ما مدى قربنا من قراءة العقول؟ دراسة جديدة تقوم بفك تشفير اللغة والمعنى من عمليات مسح الدماغ

تقترب التكنولوجيا لفك تشفير أفكارنا من أي وقت مضى. علماء الأعصاب في جامعة تكساس قاموا لأول مرة بفك تشفير البيانات من عمليات مسح الدماغ غير الغازية واستخدموها لإعادة بناء اللغة والمعنى من القصص التي يسمعها الناس أو يرونها أو حتى يتخيلونها.

في دراسة جديدة نُشرت في مجلة Nature Neuroscience ، نجح ألكسندر هوث وزملاؤه في استعادة جوهر اللغة وأحيانًا العبارات الدقيقة من تسجيلات الدماغ بالتصوير الوظيفي بالرنين المغناطيسي (fMRI) لثلاثة مشاركين.

يمكن أن تكون التكنولوجيا التي يمكنها إنشاء لغة من إشارات الدماغ مفيدة للغاية للأشخاص الذين لا يستطيعون التحدث بسبب حالات مثل مرض العصبون الحركي. في الوقت نفسه ، فإنه يثير مخاوف بشأن الخصوصية المستقبلية لأفكارنا.

فك شفرة اللغة

تهدف نماذج فك تشفير اللغة ، والتي تسمى أيضًا “أجهزة فك ترميز الكلام” ، إلى استخدام تسجيلات نشاط دماغ الشخص لاكتشاف الكلمات التي يسمعها أو يتخيلها أو يقولها.

حتى الآن ، تم استخدام أجهزة فك تشفير الكلام فقط مع البيانات من الأجهزة المزروعة جراحيًا في الدماغ ، مما يحد من فائدتها. تمكنت أجهزة فك التشفير الأخرى التي استخدمت تسجيلات نشاط الدماغ غير الغازية من فك تشفير كلمات مفردة أو عبارات قصيرة ، ولكن ليس لغة مستمرة.

اقرأ المزيد: لقد قمنا بتوصيل العقول بأجهزة الكمبيوتر لفترة أطول مما تتوقع. هذه الشركات الثلاث تقود الطريق

استخدم البحث الجديد إشارة تعتمد على مستوى الأكسجين في الدم من فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ، والتي تظهر التغيرات في تدفق الدم ومستويات الأوكسجين في أجزاء مختلفة من الدماغ. من خلال التركيز على أنماط النشاط في مناطق الدماغ والشبكات التي تعالج اللغة ، وجد الباحثون أنه يمكن تدريب وحدة فك التشفير الخاصة بهم على إعادة بناء اللغة المستمرة (بما في ذلك بعض الكلمات المحددة والمعنى العام للجمل).

على وجه التحديد ، أخذ مفكك الشفرات استجابات دماغ ثلاثة مشاركين أثناء استماعهم للقصص ، وقام بتوليد سلاسل من الكلمات التي من المحتمل أن تكون قد أنتجت تلك الاستجابات الدماغية. كان أداء تسلسل الكلمات هذا جيدًا في التقاط المعنى العام للقصص ، وفي بعض الحالات تضمنت كلمات وعبارات دقيقة.

كما جعل الباحثون المشاركين يشاهدون أفلامًا صامتة ويتخيلون القصص أثناء مسحهم ضوئيًا. في كلتا الحالتين ، تمكنت وحدة فك التشفير في كثير من الأحيان من التنبؤ بجوهر القصص.

على سبيل المثال ، اعتقد أحد المستخدمين “ليس لدي رخصة قيادتي حتى الآن” ، وتوقعت وحدة فك التشفير “أنها لم تبدأ حتى في تعلم القيادة بعد”.

علاوة على ذلك ، عندما يستمع المشاركون بنشاط إلى قصة واحدة بينما يتجاهلون قصة أخرى يتم عرضها في وقت واحد ، يمكن لوحدة فك التشفير تحديد معنى القصة التي يتم الاستماع إليها بنشاط.

كيف يعمل؟

بدأ الباحثون بجعل كل مشارك يستلقي داخل ماسح الرنين المغناطيسي الوظيفي ويستمع إلى 16 ساعة من القصص المروية أثناء تسجيل استجابات الدماغ.

ثم تم استخدام استجابات الدماغ هذه لتدريب مشفر – وهو نموذج حسابي يحاول التنبؤ بكيفية استجابة الدماغ للكلمات التي يسمعها المستخدم. بعد التدريب ، يمكن للمشفر أن يتنبأ بدقة بكيفية استجابة إشارات دماغ كل مشارك لسماع سلسلة معينة من الكلمات.

