مغز انسان، واژگان را تصویر می بیند و برای آن ها کد می گذارد

مغز ما مهارت شگفت‌انگیزی در بی‌زحمت خواندنِ شکل نوشتاری واژه‌ها دارد. مغز چگونه این مهارت را به‌دست می‌آورد؟ فرآیند همسان‌سازی که احتمالاً طی «سلسله مراتب دیداری»[1] انجام می‌شود، عاملی کلیدی در توانایی مغز برای شناسایی واژه‌های دیده شده (و همچنین اشیاء و تصویرهای دیگر)، معرفی شده است.

طی این فرآیند همسان‌سازی، ویژگی‌های متغیر واژه‌ها - موقعیّت، اندازه و جهت - در «بازنمایی»‌[2]های پدید آمده به سبب تحریک شبکیه در چشم و در «قشر بینایی اولیه»[3]، حذف می‌شوند و بازنمایی‌های استاندارد (ثابت) در ناحیه‌های دیداری سطح‌های بالاتر شکل می‌گیرند. (تصویر ۱، A و B) پژوهش‌های بی‌شماری (۱-۵) ناحیه‌ای را در نواری باریک از «شکنج دوکی شکل نیمکرهٔ چپ»[4] مغز شناسایی کرده‌اند که به نظر می‌رسد ویژه پردازش دبیرهٔ واژه‌هاست و (VWFA) «ناحیه شکل دیداری واژه»  [5] نامیده می‌شود.

چون این ناحیه در سطح نسبتاً بالای سلسله مراتب دیداری و در نزدیکی ناحیه‌های ویژه شناسایی اشیاء (مانند چهره‌ها) قرار دارد، نظریه‌های غالب در زمینه خواندن، بر این فرض پایه‌گذاری شده‌اند که واژه‌ها در VWFA به شکلی ثابت بازنمایی می‌شوند.(۵) «راوسچکر» و همکاران، در پژوهشی که یافته‌های آن در نشریه PNAS) [6] ۶) منتشر شده است، این دیدگاه سنتی را با انجام دادن رشته آزمایش‌هایی محکم و مستدل به چالش می‌کشند. این آزمایش‌ها نشان می‌دهند، با آن که VWFA در سطح بالایی از سلسله مراتب دیداری قرار دارند، در واقع، بازنمایی‌ها در این ناحیه به موقعیت وابسته هستند (یعنی، موقعیت اصلی دریافتی از واژه‌ها در شبکیه را بازتاب می‌دهند.) (شکل ۱. C و D)

چگونه پژوهش راوسچکر و همکاران(۶)، آشکار می‌کند که بازنمایی‌های پدید آمده در VWFA به موقعیت وابسته هستند؟ در پژوهش‌های پیشین که محرک واژه در مرکز دامنهٔ دید قرار داده شده بود، با تصویربرداری از مغز وجود تنها یک VWFA در نیمکره چپ گزارش شده بود (۵-۱). برای تأیید ادعای وجود بازنمایی‌های ثابت از واژه‌ها در VWFA، به این یافته به‌عنوان شاهد تکمیلی استناد می‌شد، زیرا در حالت کلی فرض می‌شود در سطحی معین از کل دامنهٔ دید، تنها یک ناحیهٔ ویژه در یک نیمکره، برای بازنمایی کافی خواهد بود. این استدلال با یافته‌های مشابه دربارهٔ ناحیهٔ شناسایی چهره، در شکنج دوکی شکل هم‌راستا است (۷)؛ ناحیه‌ای ویژهٔ پردازش چهره که جایگاه آن بسیار نزدیک به VWFA و بیش‌تر در نیمکره راست گزارش شده است.

در پژوهش راوسچکر و همکاران این فرض به‌طور سامانمند بررسی می‌شود؛ در حالی که واژه‌ها در موقعیت‌های گوناگون در میدان دید نمایش داده می‌شوند، فعالیت مغز با fMRI [7] اندازه‌گیری می‌شود (تصویر ۱). هنگامی که واژه‌ها در سمت راست میدان دید نشان داده می‌شوند (با نشان صلیب آبی در تصویر ۱ مشخص شده است)، در VWFA نیمکره چپ، فعالیت مغزی بیش‌تری (تصویر C -۱) مشاهده می‌شود، در حالی که نشان دادن واژه‌ها در سمت چپ میدان دید، به فعالیت مغزی بیش‌تری در ناحیه‌ای در سطح مشابه از سلسله مراتب، در نیمکره راست می‌انجامد (شکل D-۱). این مشاهده نه‌تنها آشکار می‌سازد که بازنمایی، به موقعیت نمایش واژه در میدان دید وابسته است، بلکه همچنین وجود ناحیه‌ای ویژه شکل دیداری واژه در هر دو نیمکره را تأیید می‌کند. در دیدگاه سنتی، این ناحیه تنها در نیمکرهٔ چپ قرار دارد، بنابراین راوسچکر و همکاران، در این پژوهش، VWFA واقع در نیمکره راست را rVWFA می‌نامند.

