Contrasting signatures of visual attention emerge from the same underlying neural dynamics

إن الدماغ البشري بارع في التصنيف، فهو يقرر باستمرار ما يستحق الانتباه وما يمكن تجاهله. فعندما تدخل غرفة مزدحمة، لا تمسح عيناك كل الوجوه بكثافة متساوية؛ بل تنجذب بدلاً من ذلك إلى قميص أحمر زاهٍ أو صوت مألوف. هذه القدرة على التركيز تسمى الانتباه البصري، ولعقود من الزمن، حاول العلماء فهم القواعد التي تحكمها. كان الرأي السائد هو أن الدماغ يستخدم أدوات مختلفة ومتخصصة لمواقف مختلفة. فإذا جذب جسم ساطع عينك رغماً عنك، افترض الباحثون أن آلية محددة هي التي تعمل. وإذا تجاهلت ذلك الجسم نفسه لتجد هدفاً معيناً، افترضوا أن آلية مختلفة قد تولت زمام الأمور. هذا النهج يعامل كل نزوة سلوكية كبصمة فريدة، تتطلب تفسيراً فريداً. لكن هذا الأسلوب يخاطر بتحويل العلم إلى مجرد فهرس للأعراض بدلاً من البحث عن المحرك الأساسي. ويبقى السؤال قائماً: هل ينتقل الدماغ حقاً بين أنماط تشغيل مختلفة، أم أن نظاماً واحداً مرناً ينتج كل هذه النتائج المختلفة؟

اقترح فريق من الباحثين في جامعة روهر بوخوم وجامعة شرق أنجليا إجابة جديدة. فقد بنوا نموذجاً حاسوبياً لنظام الانتباه في الدماغ لاختبار ما إذا كانت مجموعة واحدة من القواعد يمكن أن تفسر مجموعة واسعة من السلوكيات التي تبدو متناقضة. ويشير عملهم، المعروف باسم "حساب الأولوية المشكلة" (Shaped Priority Account)، إلى أن الدماغ ليس بحاجة إلى تغيير تروسه أو نشر آليات مختلفة للتعامل مع مهام بحث متنوعة. وبدلاً من ذلك، فإن الديناميكيات العصبية الأساسية نفسها، عندما يتم تغذيتها بمدخلات بصرية مختلفة، تنتج بشكل طبيعي النطاق الكامل لسلوكيات الانتباه البشري. ووجد الباحثون أنه من خلال تشكيل كيفية معالجة الدماغ للإشارات البصرية بمرور الوقت، يمكن لنظام ثابت واحد أن يعيد إنتاج نتائج اثنتي عشرة تجربة مختلفة، تشمل كل شيء من البحث الفعال إلى التشتت بسبب الأشياء غير ذات الصلة.

لفهم التحدي، تأمل كيف يعمل البحث البصري. في تجربة نموذجية، قد يُطلب من شخص البحث عن دائرة حمراء وسط مربعات زرقاء. وفي بعض الأحيان، يظهر معين أصفر زاهٍ على الشاشة ليس له علاقة بالمهمة. في بعض الحالات، يبطئ هذا الميعن الأصفر الشخص، حيث يعمل كمشتت للانتباه. وفي حالات أخرى، لا يكون له أي تأثير على الإطلاق. وفي سيناريوهات أخرى، يساعد وجود المشتت الشخص في العثور على الهدف بشكل أسرع. تقليدياً، فسر العلماء هذه الاختلافات باقتراح أن الدماغ ينتقل بين استراتيجيات مختلفة: فأحياناً يتم "الاستحواذ" عليه بواسطة الجسم الساطع، وأحياناً يقوم بتثبيطه بنشاط، وأحياناً يتجاهله تماماً. وتجادل الدراسة الجديدة بأن هذه ليست استراتيجيات مختلفة، بل هي نتائج مختلفة لنفس العملية.

