کلاغ ها چگونه در کسری از ثانیه تصمیم می گیرند؟

درخششی کوتاه روی صفحه. صدها نقطه سفید ریز می‌لرزند. دو نقطه به یک سمت متمایل می‌شوند و بقیه پراکنده حرکت می‌کنند. کلاغ صحنه را بررسی می‌کند و با یک نوک‌زدن دقیق، انتخاب خود را اعلام می‌کند. کل این تصمیم در کمتر از یک‌چهارم ثانیه رخ می‌دهد.

درون آزمایشگاه

پژوهشگران دانشگاه توبینگن دو کلاغ لاشه‌خوار، کوروس کورونه، را آموزش دادند تا جهت غالب حرکت نقطه‌ها را روی یک صفحه لمسی گزارش کنند. این کار ساده به نظر می‌رسد، اما ساده نیست. برخی نقطه‌ها به چپ یا راست حرکت می‌کردند، در حالی که بیشترشان به شکل تصادفی جابه‌جا می‌شدند. پرندگان باید جهت غالب را انتخاب می‌کردند و در صورت پاسخ درست، با غذا پاداش می‌گرفتند.

دانشمندان با تغییر درصد نقطه‌هایی که به‌طور هماهنگ حرکت می‌کردند، میزان دشواری آزمون را تنظیم کردند. آزمایش‌های با همبستگی حرکتی بالا آسان بودند. آزمایش‌های با همبستگی پایین به تمایز ادراکی دقیق‌تری نیاز داشتند. کلاغ‌ها با سرعتی چشمگیر پاسخ دادند. میانگین زمان تصمیم‌گیری آن‌ها ۲۳۵ میلی‌ثانیه بود. این یعنی کمتر از یک‌چهارم ثانیه. همچنین این زمان تقریبا نصف زمان پاسخ گزارش‌شده برای انسان‌ها و ماکاک‌ها در مطالعات مشابه پیشین است، هرچند نویسندگان تأکید می‌کنند که کلاغ‌ها در همان آزمایش و به‌صورت مستقیم در کنار نخستی‌ها سنجیده نشده‌اند.

سرعت به قیمت کاهش دقت تمام نشد. وقتی سیگنال حرکت قوی بود، عملکرد پرندگان به دقتی نزدیک به کامل رسید. حتی زمانی که همبستگی حرکت به تنها ۳ درصد کاهش یافت، انتخاب‌های آن‌ها همچنان به‌طور معناداری بهتر از حد تصادف بود و پاسخ‌های درست حدود نیمی از موارد را تشکیل می‌داد. به بیان دیگر، این کلاغ‌ها می‌توانستند یک سیگنال حرکتی ضعیف را از میان آشفتگی‌های بصری استخراج کنند و این کار را با سرعت بالا انجام دهند.

نشانه‌های عصبی و بازتاب‌های تکاملی

برای بررسی سازوکارهای مغزی پشت این تصمیم‌گیری سریع، تیم پژوهشی فعالیت ۲۴۸ نورون را در ناحیه‌ای به نام نیدوپالیوم کودولاتراله، یا ان‌سی‌ال، ثبت کرد. ان‌سی‌ال اغلب از نظر کارکردی مشابه قشر پیش‌پیشانی پستانداران توصیف می‌شود، ناحیه‌ای که در حافظه کاری، توجه و تصمیم‌گیری‌های پیچیده نقش دارد.

نورون‌های قشر پیشانی در نخستی‌ها معمولا شواهد حسی را در طول زمان انباشته می‌کنند. وقتی فعالیت به آستانه‌ای مشخص برسد، حیوان به یک انتخاب متعهد می‌شود. داده‌های جدید نشان می‌دهد کلاغ‌ها نیز از فرایند مشابهی برای انباشت شواهد استفاده می‌کنند. پژوهشگران با تحلیل الگوهای اسپایک عصبی توانستند تنها ۷۰ میلی‌ثانیه پس از ظاهر شدن نقطه‌ها، انتخاب نهایی پرنده را پیش‌بینی کنند. این پیش‌بینی عصبی حدود ۱۷۰ میلی‌ثانیه پیش از نوک‌زدن رفتاری کلاغ رخ داد.

آندریاس نیدر، استاد فیزیولوژی جانوری در توبینگن و یکی از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید این نتایج نگاه محدود به ساختار مغزی لازم برای شناخت پیچیده را به چالش می‌کشد. «یافته‌های ما نشان می‌دهد پردازش پیشرفته اطلاعات به نئوکورتکس لایه‌لایه نیاز ندارد.» او می‌گوید: «مغز پرندگان معماری‌های متفاوتی را به کار می‌گیرد، اما به راه‌حل‌های محاسباتی مشابه می‌رسد.»