اگرچه ثبت فعالیت مغزی در نیمکره‌ای متفاوت در هنگام نمایش واژه‌ها در سمت چپ دامنهٔ دید در مقایسه با نمایش آن‌ها در سمت راستِ دامنهٔ دید، برای اثبات کدگذاری وابسته به موقعیت در VWFA کافی است، پژوهش راوسچکر و همکاران، همچنین نشان می‌دهد جابه‌جایی عمودی واژه‌ها در میدان دید، الگوهای فعالیت متفاوتی را در VWFA برمی‌انگیزد. چون نمایش واژه در موقعیت‌های عمودی متفاوتِ دامنه دید، به پاسخ‌هایی با میزان همپوشانی فراوان در VWFA هر دو نیمکره می‌انجامد، راوسچکر و همکاران برای استخراج کدگذاری حساس به موقعیت، از یافته‌های «دسته‌بندی الگوهای چند واکسلی»[8] بهره می‌برند. با بهره‌گیری از چنین معیارهای دسته‌بندی چند متغیره که امکان تجزیه و تحلیل تفاوت‌های الگوهای توزیع فضایی را فراهم می‌کنند، فعالیت مغزی برانگیخته شده در شرایط آزمایشی متفاوت را از یکدیگر می‌توان جدا کرد؛ حتی اگر آن شرایط سطح‌های یکسان فعالیت را در یک ناحیه از مغز برانگیزند.

برای این که معیارهای دسته‌بندی، روایی و پایایی لازم را برای جداسازی شرایط از یکدیگر داشته باشند، نخست باید برپایه بخشی از داده تأثیر شرایط را شناسایی (فرآیند یادگیری) و سپس با به‌کارگیری بخش دیگر، الگوهای فعالیت را دسته‌بندی کنند (فرآیند آزمون). معیارهای دسته‌بندی به‌کار رفته در پژوهش راوسچکر و همکاران، موقعیت عمودی واژه در میدان دید را برپایه الگوهای فعالیت برانگیخته شده در هر دو VWFA راست و چپ، به‌درستی می‌توانند پیش‌بینی کنند. شواهد بیش‌تر دربارهٔ کدگذاری وابسته به موقعیت واژه، از داده‌های الکتروفیزیولوژیکی یک آزمودنی انسانی به‌دست آمده است، که به دلایل پزشکی، الکترودهایی درون جمجمه‌اش کار گذاشته شده بود.

یافته‌ها در زمینه کدگذاری وابسته به موقعیت در VWFA، به پیشبرد شناخت ما از سازوکار مغز برای شناسایی واژه‌ها چه کمکی می‌کنند؟ گرچه پژوهش راوسچکر و همکاران به شکلی مجاب‌کننده نشان می‌دهد بازنمایی‌های وابسته به موقعیت در VWFA (در هر دو نیمکرهٔ مغز) وجود دارند، همچنان این پرسش پابرجاست که مغز برای این که به‌آسانی یک زنجیرهٔ واکی را به شکل واژه شناسایی کند، چه سازوکارهایی به‌کار می‌برد؟ در نگاه نخست، پژوهش راوسچکر و همکاران با آشکار ساختن این موضوع که بازنمایی پدیدآمده در سطحی نسبتاٌ بالا از سلسله مراتب دیداری، شکلی ثابت از واژه نیست، بلکه وابسته به موقعیت آن در میدان دید است، ما را یک گام به عقب برمی‌گرداند؛ ولی در واقع، این پژوهش ما را وادار می‌کند تا دربارهٔ چگونگی شکل‌گیری بازنمایی‌های ثابت، یا حتی نیاز به وجود آن‌ها برای خواندن موفق، از نو بیاندیشیم.

