ده‌ها پژوهش نشان داده‌ است که ادراک ما از جهان تحت‌تأثیر انتظارات ما قرار می‌گیرد. انتظارات که به آن‌ها «باورهای پیشین» نیز گفته می‌شود، به ما کمک می‌کند تا آنچه در زمان حال اتفاق می‌افتد، براساس تجارب مشابه گذشته درک کنیم. برای مثال، این موضوع را در نظر بگیرید که چگونه سایه‌ی کم‌رنگی در تصویر رادیوگرافی را به‌آسانی کارورزی کم‌تجربه نادیده می‌گیرد؛ اما پزشک باتجربه می‌تواند از روی سیگنال ضعیف نیز محتمل‌ترین تفسیر را ارائه کند.

فرایند ترکیب دانش پیشین با شواهد نامطمئن «تلفیق بیزی» خوانده می‌شود و اعتقاد بر این است که روی ادراک و افکار و اعمال ما تأثیر بسیاری می‌گذارد. اکنون دانشمندان علوم اعصاب مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست سیگنال‌های مغزی متمایزی را شناسایی کرده‌اند که باورهای پیشین را رمزگذاری می‌کند. همچنین، آن‌ها متوجه شده‌اند که چگونه مغز از این سیگنال‌ها برای قضاوت در شرایط نامطمئن استفاده می‌کند. مهرداد جزایری، یکی ازنویسندگان این مقاله می‌گوید:

اینکه چگونه این باورها بر فعالیت مغز تأثیر می‌گذارند و موجب انحراف ادراک ما می‌شوند، سؤالی بود که ما به‌دنبال یافتن پاسخی برای آن بودیم.

پژوهشگران میمون‌ها را برای انجام وظیفه‌ی دارای زمان‌بندی خاص آموزش دادند. در این آزمایش، آن‌ها باید فواصل زمانی را مجددا تجسم می‌کردند. انجام این وظیفه چالش‌برانگیز است؛ زیرا حس ما از زمان کامل نیست و می‌تواند خیلی سریع یا خیلی آهسته باشد. اگرچه وقتی فواصل همواره در دامنه‌ی ثابتی قرار داشته باشند، بهترین استراتژی این است که پاسخ‌ها را به‌سوی میانه‌ی این دامنه منحرف کرد. این دقیقا همان کاری بود که حیوانات انجام دادند. علاوه‌براین، ثبت فعالیت نورون‌های قشر پیشانی مغز نشان‌دهنده‌ی مکانیسمی ساده برای تلفیق بیزی بود: تجارب پیشین موجب تغییر نمایش زمان در مغز می‌شد؛ به‌صورتی‌که الگوهای فعالیت عصبی همبسته با فواصل مختلف به‌سوی زمان تجربه‌شده منحرف شد.

نتایج این مطالعه در مجله‌ی Neuron منتشر شده است.

آماده، به‌صف، حرکت

دانشمندان قرن‌ها است می‌دانند تلفیق بیزی استراتژی بهینه‌ای برای برخورد با اطلاعات نامطمئن است. وقتی درباره‌ی موضوعی اطمینان نداریم، به‌طور خودکار برای رفتار بهینه روی تجارب گذشته تکیه می‌کنیم. جزایری می‌گوید:

اگر از موضوعی آگاهی کامل نداشته باشید؛ اما از تجارب پیشین خود انتظاراتی درباره‌ی آن داشته باشید، از آن اطلاعات برای قضاوت خود استفاده خواهید کرد. ما این کار را همیشه انجام می‌دهیم.

در این مطالعه، جزایری و گروهش می‌خواستند بدانند چگونه مغز اعتقادات پیشین را رمزگذاری می‌کند و از آن‌ها برای کنترل رفتار استفاده می‌کند. به‌ همین منظور، پژوهشگران حیوانات را آموزش دادند تا با استفاده از وظیفه‌ای که «آماده، به‌صف، حرکت» نامیده می‌شود، فاصله‌ی زمانی را مجددا مجسم کنند. در این وظیفه، حیوانات زمان بین دو فلاش نور را اندازه می‌گیرند (آماده و به‌صف) و سپس، سیگنال حرکت ایجاد می‌کنند.

آن‌ها حیوانات را آموزش دادند تا این وظیفه را در دو زمینه انجام دهند. در سناریو کوتاه، فواصل بین ۴۸۰ و ۸۰۰ میلی‌ثانیه و در سناریو طولانی، فواصل بین ۸۰۰ و ۱۲۰۰ میلی‌ثانیه متغیر بود. در آغاز وظیفه، به حیوانات اطلاعاتی درباره‌ی زمینه ازطریق نشانه‌ی بصری داده شد و آن‌ها یاد گرفتند براساس نشانه‌ی بصری، انتظار زمان کوتاه یا طولانی را داشته باشند.

