دوشنبه ۱۰ آذر ۰۴ ۲۲:۳۴ ۱ بازديد
مقدمهای بر پیوند علوم اعصاب و مهندسی
این ارائه به بررسی پرسشی در حوزه علوم اعصاب(نوروساینس) میپردازد که چگونه پرندگان اصوات مختلف را ادراک میکنند و مغز آنها این اطلاعات را پردازش مینماید. در ادامه، نقش مهندسی به ویژه مهندسی برق در پیشبرد اینگونه پژوهشها مورد بحث قرار خواهد گرفت. ابتدا برای درک بهتر موضوع، مفاهیم پایهای معرفی میشوند.
از خطای دید تا عملکرد نورون: مبانی پردازش در مغز
برای شروع،توجه شما را به یک پدیده جلب میکنم. به نقطه مثبت در مرکز دو دایره قرمز و سبز رنگ به مدت سی ثانیه خیره شوید و چشمان خود را حرکت ندهید. پس از این زمان، به آرامی نگاه خود را به نقطه مثبت در بالا یا پایین صفحه منتقل کنید. آنچه بسیاری از افراد گزارش میدهند، دیدن دو رنگ زرد با تفاوت است. این یک نمونه از خطای دید (ایلوژن) است. مثال دیگر، تصویر معروف مارهای چرخان (روتیس) است که بسیاری از افراد حرکت آنها را در یک تصویر ثابت میبینند. این پدیدهها یک پرسش بنیادی را مطرح میکنند: آیا آنچه میبینیم و حقیقت میپنداریم، همواره با واقعیت عینی مطابقت دارد؟ مغز چگونه این تصاویر را میسازد و گاه در این ساختار دچار خطا میشود؟
پاسخ به چنین پرسشهایی با درک واحد سازنده اصلی مغز، یعنی نورون، آغاز میشود. نورون سلولی با بدنه، رشتههای ورودی (دندریت) و یک رشته خروجی اصلی (آکسون) است. عملکرد نورون به صورت بسیار سادهشده بدین شکل است: این سلول سیگنالهای ورودی از نورونهای دیگر را جمع میزند و اگر این جمع از یک آستانه مشخص بیشتر شود، نورون "آتش" میکند و یک سیگنال الکتریکی (پتانسیل عمل) را در طول آکسون خود ارسال میکند. اگر جمع ورودیها به آستانه نرسد، نورون خاموش میماند. این مدل سادهشده، اساس پردازش در مغز است.
نکته کلیدی در پیچیدگی مغز، تعداد فوقالعاده زیاد نورونها (حدود ۸۶ میلیارد) و الگوی اتصالات بسیار خاص بین آنهاست. برای نمونه، در یک آزمایش کلاسیک، پژوهشگران با قراردادن الکترود در ناحیه بینایی مغز یک گربه، فعالیت نورونها را ثبت کردند. آنها دریافتند یک نورون خاص تنها زمانی فعال میشود که خطی با زاویه مشخص (مثلاً عمودی) در مکان خاصی از میدان دید حیوان ظاهر شود. اگر زاویه خط تغییر کند یا در مکان دیگری نمایش داده شود، پاسخ نورون ضعیفتر میشود یا قطع میگردد.
ساختار سلسلهمراتبی و کاربردهای مهندسی
چگونه از چنین واحدهای سادهای که به محرکهای ابتدایی پاسخ میدهند،ادراکات پیچیده شکل میگیرد؟ پاسخ در اتصالات سلسلهمراتبی نهفته است. فرض کنید یک نورون تنها زمانی فعال میشود که چندین نورون دیگر که هرکدام به خطوط با زوایای خاص در مکانهای مجاور پاسخ میدهند، به طور همزمان فعال شده باشند. چنین نورونی در واقع الگوی پیچیدهتری مانند یک لوزی را "کدگذاری" میکند. این فرآیند با ترکیبهای پیچیدهتر ادامه مییابد تا نواحی مغز که مسئول تشخیص اجسام یا حتی چهرههای آشنا هستند شکل گیرند. برای مثال، در ناحیهای از مغز موسوم به ناحیه آیتی، نورونهایی وجود دارند که به تصویر چهره یک فرد خاص، حتی از زوایای مختلف، پاسخ میدهند.