بنى الباحثون نموذجاً قائماً على فكرة أن الانتباه هو منافسة ديناميكية. تخيل مجالاً من النشاط حيث يرسل كل موضع على الشاشة إشارة. بعض الإشارات تأتي من "الأسفل إلى الأعلى" (bottom-up)، مدفوعة بمدى سطوع أو لونية جسم ما. وأخرى تأتي من "الأعلى إلى الأسفل" (top-down)، مدفوعة بما يبحث عنه الشخص. في هذا النموذج، لا تدخل هذه الإشارات في المنافسة بشكل خام؛ بل تمر عبر عملية تشكيل تغير قوتها بناءً على السياق. فقد يتم ضغط جسم ساطع جداً بحيث لا يطغى على النظام، بينما يتم تعزيز تطابق باهت مع الهدف ليبقى في المنافسة. والأهم من ذلك، أن هذين النوعين من الإشارات يصلان في أوقات مختلفة. فالإشارة من "الأسفل إلى الأعلى" الناتجة عن جسم ساطع تصل أولاً، وتجذب الانتباه فوراً. أما الإشارة من "الأعلى إلى الأسفل"، والتي تعرف شكل الهدف، فتصل بعد جزء من الثانية.

هذا الفرق في التوقيت هو مفتاح نجاح النموذج. فعندما يظهر جسم ساطع وغير ذي صلة، فإنه يستحوذ على مجال الانتباه أولاً. وإذا كان الشخص يبحث عن شيء محدد، فإن الإشارة من "الأعلى إلى الأسفل" تصل بعد فترة وجيزة وتعيد تشكيل المنافسة، مما يدفع الجسم غير ذي الصلة خارج دائرة المنافسة. وبناءً على التوقيت الدقيق وترتيب الأجسام الأخرى، يمكن لهذه العملية أن تؤدي إلى تأخير، أو عدم تأخير، أو حتى تسريع عملية البحث. وقد أظهر النموذج أن مجموعة واحدة من القواعد، دون الحاجة إلى تغيير إعداداتها الداخلية لمهام مختلفة، يمكنها إعادة إنتاج نتائج أربعة وثلاثين حالة تجريبية مختلفة. شملت هذه الحالات عمليات بحث معقدة حيث تم تحديد الهدف من خلال مزيج من ثلاث سمات، بالإضافة إلى عمليات بحث بسيطة حيث ساعد وجود جسم ساطع واحد أو أعاق الأداء.

اختبر الباحثون نموذجهم مقابل بيانات من اثنتي عشرة تجربة شارك فيها مئات المشاركين. قاموا بمعايرة النموذج مرة واحدة باستخدام مجموعة محددة من مهام البحث الصعبة ثم ثبتوا الإعدادات. ثم طلبوا من النموذج التنبؤ بنتائج التجارب الأحد عشر الأخرى دون تغيير معلمة واحدة. وقد نجح النموذج في ذلك. فقد جسد الأنماط المتعلقة بكيفية تغير سرعة البحث مع زيادة عدد العناصر على الشاشة. كما أعاد إنتاج الحجم الدقيق للتشتت الناتج عن الأشياء غير ذات الصلة. بل إنه فسر أيضاً لماذا جعل وجود المشتت البحث أسرع في بعض الحالات. ولم يحقق النموذج ذلك من خلال تعلم قواعد جديدة لكل مهمة، بل من خلال ترك الديناميكيات العصبية نفسها تعمل بشكل مختلف بناءً على المدخلات البصرية التي تلقاها.

