كيف تضبط العقول في إشارة واحدة من المليارات؟

كيف تضبط العقول في إشارة واحدة من المليارات؟ يقوم عقلك بإجراء أوركسترا متعددة للمعلومات في نفس الوقت. الصوت المستنير, CC BY

يرسل العقل البشري مئات المليارات من الإشارات العصبية كل ثانية. إنه عمل فذ معقد للغاية.

يجب على العقل السليم إنشاء عدد هائل من الاتصالات الصحيحة والتأكد من بقائها دقيقة طوال فترة نقل المعلومات - والتي قد تستغرق ثوانٍ ، والتي في "وقت المخ" طويلة جدًا.

كيف تصل كل إشارة إلى وجهتها المقصودة؟

التحدي الذي يواجه عقلك يشبه ما تواجهه عند محاولة الدخول في محادثة في حفل كوكتيل صاخب. يمكنك التركيز على الشخص الذي تتحدث معه و "كتم" المناقشات الأخرى. هذه الظاهرة هي السمع الانتقائي - ما يسمى ب تأثير حفل كوكتيل.

عندما يتحدث الجميع في حفلة كبيرة مزدحمة بنفس الصوت العالي تقريبًا ، يكون متوسط ​​مستوى الصوت للشخص الذي تتحدث معه مساويًا لمستوى متوسط ​​جميع أحاديث الأطراف الأخرى مجتمعة. إذا كان نظام تلفزيون مع قنوات فضائية ، فإن هذا التوازن المتساوي تقريبًا للإشارة المرغوبة وضوضاء الخلفية سيؤدي إلى ضعف الاستقبال. ومع ذلك ، فإن هذا التوازن جيد بما يكفي للسماح لك بفهم المحادثة في حفلة صاخبة.

كيف يفعل العقل البشري ذلك ، ويميز بين مليارات من "المحادثات" المستمرة داخل نفسه ويغلق إشارة معينة للتسليم؟

بحث فريقي في الشبكات العصبية للدماغ تبين أن هناك نشاطين يدعمان قدرتها على إقامة روابط موثوقة في وجود ضجيج كبير في الخلفية البيولوجية. على الرغم من أن آليات الدماغ معقدة للغاية ، فإن هذين النشاطين هما بمثابة ما يسميه المهندس الكهربائي مرشح المتطابقة - عنصر معالجة يستخدم في الأنظمة الراديوية عالية الأداء ، والمعروف الآن أنه موجود في الطبيعة.


الحصول على أحدث من InnerSelf


الخلايا العصبية الغناء في وئام

لنأخذ بعض الوقت للتركيز على واحد فقط من مئات المليارات من ألياف الأعصاب في الدماغ البشري ، والتي ينشط الكثير منها في أي وقت من الأوقات. إنهم يقومون جميعًا بدورهم لتنفيذ عمليات فكرية تسمح للبشر بالعمل بنجاح والتفاعل بشكل هادف مع بعضهم البعض - دعم القدرات مثل التوجيه والانتباه والذاكرة وحل المشكلات والوظيفة التنفيذية.

طور فريق بحثي نموذجًا يترجم نشاط الدماغ البيولوجي إلى النطاق المسموع البشري ، لذلك نحن يمكن سماع الدماغ في العمل. إليك ما تبدو عليه الألياف العصبية الفردية التي تنقل إشاراتها في بيئة مثالية خالية من الضوضاء:

نشاط الألياف العصبية المفردة يترجم إلى نطاق مسموع بشري. المؤلف مقدم (لا إعادة استخدام)119 KB (تحميل)

عندما تنقل هذه الألياف العصبية المختارة إشارة إلى وجهتها المستهدفة في أي مكان آخر من الدماغ ، فإنها تتعارض مع ضجيج الخلفية الناتج عن نشاط جميع الألياف النشطة الأخرى. إليكم صوت تلك الألياف نفسها المغمورة الآن في حفلة الكوكتيل في الدماغ:

نشاط ليف عصبي واحد ، على خلفية كل شيء آخر يحدث في الدماغ. المؤلف مقدم (لا إعادة استخدام)119 KB (تحميل)

تحفز ضوضاء الخلفية في الدماغ مجموعة صغيرة من ألياف الأعصاب الأخرى حول ألياف الأعصاب المختارة لدينا تزامن ونقل تقريبا نفس الرسالة. هذا التزامن يقلل من تأثير الضوضاء ويحسن وضوح الإشارة.

