021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

آیا در آینده دستگاه های جدید می توانند امواج مغزی را بخوانند؟

Mary Lou Jepsen

Could future devices read images from our brains?

As an expert on cutting-edge digital displays, Mary Lou Jepsen studies how to show our most creative ideas on screens. And as a brain surgery patient herself, she is driven to know more about the neural activity that underlies invention, creativity, thought. She meshes these two passions in a rather mind-blowing talk on two cutting-edge brain studies that might point to a new frontier in understanding how (and what) we think.


تگ های مرتبط :

Brain, Creativity, Neuroscience
۱۸ سال پیش من جراحی مغز داشتم و از آن زمان به بعد، علوم مغزی به عشق وعلاقه شخصی من تبدیل شد من در واقع مهندس هستم و در ابتدا اجازه بدید که بگم اخیرا به گروه گوگلی "مون شات" پیوستم که در آن یک بخش در اختیارم بود بخش تقسیم صفحه نمایش در گوگل " X"، و عملکرد دانش مغزی که امروز در باره آن صحبت می کنم کاری که من قبل از پیوستم به گروه گوگل انجام دادم علاوه بر فعالیت اصلی ام در گوگل. وفتی شما جراحی مغز دارید ؛ می توان گفت که داغ ننگی وجود خواهد داشت. اینکه هنوز هوشمند هستید، یا نه ؟
و اگر نه، آیا می توانید دوباره هوش تان را بدست آورید؟ بعد از جراحی مغز و اعصاب بخشی از مغز من گمشده بود، و مجبور بودم که این موضوع را بپذیرم بخش گمشده، ماده خاکستری مغز نبود؛ آن بخش چسبنده مرکزی مغز بود جائی که هورمون ها و انتقال دهنده های عصبی اساسی تولید می شوند درست پس از عمل جراحی، مجبور بودم تصمیم بگیرم که چه مقدار از هر کدام از یک دوجین از مواد شیمیائی را بطور روزانه مصرف کنم. چون اگر من هیچ داروئی مصرف نمی کردم در عرض چند ساعت می مردم. الان ۱۸ سال می گذرد، هر روز طی این ۱۸ سال مجبور بوده ام که سعی کنم تا ترکیبات
و مخلوط هائی از مواد شیمیائی را مصرف کنم ، تا بتوانم زنده بمانم. در این مدت چند بار تا دم مرگ رفته ام. اما خوشبختانه، از آنجاییکه اساسا آزمایشگر هستم، تصمیم گرفتم سعی کنم مقدارهای بهینه بیشتری برای داروهای آزمایشی پیدا کنم چون واقعا نقشه راه مشخصی که به تفصیل باشد وجود ندارد. شروع کردم به امتحان کردن ترکیب های مختلف و واقعا شوکه شدم وقتی دیدم چطور تغییرات جزئی در مقدار داروها می تواند بطور چشمگیری، حس و دریافت های های مرا از خودم تغییر دهد احساسم از اینکه چه کسی بودم، طرز تفکرم،
رفتارم نسبت به مردم. یک مورد بخصوص دراماتیک که داشتیم: راستش برای چند ماهی مقادیری مختلف از مواد شیمیائی مخصوص مردی که در ابتدای بیست سالگیش بود امتحان کردم، و شوکه شدم از اینکه این موضوع چقدر تفکرات مرا تغییر داد. ( خنده حضار) من در تمام اوقات عصبانی بودم، مداوم در مورد رابطه جنسی فکر می کردم، و فکر می کردم که باهوش ترین فرد روی کره زمین هستم، ( خنده حضار) البته در طول سالیان، از این تیپ آدم ها زیاد ملاقات کرده ام، یا شاید از نوع ملایم تر آنها. در واقع من از نوع افراطی آنها بوده ام.