یکی از اهداف علوم اعصاب، برقراری ارتباط بین این دو جهان است: جهان فعالیتهای عصبی (الکتریکی/شیمیایی) و جهان رفتارها و تجربیات ذهنی. یک مثال کاربردی و امیدبخش در این راستا، واسط مغز و رایانه است. اگر بتوان فعالیت نورونهای حرکتی در ناحیه موتور کورتکس مغز را ثبت و تحلیل کرد، میتوان قصد حرکت فرد را "خواند". این فناوری برای افرادی که به دلیل معلولیت قادر به حرکت نیستند، تحولآفرین است. به عنوان نمونه، با کاشت الکترود و تحلیل سیگنالها، فرد میتواند تنها با فکر کردن به حرکت، یک بازوی رباتیک را کنترل کند تا مثلاً لیوان آبی را بردارد و بنوشد. نمونههای پیشرفتهای از این دست سالها پیش در مراکز پژوهشی معتبر پیادهسازی شده و همواره در حال پیشرفت است.
نقش کلیدی مهندسی برق در پیشبرد نوروساینس
حال این پرسش مطرح میشود که مهندسی برق چه ارتباطی با این حوزه دارد؟ارتباط بسیار تنگاتنگ است. نخست، مغز یک سامانه الکتروشیمیایی است و سیگنالهای اصلی آن الکتریکی هستند (پالسهای نورونها). بنابراین، ثبت این سیگنالها نیازمند طراحی و ساخت تجهیزات پیشرفته الکترونیکی مانند الکترودهای عصبی حساس است. روشهای ثبت دیگر مانند امآرآی نیز بر اصول فیزیکی و مهندسی استوارند. پس از ثبت، سیگنالهای آنالوگ باید به دقت دیجیتال و پردازش شوند. حذف نویز، استخراج ویژگیها و تفسیر این دادههای پیچیده از حوزههای تخصصی پردازش سیگنال و سیستمهای کنترل است. در نهایت، مرحله "ترجمه" این فعالیتهای عصبی به دستورات قابل فهم برای رایانه یا ربات، نیازمند همکاری نزدیک با نوروساینتیستها و استفاده از الگوریتمهای پیچیده است. حتی در پژوهشهای بنیادی علوم اعصاب برای مدلسازی مدارهای عصبی، درک مهندسی از سیستمهای الکتریکی و محاسباتی بسیار سودمند است. بنابراین، از طراحی سختافزار ثبت تا پردازش نرمافزاری دادهها و مدلسازی، نقش مهندسان برق در این حوزه حیاتی است.
جمعبندی و چشمانداز
در این ارائه،مروری کوتاه بر چگونگی پردازش اطلاعات در مغز از سطح نورون تا ادراکات پیچیده داشتیم و نمونههایی از کاربردهای مهندسی این دانش، به ویژه در حوزه واسط مغز و رایانه را بررسی کردیم. نقش مهندسی برق در ساخت ابزارهای ثبت، پردازش سیگنال و مدلسازی به عنوان عاملی کلیدی در پیشرفت علوم اعصاب مورد تأکید قرار گرفت. این حوزهی میانرشتهای، هماکنون نیز شاهد همکاریهای مؤثر بین مهندسان و دانشمندان علوم اعصاب است و آیندهای سرشار از نوآوریهای شگفتانگیز برای بهبود کیفیت زندگی و درک عمیقتر از کارکرد مغز را نوید میدهد.پلتفرم دکتر اباصلتیان | خدمات تخصصی با گارانتی
???? مشاوره تحصیلی:
- دیپلم تا دکتری در ایران
- راهکارهای قانونی اخذ مدارک
???? مهاجرت تحصیلی:
- اپلای از دیپلم تا دکتری
- همه رشتهها (پزشکی، مهندسی، انسانی)
???? مدارک بینالمللی:
- PMP, MBA, TOEFL, Cisco
- مدارک فنی و مدیریتی
????️ مدارک زبان:
- تافل، آیلتس، دولینگو
- آزمونهای Home Edition
????️ تمامی خدمات با گارانتی کیفیت
مشاوره رایگان پلتفرم دکتر اباصلتیان:
09387708025
09392939108
قبولی دیپلم تا دکتری در ایران
اعزام دانشجو به خارج
https://abasaltian.com/phd/
- ۰ ۰
- ۰ نظر