در هر حال، از مفهوم وابسته نبودن بازنمایی به موقعیت، به راحتی نمی‌توان گذشت، زیرا بررسی‌های دقیق مدل‌های شبکه عصبی، نشان می‌دهند بازنمایی‌های متفاوت از واژه‌ای یکسان در شبکیه چشم، بازنمایی همانند (یا دستِ‌کم بسیار مشابه) را در سطح پردازش از فرآیند همسان‌سازی فعال می‌کنند؛ بنابراین، وجود اندازه‌ای از بازنمایی‌های ثابت، یادگیری را آسان می‌کند. این بازنمایی است که دسترسی به دانش در پیوند با واژه را (برای نمونه معنای آن) در ناحیه‌های دیگر مغز فراهم می‌کند.

همچنین شواهد تازه نشان می‌دهند که VWFA دستِ‌کم تا اندازه‌ای، نسبت به تغییر موقعیت حساس نیست. (۸) بنابراین، شاید VWFA یک ناحیه میانجی با حساسیت نسبی به موقعیت، در مسیر زنجیرهٔ پردازشی بزرگ‌تری است و این زنجیرهٔ پردازشی بزرگ‌تر ناحیه دیگری با بازنمایی‌های ثابت کامل‌تر را نیز در برمی‌گیرد. در همین راستا، در پژوهشی که به‌تازگی روی شبکه پردازش چهره در مکاک[9] با روش ثبتِ داده‌های حاصل از الکترود انجام شده است، فقط در ناحیه‌ای که در بالاترین سطح از شش ناحیهٔ گزینش‌گرِ چهره قرار دارد، سطح نسبتاً کاملی از ثبات‌مشاهده شد. (۹)

در «قشر دیداری زیرین»[10] مغز انسان، چنین ناحیه‌های سطح بالاتری برای شناسایی واژه وجود ندارند و به‌طور کلی فرض بر این است که VWFA اطلاعات دربارهٔ واژه‌ها را مستقیماً به ناحیه‌های مربوط به زبان انتقال می‌دهد. بنابراین، شاید ناحیهٔ دیداری با بازنمایی‌های کاملاً ثابت از واژه‌ها وجود نداشته باشد، یا شاید VWFA، هم بازنمایی‌های وابسته به موقعیت و هم بازنمایی‌های ثابت را در برگیرد.

باید به یاد داشت، وابسته نبودن به موقعیت، تنها جنبه‌ای از مسئلهٔ کلی شناسایی بازنمایی‌های گوناگون از واژه است. افزون بر ویژگی‌های موقعیت، اندازه و جهت که بر بازنمایی واژه اثر می‌گذارند، شناخت چگونگی دستیابی مغز به ثبات در بازنمایی واک‌های سازندهٔ واژه‌ها، بزرگ‌ترین چالش پیش رو است. (۱۰) برای نمونه، واک «a»، وابسته به قلم انتخاب شده برای چاپ آن، به شکل‌های بسیار گوناگونی می‌تواند تصویر شود. وجود سازوکاری در مغز برای دستیابی به ثبات بازنمایی برای بیست‌وشش واک در زبان انگلیسی، بسیار منطقی‌تر به نظر می‌رسد تا برای ده‌ها هزار واژهٔ ناهمسان.

چگونگی ثابت ماندن شکل هر واک،‌ تنها موضوع پیش رو در شناخت سازوکار مغز برای خواندن نیست، بلکه چگونگی تجزیه و تحلیل ترتیب واک‌ها در واژه نیزاهمیّت دارد. جالب است بدانیم، اگر VWFA، هرچند به‌طور نسبی، حساس به موقعیت نباشد، به حل مسئلهٔ دشوارتر ثبات شکل واک‌ها و زنجیرهٔ واکی کمک می‌شود. باید در نظر داشت کُدگذاری وابسته به موقعیت در VWFA، شاید مبنایی برای توضیح سازوکارهای همانند مغز برای شناسایی واک فراهم کند؛ یعنی بر این پایه، فرآیند شناسایی واک‌ها به شکل جدا از هم و واک به واک نیست، بلکه همهٔ واک‌ها هم‌زمان، درون زنجیره‌های واکی پردازش می‌شوند. این دیدگاه که زنجیره‌های واکی به عنوان واحدهای جدا از هم (زیرمجموعه واژه) پردازش می‌شوند، برگرفته از «مدل‌های تعاملی شناسایی واژه»[11] است و با بخش بزرگی از ادبیات روان‌شناسی فیزیولوژیکی در زمینهٔ خواندن و شناسایی واژه همسو است. یافته‌های حاصل از تصویربرداری از مغز که به‌تازگی انجام شده است، دستِ‌کم وجود حساسیت به اطلاعات دبیره‌ای در VWFA را تأیید می‌کند. (۵، ۸، ۱۱)