ولی، آنچه مرا متعجب کرد این بود که نمی خواستم خودخواه باشم من واقعا سعی می کردم، تا با کمی احساس عدم امنیت راستش مسائل پیش رویم را حل کنم و به نتیجه هم نمی رسید. خوب نتوانستم برای مسائل ام راه حلی پیدا کنم بنابراین مقادیر دارو را عوض کردم ولی تجربه ای که به من داد درک تازه ای از مردها و اینکه چطور چنین چیزی را تجربه می کنند را برایم رقم زد و من در طول این تجربه با آنها بودم این خیلی بهتر بود از وقتی که سعی می کردم خودم به تنهائی تجربه کنم
برای تنظیم این هورمون ها و فرستنده های عصبی و غیره و سعی در اینکه هوش من برگردد بعد از بیماری و جراحی ام تفکر خلاق من، بخش ایده آفرین مغز من فعال شد. و فکر می کنم بیشتر در بخش تصاویر و همچنین برای من این تبدیل شد به یک موضوع اصلی اینکه چطور بتوانیم تصاویر مغزی مان را بدست آوریم. بعنوان یک راه سریع برای نمونه سازی اگر شما بخواهید ، نظرمرا بپرسید راه حل، امتحان نظریات مختلف ، اندازه های مختلف اجرا کردن حالات مختلف راهگشا خواهد بود. البته این نوع تفکر جدید نیست.
فیلسوفانی مثل هیوم و دکارت و هابس مواردی را به همین شکل بررسی کرده اند انها در واقع گفته اند که تصاویر مغزی و ایده ها در واقع یک مفهوم هستند. کسانی هستند امروز که بحث های زیادی دارند در مورد اینکه مغز چطور کار می کند، ولی برای من این ساده است عکس های مغزی، برای اکثر ما حکم یک مرکزیت را دارند در تفکر خلاق ما. لذا پس از سالها من خودم را تنظیم کردم و مقادیر زیادی تصاویر ذهنی زنده واقعی با بسیاری پیچیدگی ها و تحلیل اساسی مغز که در پس تصاویر می اید و آنچه امروز من روی آن کار می کنم
اینست که چطور می توانم این تصاویر مغزی ام را سریعتر روی صفحه کامپیوترم بیاورم؟ میتوانید تصور کنید، اگر بخواهید، یک کارگردان سینما قادر باشد تا با تصوراتش به تنهائی، کل جهان را در مقابل خود هدایت کند ؟ یا یک موسیقیدان بتواند موسیقی خود را از مغزش بگیرد ؟ یک امکان بی نظیر برای اینکار وجود دارد بعنوان یک راه برای افراد خلاق برای به مشارکت گذاشتن آن سرعت نور. و واقیعت این است ، باقیمانده تنگنای مشکل برای رسیدن به هدف مان باید بتوانیم وضوح سیستم های اسکن مغزی مان را بالا ببریم. پس اجازه بدهید بگویم چرا ما در حال رسیدن به هدف هستیم
با در میان گذاشتن اطلاعات دو تحقیق اخیرمان که توسط دو گروه متخصص مغز و اعصاب بسیار حرفه ای انجام شده است. هر دو گروه از تکنولوژی "ام آر آی " نوع اف استفاده کرده اند. تکنولوژی تصویر برداری توسط تشدید مغناطیسی کاربردی برای به تصویر کشیدن مغز. و اینجا شما شاهد مجموعه تصویر اسکن مغزی از جورجیا گانیس و همکارش در هارواردهستید. ستون سمت چپ، یک اسکن مغزی از شخصی را نشان می دهد که در حال دیدن تصویری است ستون میانی اسکن مغزی همان شخص است که در حال تصور دیدن همان تصویر است. و ستون سمت راست ، که از تفریق
ستون میانی از ستون سمت چپی خلق شده است. تصویر نشان میدهد که تقریبا تفاوتی وجود ندارد. این آزمایش با افراد مختلف و بدفعات و با تصاویر مختلف تکرار شد و در همه حال نتیجه یکسان گرفته شد. تفاوت میان دیدن یک تصویر یا موضوع و تصور دیدن آن تقریبا صفر است. تجربه دیگری را با شما در میان می گذارم تجربه مربوط به آزمایشگاه جک گالانت در برکلی کالیفرنیا. آنها توانسته اند امواج مغزی را رمز گشائی کنند رمز گشایی تصاویر تصاویر مغزی موضوعات قابل تشخیص در میدان دید انسان خوب، اجازه بدهید نگاهی به آنها بیندازیم.
