كيف تجعل الجمل المعقدة "شبكة اللغة" في الدماغ تعمل بجهد أكبر؟

نشر موقع  أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) تقريرا، للباحثة، آن ترافتون،  قالت فيه "إن دراسة أجريت في المعهد خلصت إلى أن الجمل ذات التعقيد اللغوي الأكبر تؤدي إلى تشغيل مركز رئيسي لمعالجة اللغة في الدماغ".

وتابع: "بمساعدة شبكة لغة اصطناعية، اكتشف علماء الأعصاب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، نوع الجمل التي من المرجح أن تنشط مراكز معالجة اللغة الرئيسية في الدماغ".

وأضاف: "تكشف الدراسة الجديدة أن الجمل الأكثر تعقيدا، إما بسبب القواعد النحوية غير المعتادة أو المعنى غير المتوقع، تولد استجابات أقوى في مراكز معالجة اللغة هذه. الجمل المباشرة جدا بالكاد تتفاعل مع هذه المناطق، كما أن سلسلة من الكلمات غير المنطقية لا تؤثر كثيرا في تلك المراكز".

وأردف: "على سبيل المثال، وجد الباحثون أن شبكة الدماغ هذه كانت أكثر نشاطا عند قراءة جمل غير عادية مثل "Buy sell signals remains a particular" مأخوذة من مجموعة بيانات لغوية متاحة للجمهور تسمى C4. ومع ذلك، فإن الأمر كان هادئا عند قراءة شيء واضح جدا، مثل "We were sitting on the couch".

وفي السياق نفسه، تقول الأستاذة المشاركة في علم الأعصاب في معهد MIT وعضو في معهد ماكغفرن لأبحاث الدماغ التابع لمعهد MIT، إيفيلينا فيدورينكو: "يجب أن تكون المدخلات شبيهة باللغة بما يكفي لإشراك النظام. وبعد ذلك، في هذا الفضاء، إذا كانت الأمور سهلة المعالجة حقا، فلن يكون لديك الكثير من الاستجابة". 

واستطردت: "لكن إذا أصبحت الأمور صعبة، أو مفاجئة، أو إذا كان هناك بناء غير عادي أو مجموعة غير عادية من الكلمات التي ربما لا تكون على دراية بها، فيجب على الشبكة أن تعمل بجد أكبر". 

من جهتها، قالت فيدورينكو مؤلفة مشرفة على الدراسة التي تظهر اليوم في مجلة Nature Human Behavior، وهي طالبة الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، غريتا توكوتي، مؤلفة رئيسية لهذه الورقة. حيث ركز الباحثون في هذه الدراسة على مناطق معالجة اللغة الموجودة في النصف الأيسر من الدماغ، والذي يشمل منطقة بروكا بالإضافة إلى أجزاء أخرى من الفص الجبهي الأيسر والفص الصدغي للدماغ.

اظهار أخبار متعلقة

ويقول توكوتي: "إن شبكة اللغات هذه انتقائية للغاية للغة، ولكن كان من الصعب معرفة ما يحدث في هذه المناطق اللغوية. أردنا اكتشاف أنواع الجمل، وأنواع المدخلات اللغوية، التي تحرك شبكة اللغة في النصف الأيسر من الدماغ".

تجدر الإشارة، إلى أن الباحثين بدأوا بتجميع مجموعة من 1000 جملة مأخوذة من مجموعة واسعة من المصادر؛ الخيال، ونسخ الكلمات المنطوقة، ونصوص الويب، والمقالات العلمية، من بين أشياء أخرى كثيرة.

وقرأ خمسة مشاركين من البشر كل جملة بينما قام الباحثون بقياس نشاط شبكة لغتهم باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI). بعد ذلك، أدخل الباحثون تلك الجمل الألف نفسها في نموذج لغوي كبير؛ وهو نموذج مشابه لـ ChatGPT، الذي يتعلم توليد اللغة وفهمها من خلال التنبؤ بالكلمة التالية بكميات هائلة من النص، وقاموا بقياس أنماط تنشيط النموذج استجابة لكل جملة منها.