پژوهش راوسچکر و همکاران ما را درباره‌ي این که مغز چگونه واژه‌ها را شناسایی می‌کند، محدود می‌سازد، تصور پیشین ما را دربارهٔ چگونگی عملکرد مغز در شناسایی واژه‌ها، به چالش می‌کشد، هم‌چنین به ما نشان می‌دهد آگاهی ما دربارهٔ بازنمایی‌های ناحیه‌های متفاوت سیستم دیداری، به‌ویژه دربارهٔ ناحیه‌های خاص مغز انسان، مانند VWFA که عملکرد ویژه‌اش اکتسابی است و خاستگاه ژنتیکی ندارد و از راه فرآیند یادگیری پیچیده، پرورش می‌یابد، چه اندازه اندک است. (۱۲) چون دستیابی به اطلاعات لازم برای شناخت چگونگی «بازنمایی‌های ریزساختار»[12] درون نواحی ویژه دیداری با تصویربرداری از فعالیت مغز با استفاده از fMRI ممکن نیست، احتمالاً گمانه‌زنی‌های نادقیق دربارهٔ چگونگی کدگذاری «واک»، «زنجیرهٔ واکی زیرمجموعهٔ واژه»[13]، و «واژه‌ها» در مغز ادامه می‌یابد. خوش‌بختانه، آخرین پیشرفت‌ها در زمینه «fMRI با دامنه بسیار زیاد»[14] (۱۳)، امکان سنجش عملکرد مغز انسان را در سطحی از جزئیات فراهم می‌کند که برای آشکار کردن ویژگی‌های کدگذاری شده در ستون‌های قشری مغز درون ناحیه‌های ویژه دیداری، کافی است. (۱۴ و ۱۵) اگر این فناوری برای تصویربرداری از ناحیه‌هایی، مانند VWFA به‌کار گرفته شود، شاید فرضیه‌ها دربارهٔ بازنمایی‌های واکی و واژه‌ای را که مغز در سطوح گوناگون سامانه دیداری به کار می‌گیرد دقیق‌تر بتوانیم آزمایش کنیم.

REFERENCES

۱. Cohen L, et al. The visual word form area: Spatial and temporal characterization of an initial stage of reading in normal subjects and posterior split-brain patients. Brain. ۲۰۰۰;۱۲۳:۲۹۱–۳۰۷. [PubMed] [Google Scholar]

۲. Cohen L, et al. Language-specific tuning of visual cortex? Functional properties of the Visual Word Form Area. Brain. ۲۰۰۲;۱۲۵:۱۰۵۴–۱۰۶۹. [PubMed] [Google Scholar]

۳. Dehaene S, Le Clec’H G, Poline JB, Le Bihan D, Cohen L. The visual word form area: A prelexical representation of visual words in the fusiform gyrus. Neuroreport. ۲۰۰۲;۱۳:۳۲۱–۳۲۵. [PubMed] [Google Scholar]

۴. Kronbichler M, et al. The visual word form area and the frequency with which words are encountered: Evidence from a parametric fMRI study. Neuroimage. ۲۰۰۴;۲۱:۹۴۶–۹۵۳. [PubMed] [Google Scholar]

۵. Dehaene S, Cohen L. The unique role of the visual word form area in reading. Trends Cogn Sci. ۲۰۱۱;۱۵:۲۵۴–۲۶۲. [PubMed] [Google Scholar]

۶. Rauschecker AM, Bowen RF, Parvizi J, Wandell BA. Position sensitivity in the visual word form area. Proc Natl Acad Sci USA. ۲۰۱۲;۱۰۹:E۱۵۶۸–E۱۵۷۷. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

۷. Kanwisher N, McDermott J, Chun MM. The fusiform face area: A module in human extrastriate cortex specialized for face perception. J Neurosci. ۱۹۹۷;۱۷:۴۳۰۲–۴۳۱۱. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

۸. Braet W, Wagemans J, Op de Beeck HP. The visual word form area is organized according to orthography. Neuroimage. ۲۰۱۲;۵۹:۲۷۵۱–۲۷۵۹. [PubMed] [Google Scholar]

۹. Freiwald WA, Tsao DY. Functional compartmentalization and viewpoint generalization within the macaque face-processing system. Science. ۲۰۱۰;۳۳۰:۸۴۵–۸۵۱. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

۱۰. Grainger J, Rey A, Dufau S. Letter perception: From pixels to pandemonium. Trends Cogn Sci. ۲۰۰۸;۱۲:۳۸۱–۳۸۷. [PubMed] [Google Scholar]