در این آزمایش، افراد نشان داده میشوند صد ها ساعت ویدئوهای یوتیوب توسط بینندگان دیده شده و در همان زمان، مغز بینندگان در حال اسکن شدن بوده است برای ایجاد یک کتابخانه بزرگ از عکس العمل مغزهای بینندگان از دیدن ویدئو ها. سپس یک فیلم جدید نشان داده شد با تصاویر جدید، بینندگان جدید، و حیوانات جدید در فیلم ها و یک مجموعه اسکن جدید ضبط شد. کامپیوتر فقط اطلاعات اسکن شده مغز را استفاده می کرد رمز گشائی اسکن های جدید مغزی برای اینکه بفهمیم واقعا بینندگان فکر می کرده اند چه می بینند. در سمت راست، شما حدس های کامپیوتر را می بینید و در سمت چپ، کلیپ های نمایش داده شده را داریم.
این واقعا تعجب آور است. ما خیلی نزدیک شده ایم به نتیجه گیری ما فقط نیاز داریم تا وضوح سیستم را بالا بریم. و اگر بخاطر بیاورید که وقتی شما موضوعی را می دیدید در مقایسه با زمانی که شما تصور می کردید که آن موضوع را می بینید تصویر مغزی مشابهی در مغز شما بوجود می آید. خوب این کار با استفاده از بالاترین وضوح سیستم در تکنولوژی موجود امروز انجام شد وضوح امواج مغزی در عرض سالهای اخیر، واقعا بیش از هزار برابر بیشتر افزایش یافته است. در مرحله بعد نیاز داریم تا وضوح را بیش از هزار برابر دیگر افزایش دهیم برای اینکه یک نگاه عمیق تری به موضوع داشته باشیم.
چطور این کار را انجام می دهیم ؟ در این روش تکنیک های بسیاری هست که می توان استفاده کرد یکی از راهها باز کردن جمجمه شما و قرار دادن الکترود ها در آن است من این کار را نخواهم کرد. بسیاری روش های تصویر برداری دیگر نیز هست که پیشنهاد شد، من خودم حتی بعضی را پیشنهاد کردم ولی با توجه به آخرین موفقیت های "ام آر آی" اول باید این سوال را مطرح سازیم که آیا نهایت راه فن آوری همین تکنولوژی " ام آر آی" است ؟ عقل متعارف می گوید که تنها راه برای داشتن وضوح بیشتر، مغناطیس های بزرگتر است ولی در این زمان، داشتن مغناطیس های بزرگتر واضح بودن تصاویر را تا اندازه ای افزایش خواهد داد
ولی نه به آن اندازه ی هزار برابری که نیاز است. من نظریه ای را پیشنهاد کردم: بجای داشتن مغناطیس بزرگتر اجازه بدهید تا مغناطیس های بهتری داشته باشیم امروزه برخی فن آوری های پیشرفته در علوم نانو وجود دارد که سری جدیدی از مغناطیس ها را بوجود آورده است و با این مغناطیس ها می توانیم جزئیات دقیق تری از میدان های مغناطیسی مغزی داشته باشیم، و با استفاده از آنها، در واقع می توانیم یک ساختار هولوگرافی مانند شکل های زیر داشته باشیم برای داشتن یک کنترل دقیق روی الگوهای مختلف
همانطور که در اینجا نشان داده شده است با تغییر چیزها قادر به ایجاد ساختارهای بسیار پیچیده تر هستیم. می توانیم ساختارهای پیچیده تری بوجود آوریم، فقط با کمی تفاوت در آرایش آنها، چیزی مثل ساختن دستگاه های تنفس نگار. خوب، چرا این مهم است ؟ در طی سالیان، تلاش های زیادی برای " ام آرآی " ها برای ساختن مغناطیس های بزرگ یا مغناطیس های خیلی بزرگ انجام شده است، درست است ؟ ولی بیشترین پیشرفت در سالهای اخیر برای افزایش وضوح از ناشی از روشهای رمز گذاری و رمز گشائی ابتکارانه و هوشمندانه بوده است که در فرستنده ها و گیرنده های "اف ام" ( مدولاسیون فرکانس)
سیستم های " ام آر آی" استفاده می شود . با این شرایط ،حالا بجای داشتن یک میدان مغناطیسی یک دست یک الگوی میدان مغناطیسی ساخت یافته (سازماندهی شده)، علاوه بر استفاده از فرکانس های رادیوئی " اف ام" داریم . پس با ترکیب الگوهای مغناطیسی با الگوها در فرکانس های رادیوئی اف ام ( تکنیک مدولاسیون فرکانس) پردازشی خواهیم داشت که بطور انبوه اطلاعات قابل استخراج ما را در یک تک اسکن افزایش می دهد. در راس این پردازش می توانیم لایه هایی از اطلاعات دانش نگارش رو به رشد مان در مورد ساختار مغز و حافظه برای ایجاد هزاران برابر افزایش وضوحی که نیاز داریم بدست آوریم.