وبمجرد حصولهم على كل هذه البيانات، قام الباحثون بتدريب نموذج رسم الخرائط، المعروف باسم "نموذج التشفير"، والذي يربط أنماط التنشيط التي تظهر في الدماغ البشري مع تلك التي لوحظت في نموذج اللغة الاصطناعية. بمجرد تدريب النموذج، يمكنه التنبؤ بكيفية استجابة شبكة اللغة البشرية لأي جملة جديدة بناء على كيفية استجابة شبكة اللغة الاصطناعية لهذه الجمل الألف.

إلى ذلك، استخدم الباحثون بعد ذلك نموذج التشفير لتحديد 500 جملة جديدة من شأنها أن تولد أقصى قدر من النشاط في الدماغ البشري (الجمل "المحفزة")، بالإضافة إلى الجمل التي من شأنها أن تثير الحد الأدنى من النشاط في شبكة اللغة في الدماغ (الجمل "المثبطة").

وفي مجموعة مكونة من ثلاثة مشاركين بشريين جدد، وجد الباحثون أن هذه الجمل الجديدة أدت بالفعل إلى تحفيز وتثبيط نشاط الدماغ كما كان متوقعا.

وتقول توكوتي: "هذا التغيير 'مغلق الحلقة' لنشاط الدماغ أثناء معالجة اللغة أمر فريد. تُظهر دراستنا أن النموذج الذي نستخدمه (الذي يربط بين تنشيطات نموذج اللغة واستجابات الدماغ) دقيق بما يكفي للقيام بذلك. وهذا هو أول عرض لهذا النهج في مناطق الدماغ المرتبطة بالمستوى الأعلى من الإدراك، مثل شبكة اللغة".

لمعرفة السبب الذي يجعل بعض الجمل تحفز النشاط أكثر من غيرها، قام الباحثون بتحليل الجمل بناء على 11 خاصية لغوية مختلفة، بما في ذلك النحوية والمعقولية والتكافؤ العاطفي (إيجابي أو سلبي)، ومدى سهولة تصور محتوى الجملة.

بالنسبة لكل من هذه الخصائص، طلب الباحثون من المشاركين من منصات التعهيد الجماعي تقييم الجمل. كما أنهم استخدموا أيضا تقنية حسابية لتحديد مدى "مفاجأة" كل جملة، أو مدى ندرة مقارنتها بالجمل الأخرى.

وكشف هذا التحليل أن الجمل ذات المفاجأة العالية تولد استجابات أعلى في الدماغ. ويقول الباحثون إن هذا يتوافق مع الدراسات السابقة التي أظهرت أن الأشخاص يواجهون صعوبة أكبر في معالجة الجمل التي تحمل قدرا أكبر من المفاجأة.

اظهار أخبار متعلقة

من الخصائص اللغوية الأخرى التي ارتبطت باستجابات شبكة اللغة هي التعقيد اللغوي، والذي يقاس بمدى التزام الجملة بقواعد اللغة الإنجليزية ومدى معقوليتها، أي مدى منطقية المحتوى، بصرف النظر عن القواعد.

كذلك، الجمل في كلا طرفي الطيف، سواء كانت بسيطة للغاية، أو معقدة للغاية لدرجة أنها لا معنى لها على الإطلاق، أثارت القليل جدا من التنشيط في شبكة اللغة. وجاءت أكبر الردود من جمل منطقية إلى حد ما ولكنها تتطلب جهدا لفهمها، مثل  "Jiffy Lube of — of therapies, yes"، والتي جاءت من مجموعة بيانات اللغة الإنجليزية الأمريكية المعاصرة.

وتقول فيدورينكو: "لقد وجدنا أن الجمل التي تثير أعلى استجابة دماغية لها قواعد نحوية غريبة و/أو معنى غريب. هناك شيء غير عادي بعض الشيء في هذه الجمل"؛ بينما يخطط الباحثون الآن لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم توسيع هذه النتائج لتشمل المتحدثين بلغات أخرى غير الإنجليزية. ويأملون أيضا في استكشاف نوع المحفزات التي قد تنشط مناطق معالجة اللغة في النصف الأيمن من الدماغ.