۱۱. Pegado F, Nakamura K, Cohen L, Dehaene S. Breaking the symmetry: Mirror discrimination for single letters but not for pictures in the Visual Word Form Area. Neuroimage. ۲۰۱۱;۵۵:۷۴۲–۷۴۹. [PubMed] [Google Scholar]

۱۲. Dehaene S, Cohen L. Cultural recycling of cortical maps. Neuron. ۲۰۰۷;۵۶:۳۸۴–۳۹۸. [PubMed] [Google Scholar]

۱۳. Uğurbil K, et al. Ultrahigh field magnetic resonance imaging and spectroscopy. Magn Reson Imaging. ۲۰۰۳;۲۱:۱۲۶۳–۱۲۸۱. [PubMed] [Google Scholar]

۱۴. Yacoub E, Harel N, Ugurbil K. High-field fMRI unveils orientation columns in humans. Proc Natl Acad Sci USA. ۲۰۰۸;۱۰۵:۱۰۶۰۷–۱۰۶۱۲. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

۱۵. Zimmermann J, et al. Mapping the organization of axis of motion selective features in human area MT using high-field fMRI. PloS One. ۲۰۱۱;۶:e۲۸۷۱۶. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

---

[1] visual hierarchy

مجموعه سطح‌های گوناگونِ تولید بازنمایی از داده‌های دیداری در سامانه دیداری مغز؛ هرچه اطلاعات دیداری در «سلسله مراتب دیداری» پیش می‌رود، پیچیدگی بازنمایی‌های عصبی افزایش می‌یابد. (مترجم. برگرفته از «ویکی پدیا»)

[2] representations

[3] Early visual cortex

[4] fusiform gyrus in the left hemisphere

[5] (visual word form area (VWFA

[6] Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America سرواژه نام این نشریه

[7] (Functional magnetic resonance imaging (fMRI

تصویربرداری تشدید مغناطیسی کارکردی (fMRI): تغییرهای کوچک جریان خون را که با فعالیت مغز رخ می‌دهد، اندازه‌گیری می‌کند. این روش برای بررسی آناتومی عملکرد مغز (تعیین این‌که کدام بخش از مغز چه وظیفه‌ای دارد)، ارزیابی تأثیرات سکتهٔ مغزی یا بیماری‌های دیگر مغزی، یا برای کمک به تعیین مسیر درمان مغز می‌تواند به‌کار رود. fMRI شاید ناهنجاری‌هایی را در مغز شناسایی کند که با دیگر روش‌های تصویربرداری آشکار نمی‌شوند. (مترجم) (منبع https://www.radiologyinfo.org/en/info.cfm?pg=fmribrain)

[8] Multi-voxel pattern(MVP) classification

به کوچک‌ترین بخش ساختاری یک تصویر سه‌بُعدی، «واکسل» یا «وکسل» گفته می‌شود. (مترجم. برگرفته از ویکی پدیا)

این روش دربر گیرنده تجزیه و تحلیل الگوهای توزیع فضایی (چند وکسلی)، فعالیت مغزی تصویربرداری شده با fMRI، با هدف رمزگشایی اطلاعاتی است که در سراسر گروه وکسل‌ها پدیدار شده است... هنگامی‌که هدف شناسایی وجود حالت شناختی ویژه‌ای در مغز باشد، مزیت اصلی تجزیه و تحلیل MVP نسبت به روش‌های تک وکسلی، افزایش دقت و حساسیت در دریافت اطلاعات است. (مترجم. منبع: http://compmemweb.princeton.edu)

[9]. Macaque، گونه‌ای میمون مو کوتاه.

[10] ventral visual cortex

مسیر کالبدی دیداری یک زنجیره عملکرد میان ناحیه‌های مغز است که در شناخت دیداری از اشیاء نقش دارد. نخستین‌بار «میشکین» و «یونگر لایدر» (۱۹۸۲) لایه‌های کالبدی این مسیر را در میمون‌های ماکاک شناسایی کردند. (مترجم. منبع: ttps://link.springer.com/referenceworkentry/۱۰٫۱۰۰۷%۲F۹۷۸-0-387-79948-3_۱۴۰۹)

[11] connectionist word recognition models

Connectionism رویکردی که می‌کوشد فعالیت‌های مغزی را برپایه شبکه‌های هوش مصنوعی توضیح دهد. فرض بر این است که فعالیت‌های مغز را برپایه شبکه‌ای از واحدهای مشابه و ساده در پیوند با هم می‌توان مدل‌سازی کرد (مترجم. برگرفته از ویکی پدیا)

[12] fine-grained representations

[13] sublexical letter strings

[14] ultrahigh-field functional MRI