و با استفاده از " ام آر آی " نوع " اف" یا کاربردی ، می توانیم نه تنها جریان خون اکسیژن دار را اندازه گیری کنیم، بلکه هورمونها و فرستنده های عصبی و حتی شاید بتوانیم فعالیت مستقیم عصبی را اندازه گیری کنیم. که این البته یک رویا بمی باشد. ما در روند رشدی هستیم که می توانیم ایده های خود را مستقیما به رسانه های دیجیتالی انتقال دهیم. می توانید تصور کنید اگر قادر شویم به جای ارتباط با زبان گره گره خورده مان از طریق فکر انسانی با هم ارتباط برقرار کنیم قادر به انجام چه کارهایئ خواهیم شد؟ و تا کجا ما می توانیم دانش مبادله میان بشر را با استفاده از حقایقی از فکر بشر که فیلتر نشده است، ارتقا بخشیم
شما فکر می کنید که اینترنت از اول بزرگ بود. این ها سوالات مهمی است. ممکن است این ابزار بینظیری باشد برای اینکه فکر خود را و مهارتهای ارتباطی خود را تقویت نمائیم در واقع این ابزار مشابهی خواهد بود که ممکن است منجر به درمان آلزایمر و بیماری های مشابه گردد. ما گزینه های محدودی داریم ولی اینک این درباز شده است، صرف نظر از اینکه چه مدت طول خواهد کشید، ما به نتیجه خواهیم رسید، یک عدد انتخاب کنید ۵ سال یا ۱۵ سال ، چه مدت طول می کشد تا به نتیجه برسیم ؟ بعید است بیش از این طول بکشد. ما باید یاد بگیرم که چطور این گامها را با هم برداریم
با تشکر از شما (
I had brain surgery 18 years ago, and since that time, brain science has become a personal passion of mine. I'm actually an engineer. And first let me say, I recently joined Google's Moonshot group, where I had a division, the display division in Google X, and the brain science work I'm speaking about today is work I did before I joined Google and on the side outside of Google. So that said, there's a stigma when you have brain surgery. Are you still smart or not?
And if not, can you make yourself smart again? After my neurosurgery, part of my brain was missing, and I had to deal with that. It wasn't the grey matter, but it was the gooey part dead center that makes key hormones and neurotransmitters. Immediately after my surgery, I had to decide what amounts of each of over a dozen powerful chemicals to take each day, because if I just took nothing, I would die within hours. Every day now for 18 years -- every single day -- I've had to try to decide the combinations
and mixtures of chemicals, and try to get them, to stay alive. There have been several close calls. But luckily, I'm an experimentalist at heart, so I decided I would experiment to try to find more optimal dosages because there really isn't a clear road map on this that's detailed. I began to try different mixtures, and I was blown away by how tiny changes in dosages dramatically changed my sense of self, my sense of who I was, my thinking, my behavior towards people.
One particularly dramatic case: for a couple months I actually tried dosages and chemicals typical of a man in his early 20s, and I was blown away by how my thoughts changed. (Laughter) I was angry all the time, I thought about sex constantly, and I thought I was the smartest person in the entire world, and —(Laughter)— of course over the years I'd met guys kind of like that, or maybe kind of toned-down versions of that. I was kind of extreme. But to me, the surprise was,
I wasn't trying to be arrogant. I was actually trying, with a little bit of insecurity, to actually fix a problem in front of me, and it just didn't come out that way. So I couldn't handle it. I changed my dosages. But that experience, I think, gave me a new appreciation for men and what they might walk through, and I've gotten along with men a lot better since then. What I was trying to do with tuning these hormones
and neurotransmitters and so forth was to try to get my intelligence back after my illness and surgery, my creative thought, my idea flow. And I think mostly in images, and so for me that became a key metric -- how to get these mental images that I use as a way of rapid prototyping, if you will, my ideas, trying on different new ideas for size, playing out scenarios. This kind of thinking isn't new. Philiosophers like Hume and Descartes and Hobbes saw things similarly.
