[د/سمير المليجى]

فيزيا الكم تكشف اسرار المخ



سيجونوفسكي هو واحد من علماء فيزياء الكم الذي وجدوا حقلا جديدا خصبا للبحث في استخدام قوانين نظرية الكم لاستكشاف أسرار المخ.

والبحث في هذا المجال يختلف بالطبع كثيرا عن الفيزياء النظرية البحتة فالهدف في الفيزياء هو إيجاد الحل الأبسط والأكثر أناقة لأشد المسائل عمقا مثل :الانفجار الأعظم ونظرية المجال الموحد أما البيولوجيا فهي تتسم بأنها أقل نظاما وأناقة وبطرقها المسدودة و يمثل المخ الناتج النهائي لطرقها الملتوية وعلى حين ترتكز الفيزياء على القوانين (العامة) فإن القانون العام الوحيد المعروف في البيولوجية هو قانون التطور برغم تعرجاته و مصادفاته و يلاحظ سيجونوفسكي (أن كثيرا من التفاصيل و القرارات التنظيمية في البيولوجية هي مصادف تاريخية ولا يمكنك أن تفترض أن الطبيعة سلكت أبسط الطرق و أقصرها لتعمل شيئا ما فبعض الخصائص هي بقايا لمرحلة سابقة من التطور أو من الممكن أن بعض الجينات التي يصادف وجودها موجهة نحو غرض آخر لقد اتبع سيجونوفسكي بتصميمه نيتوك خطا فيزيائي الكم جون هو بفيلد الذي ساهم في فتح حقل الشبكات العصبية عام 1982 مما أدى إلى موجة الاهتمام الحالية بنظرية الشبكة العصبية بعد عقود من الإهمال ويبدو جون هو بفيلد الطويل والوسيم والمتأنق – برأسه المدفون في جبل من الجداول الغامضة التي تسجل مواصفات البلورات والمعادن وأشباه الموصلات –أشبه برئيس كلية أو مدير مجلس إدارة منه بعالم في مجال فيزياء الأجسام الصلبة بدأ هو بفيلد في نهاية السبعينيات بحضور حلقات بحث حول علم الأعصاب مرتين في العام في معهد ما ساشوستس للتكنولوجيا وبعد برهة بدأ يدرك أن حقل الذكاء الاصطناعي لا يمتلك إلا قليلا من المبادىء المنظمة و أنه خليط غير متماسك من أجزاء منفصلة و لكنها مثيرة من المعرفة و بدأ يتساءل فيما إذا كانت هناك أي مبادىء عميقة وراء الذكاء الاصطناعي كما في الفيزياء ففي فيزياء الأجسام الصلبة حيث ترتبط الذرات مع بعضها البعض بشكل وثيق في بنية شبكية توجد مبادىء تنظيمية بسيطة تسلم بها نظرية الكم لقد كان هو بفيلد –على سبيل المثال – يدرس دوران الذرات في الأنظمة الشبكية في مادة الزجاج التي تتألف من مصفوفة من الذرات الدوارة وقد تتساءل عما إذا كانت مصفوفة الذرات الموجودة في الجسم الصلب بينها أوجه شبه بالخلايا العصبية في الدماغ (هل من الممكن اعتبار الخلية العصبية في الدماغ مثل ذرة في بنية شبكية ) لقد أدى هذا إلى نشره ورقة علمية شهيرة عام 1982 بعنوان (الشبكات العصبية و الأنظمة الفيزيائية الناشئة ذات القدرات الحاسوبية المجمعة ) لقد كانت هذه الفكرة فكرة ثورية حقا مثلت قفزة في المنطق أدهشت عالمي الذكاء الاصطناعي و فيزياء الكم ففي السابق اعتبرت مدرسة من الأعلى للأسفل (العقل) على أنه برنامج كمبيوتر معقد موضوع ضمن كمبيوتر ضخم ولكن هو بفيلد اقترح بأن الذكاء قد ينشأ وفقا لنظرية الكم عن ذرات من دون عقل أي برامج على الإطلاق ‍ وقد لاحظ الفيزيائي هاينز بيجلز (أن أحد الآثار الجانبية لعمل هو بفيلد هو أن العديد من النظريين الفيزيائيين الذين عملوا في مجال دوران الذرات في الأنظمة الشبكية للزجاج أصبحوا – بين عشية وضحاها – خبراء في خصائص الشبكات العصبية وقد غير بعضهم مثل هو بفيلد مجال اختصاصه ) وقد أشار هو بفيلد في ورقته الرائدة إلى أن الفكرة ليست منافية للعقل كما تبدو في الظاهر فكل ذرة في جسم صلب تدور ويمكن – على سبيل