علماء الفيزياء الحيوية الروس يطورون نموذجًا رياضيًا لعمل الدماغ

دماغ - أرشيفية

وكالات

الجمعة، 16 يونيو 2023 08:00 م

ابتكر علماء الفيزياء الحيوية الروس نموذجا رياضيا للدماغ وستساعد هذه الخوارزميات في دراسة العمليات التي تحدث في الدماغ والبحث عن طرق جديدة لعلاج الأمراض العصبية.

ووفقا لما ذكره موقع "RT"، ابتكر الباحثون من روسيا خوارزمية تسمح بدراسة عملية تنظيم نشاط الخلايا العصبية وطبيعة تفاعلات الخلايا العصبية مع خلايا الدماغ المساعدة.

وقالت الخدمة الصحفية لمؤسسة العلوم الروسية، إن هذا النموذج الرياضي سيساعد على فهم آليات عمل الدماغ بشكل أفضل. وتم نشر نتائج الدراسة في مجلة Entropy العلمية.

وقد قام العلماء ببناء شبكة عصبية تحاكي تفاعل الخلايا العصبية مع الخلايا المساعدة للجهاز العصبي (الخلايا النجمية). واستطاع نظام الحوسبة محاكاة عملية إرسال واستنساخ الإشارات في الدماغ. وسيساعد هذا العمل على فهم أفضل لتفاعل خلايا الدماغ وفتح آفاق جديدة لعلاج أمراض الجهاز العصبي.

وطوّر فريق من علماء الفيزياء الحيوية الروس بقيادة سيرجي ستاسينكو، الباحث الرائد في جامعة "نيجني نوفجورود" الحكومية، أسلوبا يسمح بحساب كيفية تشفير المعلومات داخل الخلايا العصبية وانتقالها داخل الدماغ البشري تفصيليا.

ويشير العلماء إلى أن هذه العملية تختلف جذريا عن كيفية تخزين البيانات ومعالجتها ونقلها إلى داخل أجهزة الكمبيوتر. ويمكن للخلايا العصبية تخزين المعلومات ومعالجتها في وقت واحد، بالإضافة إلى إدراك العديد من الإشارات التناظرية غير المتجانسة. وعلاوة على ذلك، فإن الخلايا العصبية قادرة على الاستجابة بشكل مختلف لمنبّهات معينة وكذلك تغيير الحساسية تجاه بعض المجموعات من النبضات.

يتأثر عمل الخلايا العصبية أيضا بالخلايا المساعدة المجاورة والخلايا النجمية والخلايا الدبقية الصغيرة. وهذه الأجسام قادرة على تغيير طبيعة تفاعلات الخلايا العصبية المجاورة وقوة الإشارات التي تتبادلها.

وأعد العلماء الروس لأول مرة شبيها رياضيا لهذا النظام، ومن أجل تحقيق ذلك قاموا بتعديل شبكة (سبايك) العصبية، بصفتها أحد أكثر أنواع أنظمة الذكاء الاصطناعي شيوعا. وتتمثل ميزته الرئيسية في أن الخلايا العصبية الموجودة فيه تولد وتستقبل إشارات على شكل نبضات، مما يحاكي انتقالها داخل الدماغ الحقيقي.

قام الباحثون من جامعة "نيجني نوفجورود" بتعديل هذه الشبكة العصبية بحيث تأخذ في الاعتبار تأثير الخلايا النجمية على الخلايا العصبية عند نقل كل من النبضات المفردة بين نقاط الاشتباك العصبي (جهات الاتصال) و"حزم النبض" بين عدد كبير من الخلايا.

واختبر العلماء عمل نموذج الجهاز العصبي في إطار التجربة، حيث قاموا بتدريب مجموعة صغيرة من الخلايا العصبية على التعرف على صور الأرقام بالأبيض والأسود.

وأظهرت الأرصاد اللاحقة أن إضافة الخلايا النجمية جعلت النظام يعمل بشكل أكثر واقعية. وسيسمح ذلك باستخدام مثل هذه الخوارزميات لدراسة آليات تشفير المعلومات في الدماغ وكذلك لإنشاء شبكات عصبية اصطناعية محمية بشكل جيد من التداخل مثل نظيراتها الطبيعية.