robot dengan banyak mesin fizik yang sentiasa berfungsi seperti permainan video. Sekiranya robot dapat mensimulasikan hasil senario fizikal seperti manusia dengan cepat dan cekap, mereka dapat menunjukkan apa yang akan berlaku sebelum ia berlaku. Mereka boleh berinteraksi dengan dunia luar dan juga orang.
ILYA KHEL