المثال – أن توجد في عدة حالات مميزة مثل الدوران للأعلى أو للأسفل وبالمثل توجد الخلية العصبية لأيضا في حالات منفصلة قد تطلق طاقة أو لاتطلق وفي كم من المادة الصلبة هناك مبدأ عام يحدد الوضع الذي يفضله النظام أي أن الذرات ترتب نفسها بحيث تكون طاقتها أدنى ما يمكن و يمكن اختزال فكرة هو بفيلد إلى ما يلي : تختزل شبكة عصبية (طاقتها) إلى الحد الأدنى كما تفعل المادة في حالتها الجامدة تماما لقد جسدت تلك الفكرة اكتشاف هو بفيلد فقبله لم يكن هناك مبدأ موحد يسمح للمرء بفهم الشبكات العصبية و لقد عثر هو بفيلد باستخدام المبادىء العامة لنظرية الكم على المبدأ الموحد للشبكات العصبية فكل الخلايا العصبية في الدماغ تعمل على نحو تقلل فيها (الطاقة) المستخدمة في الشبكة إلى حد أدنى و التعلم هو عملية التوصل إلى استخدام الطاقة الأدنى وكما يقول جيم أندرسون من جامعة براون (لقد علمنا دائما أن الشبكات العصبية تعمل ولكن هو بفيلد أوضح لماذا تعمل : لقد كان ذلك مهما حقا لأنه أعطانا الشرعية ) ونتيجة لذلك فقد انفتح عالم جديد بالكامل من البحث العلمي و أصبح الفيزيائيون جزءا من طليعة جديدة من الباحثين المختصين في بحوث الشبكات العصبية وكما التقط الرياضي البريطاني آلان تورنج المبدأ الرياضي الجوهري للآلة الحاسبة فقد اكتشف هو بفيلد أحد القوانين العامة وراء الشبكات العصبية وقد ساعد هذا بدوره على الإحياء الحالي لنظرية الشبكات العصبية ومن السهل تصور الفكرة الأساس وراء اكتشاف هو بفيلد لنأخذ علىسبيل المثال كرة تتدحرج إلى أسفل منطقة وعرة مليئة بالشقوق و الوديان والجبال وبالطبع فإن الكرة ستتدحرج إلى أحد الوديان وبعبارة أخرى فإن الكرة تبحث عن وضعية الطاقة الدنيا للجاذبية (الوادي) تصور الآن أن المنطقة الوعرة تمثل كل الحالات المحتملة للخلايا العصبية في الدماغ حيث تمثل كل نقطة في هذه المنطقة حالة معينة للأوزان في الشبكة العصبية (توجد المنطقة في مكان يحدده البعد (ن) وفي كل مرة تتدحرج فيها الكرة تتغير الأوزان في الشبكة العصبية بحيث تتدحرج الكرة نحو حالة تبذل فيها أقل طاقة و الكرة المتدحرجة تمثل هنا عملية التعلم المعقدة وعلى الرغم من أن رياضيات الشبكة العصبية يمكن أن تكون معقدة جدا فقد بين هوبفيلد أن الصورة الرياضية الأساسية ليست أصعب من كرة تتدحرج أسفل هضبة لقد تابع هو بفيلد عمله ليجدأ ن شبكاته العصبية أظهرت تصرفا غير متوقع يقلد الوظائف الفعلية للدماغ فقد اكتشف – على سبيل المثال – أن الشبكة العصبية تتصرف بالطريقة ذاتها تقريبا حتى بعد إزاحة عدد من الخلايا العصبية أي أن هندسة الوديان لم تتغير و بعبارات أخرى فإن الوديان تناظر الذكريات ومثل الذكريات الحقيقية التي تبقى في المخ حتى بعد تلف ملايين الخلايا الدماغية فإن هذه الوديان في الشبكة العصبية تكون مستقرة تماما حتى بعد أن تحطم جزئيا و بدلا من أن تكون هذه الوديان أو الذكريات مجمعة في موضع واحد في الدماغ فإنها تكون موزعة على كامل النظام لقد قدم ناتج جانبي آخر لهذا النموذج تفسيرا للأفكار المتسلطة فاذا لم تكن حذرا أحيانا في تحضير شبكة عصبية فأن واديا معينا قد يصبح كبيرا جدا بحيث يلتهم كل الوديان المجاورة وسوف تقع الكرة حتما بعد ذلك في الثقب الفارغ وهذا ما قد يحدث في حالة وجود فكرة متسلطة لكن أغرب ناتج جانبي لهذه الفكرة البسيطة والمبدعة في الوقت ذاته لم يكن متوقعا على الإطلاق فلقد وجد هوبفيلد أن شبكاته العصبية بدأت تحلم .