أحد أهم النتائج هو أن النموذج يفسر لماذا يمكن لنفس الجسم الساطع أن يكون له تأثيرات متناقضة. فإذا ظهر الجسم الساطع في عرض يصعب فيه العثور على الهدف، فقد يبطئ الشخص لأنه يجذب الانتباه قبل أن يتمكن الدماغ من التركيز على الهدف. وإذا تم ترتيب العرض بشكل مختلف، فقد يساعد نفس الجسم الشخص على السرعة من خلال المساعدة في تنظيم المجال البصري. يوضح النموذج أن هذه ليست تناقضات، بل هي نتائج طبيعية لنظام تتنافس فيه الإشارات عبر الزمن. الدماغ لا يحتاج إلى اتخاذ قرار بالانشغال بالتشتت أو تجاهل التشتت؛ بل تبرز النتيجة من التفاعل بين الإشارات.

كما عالجت الدراسة لغزاً طال أمده حول كيفية عثور الدماغ على الأجسام المحددة بسمات متعددة. لسنوات، جادل العلماء حول ما إذا كان بإمكان الدماغ دمج السمات مثل اللون والشكل قبل التركيز على الانتباه، أو ما إذا كان عليه فحص العناصر واحداً تلو الآخر. يشير النموذج الجديد إلى أن الدماغ يستخدم نظام توجيه يقلص الاحتمالات دون الحاجة إلى تحديد كل جسم أولاً. فهو يستبعد العناصر التي لا تتطابق بوضوح مع وصف الهدف، مما يترك مجموعة أصغر من المرشحين. ثم يفحص الدماغ هؤلاء المرشحين واحداً تلو الآخر. هذه العملية فعالة بما يكفي لتفسير سبب قدرة الناس على العث find الأهداف المعقدة بسرعة، حتى عندما تبدو العناصر المحيطة متشابهة جداً.

من خلال إثبات أن نظاماً واحداً ثابتاً يمكن أن يولد هذا التنوع الواسع من السلوكيات، يتحدى الباحثون فكرة أن كل بصمة سلوكية تتطلب آلية فريدة. إنهم يجادلون بأن الدماغ أكثر وحدة مما كان يُعتقد. إن تنوع الانتباه البشري لا يأتي من صندوق أدوات يحتوي على مفاتيح مختلفة، بل من محرك واحد مرن يستجيب للعالم في الوقت الفعلي. وهذا لا يعني أن الدماغ بسيط، بل يعني أن تعقيد السلوك البشري يمكن أن ينشأ من التفاعل الديناميكي لعدد قليل من المبادئ الأساسية. ويقر الباحثون بأن عملهم هو محاكاة وأن الدماغ الحقيقي قد يتضمن عمليات إضافية، مثل التعلم أو الذاكرة، والتي لم تُدرج في هذا النموذج. ومع ذلك، تشير النتائج إلى أنه قبل أن يخترع العلماء آليات جديدة لتفسير كل اكتشاف جديد، يجب عليهم أولاً التساؤل عما إذا كانت ديناميكيات الانتباه الموجودة كافية.

تمتد آثار هذا العمل إلى ما وراء المختبر. فهو يغير طريقة تفسيرنا للسلوك البشري. فعندما يفشل شخص ما في ملاحظة تغيير في بيئته أو يتشتت انتباهه بسبب ضوء وامض، فإننا نفترض غالباً أنه يستخدم استراتيجية مختلفة أو لديه قصور محدد. يشير هذا البحث إلى أن مثل هذه الاختلافات قد تكون ببساطة نتيجة لنفس النظام الذي يعمل تحت ظروف مختلفة. الدماغ ليس مجموعة من الوحدات المعزولة، بل هو مجال مستمر ومتطور من النشاط. في المرة القادمة التي تجد فيها نفسك مشتتاً بلوحة إعلانية ساطعة أثناء البحث عن مفاتك، أو ربما تجد مفاتك بشكل أسرع بفضلها، فأنت تشهد نفس الديناميكيات العصبية وهي تعمل، مشكلةً بتفاصيل اللحظة المحددة. تقدم الدراسة رؤية أوضح للعقل، وتظهر أن الفوضى الظاهرية للانتباه البشري هي في الواقع نتيجة لعملية واحدة أنيقة تتجلى عبر الزمن.