ومع ذلك ، فإن السير في الاتجاه المعاكس – من استجابات الدماغ المسجلة للكلمات – أكثر صعوبة.

تم تصميم نموذج التشفير لربط استجابات الدماغ بـ “السمات الدلالية” أو المعاني الواسعة للكلمات والجمل. للقيام بذلك ، يستخدم النظام نموذج لغة GPT الأصلي ، والذي يعد مقدمة لنموذج GPT-4 الحالي. ثم تقوم وحدة فك التشفير بتوليد متواليات من الكلمات التي ربما تكون قد أنتجت استجابات الدماغ المرصودة.

ثم يتم التحقق من دقة كل “تخمين” باستخدامه للتنبؤ بنشاط الدماغ المسجل مسبقًا ، مع التنبؤ ثم مقارنة بالنشاط الفعلي المسجل.

أثناء هذه العملية كثيفة الاستخدام للموارد ، يتم إنشاء العديد من التخمينات في وقت واحد ، ويتم ترتيبها حسب الدقة. يتم تجاهل التخمينات السيئة والاحتفاظ بالتخمينات الجيدة. تستمر العملية بتخمين الكلمة التالية في التسلسل ، وهكذا حتى يتم تحديد التسلسل الأكثر دقة.

كلمات ومعاني

وجدت الدراسة أن البيانات من مناطق دماغية متعددة ومحددة – بما في ذلك شبكة الكلام ومنطقة الارتباط الجداري والزماني والقذالي وقشرة الفص الجبهي – كانت مطلوبة للحصول على أكثر التنبؤات دقة.

أحد الاختلافات الرئيسية بين هذا العمل والجهود السابقة هو البيانات التي يتم فك تشفيرها. تربط معظم أنظمة فك التشفير بيانات الدماغ بالسمات الحركية أو النشاط المسجل من مناطق الدماغ المشاركة في الخطوة الأخيرة من إخراج الكلام ، وهي حركة الفم واللسان. يعمل جهاز فك التشفير هذا بدلاً من ذلك على مستوى الأفكار والمعاني.

أحد قيود استخدام بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي هو انخفاض “الدقة الزمنية”. ترتفع الإشارة المعتمدة على مستوى الأكسجين في الدم وتنخفض خلال فترة 10 ثوانٍ تقريبًا ، وخلال هذه الفترة قد يكون الشخص قد سمع 20 كلمة أو أكثر. نتيجة لذلك ، لا تستطيع هذه التقنية اكتشاف الكلمات الفردية ، ولكن فقط المعاني المحتملة لتسلسل الكلمات.

لا داعي للذعر بشأن الخصوصية (حتى الآن)

تثير فكرة التكنولوجيا القادرة على “قراءة العقول” مخاوف بشأن الخصوصية العقلية. أجرى الباحثون تجارب إضافية لمعالجة بعض هذه المخاوف.

أظهرت هذه التجارب أنه لا داعي للقلق حتى الآن بشأن فك تشفير أفكارنا أثناء السير في الشارع ، أو في الواقع بدون تعاوننا المكثف.

كان أداء وحدة فك التشفير التي تم تدريبها على أفكار شخص ما ضعيفًا عند التنبؤ بالتفاصيل الدلالية من بيانات مشارك آخر. علاوة على ذلك ، يمكن للمشاركين تعطيل فك التشفير عن طريق تحويل انتباههم إلى مهمة مختلفة مثل تسمية الحيوانات أو سرد قصة مختلفة.

اقرأ المزيد: يمكن أن تكشف البيانات العصبية الخاصة بنا عن ذواتنا الأكثر خصوصية. مع انتشار غرسات الدماغ ، كيف ستتم حمايتها؟

يمكن أن تؤدي الحركة في الماسح الضوئي أيضًا إلى تعطيل وحدة فك التشفير لأن التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي حساس للغاية للحركة ، لذا فإن تعاون المشاركين ضروري. بالنظر إلى هذه المتطلبات ، والحاجة إلى موارد حسابية عالية القوة ، فمن غير المرجح أن يتم فك تشفير أفكار شخص ما ضد إرادته في هذه المرحلة.

أخيرًا ، لا يعمل جهاز فك التشفير حاليًا على بيانات أخرى غير الرنين المغناطيسي الوظيفي ، وهو إجراء مكلف وغير عملي في كثير من الأحيان. تخطط المجموعة لاختبار نهجها على بيانات الدماغ الأخرى غير الغازية في المستقبل.