این بینش از نظر تکاملی اهمیت زیادی دارد. پرندگان و پستانداران بیش از ۳۱۰ میلیون سال پیش از هم جدا شدند. این واقعیت که هر دو تبار به پویایی‌های تصمیم‌گیری قابل مقایسه رسیده‌اند، نشانه‌ای از تکامل همگراست. سخت‌افزار متفاوت است، اما الگوریتم‌ها شباهت دارند.

دلایل بوم‌شناختی نیز وجود دارد که انتظار داشته باشیم پرندگان تصمیم‌های دیداری سریعی بگیرند. پرواز در فضای سه‌بعدی و پرمانع به قضاوت‌های لحظه‌ای نیاز دارد. دوری از شکارچی، گرفتن طعمه و مانورهای سریع همگی به نفع سامانه‌های عصبی بهینه‌شده برای سرعت و هماهنگی حسی‌حرکتی عمل می‌کنند. انتخاب طبیعی ممکن است مدارهای عصبی پرندگان را چنان تنظیم کرده باشد که شواهد دیداری را با کارایی ویژه‌ای استخراج کنند و بر اساس آن دست به عمل بزنند.

با این حال، چند نکته احتیاطی مهم است. مطالعه کنونی تنها شامل دو کلاغ بود. مقایسه‌ها با انسان‌ها و میمون‌ها بر داده‌های منتشرشده پیشین تکیه دارد، نه بر کنترل‌های مستقیم درون یک مطالعه واحد. افزون بر این، سرعت تصمیم‌گیری می‌تواند به جزئیات زیادی از تکلیف وابسته باشد، از زمان‌بندی محرک گرفته تا هزینه خطاها. پژوهشگران برای ترسیم کامل شباهت‌ها و تفاوت‌ها به نمونه‌های بزرگ‌تر و آزمایش‌های همسان میان‌گونه‌ای نیاز خواهند داشت.

دیدگاه کارشناس

دکتر النا مارکز، عصب‌شناس شناختی که ادراک تطبیقی را مطالعه می‌کند، درباره پیامدهای این یافته‌ها می‌گوید: «آنچه برای من قانع‌کننده است، این ایده است که مغزهای متفاوت راه‌حل‌های مشابهی را کشف می‌کنند. نیدوپالیوم کودولاتراله و قشر پیش‌پیشانی نخستی‌ها از نظر شکل یکسان نیستند. با این حال، وقتی مسئله یکی باشد، هر دو سامانه ظاهرا انباشت شواهد را اجرا می‌کنند. این موضوع به اصولی جهان‌شمول در محاسبات عصبی اشاره دارد.»

او نکته‌ای کاربردی نیز اضافه می‌کند. «این یافته‌ها باید پژوهشگران را به طراحی آزمایش‌هایی تشویق کند که محرک‌ها و ساختار پاداش را در گونه‌های مختلف همسان نگه دارند. تنها در این صورت می‌توانیم تفاوت‌های زیستی واقعی را از اثرات ناشی از شیوه طراحی تکلیف جدا کنیم.»

جمع‌بندی

این مطالعه که در مجله ساینس منتشر شده، فصل تازه‌ای به درک ما از شناخت پرندگان می‌افزاید. پژوهش ادعا نمی‌کند که کلاغ‌ها به‌طور مطلق از انسان‌ها باهوش‌ترند. آنچه نشان می‌دهد این است که سرعت تصمیم‌گیری در یک تکلیف دیداری مشخص می‌تواند در پرنده‌ای با مغزی بسیار متفاوت از مغز ما، شگفت‌انگیز باشد.

فراتر از تیترهای خبری، این کار پرسش‌های عمیق‌تری را مطرح می‌کند. کدام الگوهای مداری برای انباشت شواهد ضروری‌اند؟ محدودیت‌هایی مانند هزینه سوخت‌وساز و هندسه سیم‌کشی عصبی چگونه این الگوها را شکل می‌دهند؟ آیا مهندسان می‌توانند از اصول طراحی مغز پرندگان برای ساخت سامانه‌های مصنوعی سریع‌تر و کارآمدتر الهام بگیرند؟

پاسخ به این پرسش‌ها به آزمایش‌های بیشتر، نمونه‌های بزرگ‌تر و مقایسه‌های مستقیم میان گونه‌ها نیاز دارد. فعلا تصویر یک کلاغ، آرام و سریع، که در کمتر از یک پلک‌زدن میدان پرآشوبی از حرکت را تحلیل می‌کند، هم یادآور است و هم دعوت‌کننده. تکامل می‌تواند معماری‌های گوناگونی پدید آورد. برخی از آن‌ها سریع فکر می‌کنند.