جزایری قبلا نشان داده بود انسان‌هایی که این وظیفه را انجام می‌دهند، گرایش دارند پاسخ‌های خود را در جهت میانه‌ی دامنه منحرف کنند. در اینجا نیز، حیوانات همین کار را انجام می‌دادند. برای مثال، اگر حیوانات باور داشتند فاصله باید کوتاه باشد و به آن‌ها فاصله‌ی ۸۰۰ میلی‌ثانیه‌ای داده می‌شد، فاصله‌ای که آن‌ها ایجاد می‌کردند، کمی کوتاه‌تر از ۸۰۰ میلی‌ثانیه بود. درمقابل، اگر آن‌ها باور داشتند فاصله باید طولانی‌تر باشد و به آن‌ها فاصله‌ی ۸۰۰ میلی‌ثانیه‌ای داده می‌شد، آن‌ها فاصله‌ای کمی طولانی‌تر از ۸۰۰ میلی‌ثانیه ایجاد می‌کردند. جزایری می‌گوید:

آزمایش‌ها تقریبا از هر نظر دیگری یکسان بودند و فقط باور حیوانات بود که موجب رفتارهای متفاوتی می‌شد. این، آزمایشی قانع‌کننده بود که نشان می‌داد حیوانات بر باور خود اتکا می‌کنند.

وقتی پژوهشگران تأیید کردند حیوانات روی باورهای پیشین خود تکیه می‌کنند، آن‌ها تصمیم گرفتند کشف کنند مغز چگونه باورهای پیشین را برای هدایت رفتار آینده رمزگذاری می‌کند. آن‌ها فعالیت حدود ۱,۴۰۰ نورون را در منطقه‌ای از قشر پیشانی ثبت کردند که قبلا نشان داده شده بود در زمان‌بندی مؤثر است. در جریان دوره‌ی «آماده، به‌صف»، پروفایل فعالیت هر نورون درگیر مسیر خود بود و حدود ۶۰ درصد از نورون‌ها بسته به زمینه (زمان کوتاه یا بلند) الگوهای فعالیت متفاوتی داشتند. برای درک این سیگنال‌ها، پژوهشگران تغییر فعالیت عصبی را در کل جمعیت در زمان تجزیه‌و‌تحلیل کردند و دریافتند باورهای پیشین با منحرف‌کردن نمایش عصبی زمان به‌سمت میانه‌ی دامنه‌ی موردانتظار، موجب انحراف در پاسخ‌های رفتاری می‌شود.

دانش جاسازی شده

پژوهشگران عقیده دارند تجارب پیشین شدت ارتباط بین نورون‌ها را تغییر می‌دهد. شدت این ارتباط‌ها که با عنوان سیناپس نیز شناخته می‌شود، تعیین‌کننده‌ی این موضوع است که چگونه نورون‌ها بر یکدیگر عمل و الگوهای فعالیتی را محدود کنند که شبکه‌ای از نورون‌های متصل به‌هم می‌توانند تولید کنند. این یافته‌ که تجارب گذشته الگوهای فعالیت عصبی را منحرف می‌کنند، پنجره‌ای رو به این موضوع می‌گشاید که چگونه تجارب ارتباطات سیناپسی را تغییر می‌دهند. جزایری می‌گوید:

به‌نظر می‌رسد مغز تجارب قبلی را در ارتباطات سیناپسی جاسازی کند، به‌صورتی‌که الگوهای فعالیت مغزی به‌طور مناسبی منحرف شوند.

پژوهشگران به‌عنوان آزمایشی مستقل برای بررسی این ایده، مدلی کامپیوتری متشکل از شبکه‌ای از نورون‌ها را توسعه دادند که می‌توانست همان وظیفه‌ی «آماده، به‌صف، حرکت» را انجام دهد. با استفاده از تکنیک‌هاییادگیری ماشین آن‌ها توانستند ارتباطات سیناپسی را تغییر دهند و مدلی ایجاد کنند که همچون حیوانات رفتار می‌کرد. این مدل‌ها بی‌نهایت ارزشمند هستند؛ چراکه بستری برای تجزیه‌و‌تحلیل دقیق مکانیسم‌های پشت‌صحنه فراهم می‌کنند؛ رویه‌ای که «مهندسی معکوس» نامیده می‌شود.

به‌طور درخورتوجهی، مهندسی معکوس مدل نشان داد این مدل وظیفه را به‌ همان شکل مغز میمون‌ها حل و نمایش زمان را براساس تجارب گذشته منحرف کرده بود. پژوهشگران از مدل کامپیوتری برای تشریح بیشتر مکانیسم‌های پشت‌صحنه با استفاده از آزمایش‌های آشفتگی استفاده کردند که در‌حال‌حاضر انجام آن‌ها در مغز ناممکن است. آن‌ها با استفاده از این رویکرد توانستند نشان دهند انحراف‌نداشتن نمایش‌های عصبی موجب حذف سوگیری در رفتار می‌شود. این یافته‌ی مهم نقش حیاتی انحراف را در تلفیق بیزی دانش پیشین تأیید کرد.

پژوهشگران اکنون قصد دارند این موضوع را مطالعه کنند که مغز چگونه ارتباطات سیناپسی را که کدکننده ی باورهای پیشین هستند، هنگام یادگیری توسعه می‌دهد و تنظیم می‌کند.