إنها تقوم بالعمل ، لكنها ليست مثالية. انها تشبه العديد من الأصوات الغناء في وئام. كل صوت يصدر صوته بتردداته الفريدة في كل لحظة ، مع مجموع الأصوات المتعددة التي توسع نطاق التردد لكل صوت فردي. فكر في جوقة تملأ قاعة الموسيقى بأغنيتها ، بدلاً من عازف منفرد يغني جزءًا واحدًا فقط. تُثري هذه الاستراتيجية محتوى التردد وترفع مستوى الإشارة المرسلة وتزيد من جودة الاستقبال.

يصف العلماء هذه الظاهرة بأنها ظهور علاقة ، أو اقتران ، بين النظم الفرعية المنفصلة فعليًا للألياف العصبية. إنه يخلق نظامًا ديناميكيًا أكبر. لا تختلف الفكرة تمامًا عن الغموض الذي يرجع إلى عام 350 ، والذي تم حله أخيرًا ، حول كيفية ذلك ساعات البندول شنت على نفس الجدار تزامن من خلال قوى مادية صغيرة تمارس على شعاع الدعم.

أعتقد أنا وزملائي أن هذه القدرة نفسها على "المزامنة" قد تؤدي إلى اكتشاف علاجات علاجية موسعة للاضطرابات العصبية مثل التصلب المتعدد. يمكن تحقيق ذلك باستخدام جهاز موسع عصبي موسع على سطح فروة الرأس لتوفير قوى حقل كهربائي مخصص صغيرة غير فيزيائية لمنطقة الدماغ تتأثر بالمرض. من خلال تغيير إشارات الدماغ للمريض بشكل غير موسع ، فإن قوى المجال الكهربائي هذه ستخلق بيئة شبكة عصبية صحية لنقل المعلومات.

كيف تضبط العقول في إشارة واحدة من المليارات؟ مثل الطبول في الفرقة ، تساعد موجات الدماغ في "الحفاظ على الإيقاع". جوش سورنسون / Unsplash, CC BY

أدمغة المتداول الطبول

الطريقة الثانية التي تخترقها أدمغة الدماغ هي ما يشير إليه علماء الأعصاب باسم مفتاح التسليم. إنه الدور الذي يلعبه إيقاعات الدماغ الطبيعية، المعروف شعبيا باسم الموجات الدماغية.

يتم إنشاء إيقاعات الدماغ هذه بواسطة خلايا عصبية تنطلق في أنماط محددة ، مسببة موجات من النشاط الكهربائي عند ترددات منخفضة للغاية ، تتراوح من دورات 0.5 إلى دورات 140 في الثانية. بالمقارنة ، تعمل الهواتف الذكية في حوالي 5,000,000,000 دورات في الثانية الواحدة. يبدو أن الموجات التي تساعد على توصيل إشارة إلى وجهة في البيئة الصاخبة للمخ هي إما موجات ألفا أو دورات 8 إلى 13 في الثانية أو موجات بيتا أو دورات 13 إلى 32 في الثانية.

في مختبري ، نشير إلى هذا النشاط الثاني على أنه "دحرجة الطبول". يشبه تردد الموجات الدماغية تردد الأسطوانة الفرعية أو الأسطوانة المستخدمة لتعليم أو الاحتفاظ بالوقت في الأوركسترا العسكرية والروك والبوب ​​والجاز والأوركسترا التقليدية موسيقى.

تعمل إيقاعات التردد المنخفض هذه كمفتاح تسليم يتم إعجابه بالإشارة المرسلة كتردد إضافي. انها نوع من مثل كيف إشارات GPS مزامنة شبكات الاتصالات السلكية واللاسلكية. قل أن إشارة الموجة أو مفتاح التسليم هي دورات 10 في الثانية. المدة الزمنية لدورة واحدة هي عُشر الثانية ، وبالتالي فإن مفتاح التسليم يعطي علامة وقت عند نقطة الاستقبال كل عشر من الثانية.