They thought that mental images and ideas were actually the same thing. There are those today that dispute that, and lots of debates about how the mind works, but for me it's simple: Mental images, for most of us, are central in inventive and creative thinking. So after several years, I tuned myself up and I have lots of great, really vivid mental images with a lot of sophistication and the analytical backbone behind them. And so now I'm working on, how can I get these mental images in my mind
out to my computer screen faster? Can you imagine, if you will, a movie director being able to use her imagination alone to direct the world in front of her? Or a musician to get the music out of his head? There are incredible possibilities with this as a way for creative people to share at light speed. And the truth is, the remaining bottleneck in being able to do this is just upping the resolution of brain scan systems. So let me show you why I think we're pretty close to getting there by sharing with you two recent experiments
from two top neuroscience groups. Both used fMRI technology -- functional magnetic resonance imaging technology -- to image the brain, and here is a brain scan set from Giorgio Ganis and his colleagues at Harvard. And the left-hand column shows a brain scan of a person looking at an image. The middle column shows the brainscan of that same individual imagining, seeing that same image. And the right column was created by subtracting the middle column from the left column,
showing the difference to be nearly zero. This was repeated on lots of different individuals with lots of different images, always with a similar result. The difference between seeing an image and imagining seeing that same image is next to nothing. Next let me share with you one other experiment, this from Jack Gallant's lab at Cal Berkeley. They've been able to decode brainwaves into recognizable visual fields. So let me set this up for you. In this experiment, individuals were shown
hundreds of hours of YouTube videos while scans were made of their brains to create a large library of their brain reacting to video sequences. Then a new movie was shown with new images, new people, new animals in it, and a new scan set was recorded. The computer, using brain scan data alone, decoded that new brain scan to show what it thought the individual was actually seeing. On the right-hand side, you see the computer's guess, and on the left-hand side, the presented clip. This is the jaw-dropper.
We are so close to being able to do this. We just need to up the resolution. And now remember that when you see an image versus when you imagine that same image, it creates the same brain scan. So this was done with the highest-resolution brain scan systems available today, and their resolution has increased really about a thousandfold in the last several years. Next we need to increase the resolution another thousandfold to get a deeper glimpse. How do we do that?
There's a lot of techniques in this approach. One way is to crack open your skull and put in electrodes. I'm not for that. There's a lot of new imaging techniques being proposed, some even by me, but given the recent success of MRI, first we need to ask the question, is it the end of the road with this technology? Conventional wisdom says the only way to get higher resolution is with bigger magnets, but at this point bigger magnets only offer incremental resolution improvements, not the thousandfold we need.
I'm putting forward an idea: instead of bigger magnets, let's make better magnets. There's some new technology breakthroughs in nanoscience when applied to magnetic structures that have created a whole new class of magnets, and with these magnets, we can lay down very fine detailed magnetic field patterns throughout the brain, and using those, we can actually create holographic-like interference structures to get precision control over many patterns,
as is shown here by shifting things. We can create much more complicated structures with slightly different arrangements, kind of like making Spirograph. So why does that matter? A lot of effort in MRI over the years has gone into making really big, really huge magnets, right? But yet most of the recent advances in resolution have actually come from ingeniously clever encoding and decoding solutions in the F.M. radio frequency transmitters and receivers in the MRI systems.
Let's also, instead of a uniform magnetic field, put down structured magnetic patterns in addition to the F.M. radio frequencies. So by combining the magnetics patterns with the patterns in the F.M. radio frequencies processing which can massively increase the information that we can extract in a single scan. And on top of that, we can then layer our ever-growing knowledge of brain structure and memory to create a thousandfold increase that we need. And using fMRI, we should be able to measure not just oxygenated blood flow,
but the hormones and neurotransmitters I've talked about and maybe even the direct neural activity, which is the dream. We're going to be able to dump our ideas directly to digital media. Could you imagine if we could leapfrog language and communicate directly with human thought? What would we be capable of then? And how will we learn to deal with the truths of unfiltered human thought? You think the Internet was big. These are huge questions. It might be irresistible as a tool
to amplify our thinking and communication skills. And indeed, this very same tool may prove to lead to the cure for Alzheimer's and similar diseases. We have little option but to open this door. Regardless, pick a year -- will it happen in five years or 15 years? It's hard to imagine it taking much longer. We need to learn how to take this step together. Thank you. (Applause)