تعد علامة التوقيت هذه مفيدة للغاية في الاستقبال الدقيق للإشارة المرسلة. بشكل أساسي ، يفتح مفتاح التسليم هذا أو ينشط القفل عند نقطة الاستقبال المقصودة فقط. لا تختلف الفكرة عن استخدام كلمة مرور للوصول إلى محتوى محدد.

يعتقد علماء الأعصاب أن اختيار مفتاح التسليم المستخدمة يعتمد على حالة الفرد. على سبيل المثال ، ترتبط موجات ألفا بالراحة اليقظة مع إغلاق العينين. ترتبط موجات بيتا بالوعي اليقظ والتركيز الطبيعي.

يفترض العلماء أن المرتبط بكل مفتاح التسليم ، أو إيقاع الدماغ ، هو قائمة من الوظائف المعرفية بما يتفق مع حالة الفرد. لذلك ، على سبيل المثال ، الإشارة المرسلة مع دورات 10 في الثانية إيقاع الدماغ ألفا موجة أعجب بها بالفعل لديها معلومات مشفرة حول الراحة اليقظة.

موجات الدماغ من النشاط الكهربائي كانت حددت تقريبا 100 سنوات، والباحثون يتعلمون باستمرار عنهم ودورهم في السلوك ووظيفة الدماغ.

كيف تضبط العقول في إشارة واحدة من المليارات؟ لتحسين أنظمة الاتصالات السلكية واللاسلكية ، يمكن للباحثين التعلم من كيفية عمل الدماغ لعمله. ماريو كاروسو / Unsplash, CC BY

نمذجة النظم المبنية على الدماغ

تنطوي أبحاث مختبري في الشبكات العصبية على آثار ليس فقط لفهم الدماغ البشري وتطوير إجراءات تشخيصية غير موسعة وعلاجات علاجية لمجموعة متنوعة من الاختلالات العصبية ، ولكن أيضًا لتصميم أنظمة محسّنة للاتصالات والشبكات والأمن السيبراني والذكاء الاصطناعي والروبوتات.

على سبيل المثال ، يوضح الدماغ البشري مقدار تصميمات أنظمة شبكات الاتصالات المتقدمة. الشبكات الخلوية 5G نأمل أن تخدم حوالي 1 مليون جهاز في ميل مربع. في المقابل ، يمكن للعقل البشري أن ينشئ بسرعة 1 مليون اتصال على الأقل داخل بوصة مكعبة من أنسجة المخ.

تصاميم نظام شبكات الاتصالات اليوم مقيدة لأنها تعتمد أساسًا على مبادئ تخصص واحد - الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات. حتى أبسط دوائر الدماغ ، فإن الألياف العصبية ، التي تشبه الروابط في شبكة الاتصالات السلكية واللاسلكية ، تعمل بطرق معقدة للغاية وفقًا لمبادئ البيولوجيا والهندسة الكيميائية والهندسة الميكانيكية والكهربائية وهندسة الحاسبات مجتمعة.

سيتطلب تصميم أنظمة مماثلة لقدرة الدماغ البشري اتباع نهج متعدد التخصصات أكثر تنعكس في مجموعتي البحثية - فريق من خبراء في الطب وعلوم الحياة والهندسة والمواد المتقدمة - و بحث شركاء.

عن المؤلف

سلفاتوري دومينيك مورجيراأستاذ الهندسة الكهربائية والهندسة الحيوية جامعة جنوب فلوريدا

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

books_science

enafarزكية-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

اتبع InnerSelf على

الفيسبوك أيقونةتويتر أيقونةآر إس إس أيقونة

احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

{Emailcloak = إيقاف}

الأكثر قراءة

كيف تعلمت جعل الهاء يعمل لي
كيف تعلمت جعل الهاء يعمل لي
by سارة شتاين لوبرانو
10 27 هناك تحول جديد في النموذج اليوم
نقلة نوعية جديدة اليوم في الفيزياء والوعي
by إرفين لازلو وبيير ماريو بيافا
كيف يتم تشكيل الذكريات واسترجاعها من قبل الدماغ
كيف يتم تشكيل الذكريات واسترجاعها من قبل الدماغ
by بنيامين ج. غريفيث وسيمون هانسلماير