چگونه مغز در شهر، ما را حرکت می دهد؟ فاصله خانه تا محل کار را بارها طی کرده ایم اما آیا همیشه کوتاه ترین مسیر بوده است؟! محققان می گویند به نظر می رسد مغز قادر به محاسبه کوتاهترین مسیر نیست ، بلکه “مهم ترین” مسیر است و تا آنجا که ممکن است ما را به سمت مقصد می برد.
منبع: MIT
همه می دانند کوتاهترین فاصله بین دو نقطه یک خط مستقیم است. با این حال ، وقتی در خیابان های شهر قدم می زنید ، ممکن است یک خط مستقیم ممکن نباشد. چگونه تصمیم می گیرید کدام راه را طی کنید؟
یک مطالعه جدید MIT نشان می دهد که مغز ما در واقع برای محاسبه به اصطلاح “کوتاه ترین مسیر” هنگام حرکت پیاده روی بهینه نشده است. بر اساس مجموعه داده های بیش از 14000 نفر که زندگی روزانه خود را انجام می دهند ، تیم MIT دریافت که در عوض ، به نظر می رسد عابران پیاده مسیرهایی را انتخاب می کنند که مستقیماً به مقصد خود اشاره می کنند ، حتی اگر این مسیرها طولانی تر باشند. آنها این را “مهمترین مسیر” می نامند.
این استراتژی ، که به عنوان ناوبری مبتنی بر بردار شناخته می شود ، در مطالعات روی حیوانات ، از حشرات تا نخستی ها نیز دیده شده است. تیم MIT ناوبری مبتنی بر بردار را پیشنهاد می کند ، که به مغز کمتر از محاسبه کوتاهترین مسیر نیاز دارد ، ممکن است تکامل یافته باشد تا به مغز اجازه دهد قدرت بیشتری را به کارهای دیگر اختصاص دهد.
به نظر می رسد یک مبادله وجود دارد که اجازه می دهد قدرت محاسباتی در مغز ما برای موارد دیگر استفاده شود – 30،000 سال پیش ، برای جلوگیری از شیر یا در حال حاضر ، برای اجتناب از یک تصادف خطرناک. ” گروه مطالعات و برنامه ریزی شهری و مدیر آزمایشگاه شهر معقول می گوید. “ناوبری مبتنی بر برداری کوتاهترین مسیر را ایجاد نمی کند ، اما به اندازه کافی به کوتاهترین مسیر نزدیک است و محاسبه آن بسیار ساده است.”
ناوبری مبتنی بر بردار
بیست سال پیش ، هنگامی که دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه کمبریج بود ، راتی تقریباً هر روز مسیر بین کالج مسکونی خود و دفتر دپارتمان خود را طی می کرد. یک روز ، او متوجه شد که در واقع دو مسیر متفاوت را طی می کند – یکی در راه رسیدن به دفتر و دیگری کمی در بازگشت.
راتی می گوید: “مطمئناً یکی از مسیرها کارآمدتر از مسیر دیگر بود ، اما من به دنبال تطبیق دو مسیر بودم ، یکی برای هر جهت.” “من دائماً ناسازگار بودم ، یک تحقق کوچک اما ناامید کننده برای دانشجویی که زندگی خود را وقف تفکر منطقی می کرد.”
در آزمایشگاه شهر ، یکی از علایق تحقیقاتی راتی استفاده از مجموعه داده های بزرگ از دستگاه های تلفن همراه برای مطالعه نحوه رفتار مردم در محیط های شهری است. چندین سال پیش ، آزمایشگاه مجموعه ای از سیگنال های GPS ناشناس را از تلفن های همراه عابران پیاده در حین گذر از بوستون و کمبریج ، ماساچوست در مدت یک سال بدست آورد. راتی تصور می کرد که این داده ها ، که شامل بیش از 550،000 مسیری است که بیش از 14000 نفر طی کرده اند ، می تواند به پاسخ به این سوال کمک کند که چگونه مردم هنگام حرکت در شهر با پای پیاده مسیرهای خود را انتخاب می کنند.
تجزیه و تحلیل داده های تیم تحقیق نشان داد که عابران پیاده به جای انتخاب کوتاهترین مسیرها ، مسیری را انتخاب کردند که کمی طولانی تر بود اما انحراف زاویه ای آنها را از مقصد به حداقل رساند. به این معنی که آنها مسیری را انتخاب می کنند که به آنها اجازه می دهد هنگام شروع مسیر مستقیماً با نقطه پایانی خود روبرو شوند ، حتی اگر مسیری که با حرکت بیشتر به چپ یا راست شروع می شود ، در واقع کوتاهتر باشد.
به جای محاسبه حداقل فواصل ، ما متوجه شدیم که پیش بینی کننده ترین مدل ، مدلی نبود که کوتاه ترین مسیر را پیدا کند ، بلکه مدلی بود که سعی می کرد جابجایی زاویه ای را به حداقل برساند – تا آنجا که ممکن است مستقیماً به مقصد اشاره کند ، حتی اگر سفر در زوایای بزرگتر !
پائولو سانتی ، دانشمند اصلی تحقیق در آزمایشگاه شهر حساس و در شورای ملی تحقیقات ایتالیا و نویسنده متناظر مقاله می گوید. “ما پیشنهاد کرده ایم که این نقطه را مهمترین مسیر بنامیم.
این امر در مورد عابران پیاده در بوستون و کمبریج ، که دارای شبکه پیچیده ای از خیابان ها هستند ، و در سانفرانسیسکو ، که دارای طرح بندی خیابان به سبک شبکه است ، صادق بود. در هر دو شهر ، محققان همچنین مشاهده کردند که مردم هنگام سفر رفت و برگشت بین دو مقصد ، مسیرهای متفاوتی را انتخاب می کنند ، درست مانند راتی در دوران تحصیلات تکمیلی خود.
راتی می گوید: “وقتی ما بر اساس زاویه به مقصد تصمیم می گیریم ، شبکه خیابان شما را به یک مسیر نامتقارن می رساند.” “بر اساس هزاران پیاده روی ، بسیار واضح است که من تنها نیستم: انسانها ناوگان مطلوب نیستند.
حرکت در سراسر جهان
مطالعات رفتار حیوانات و فعالیت مغزی ، به ویژه در هیپوکامپ ، همچنین نشان داده است که استراتژی های ناوبری مغز بر اساس محاسبه بردارها است. این نوع ناوبری بسیار متفاوت از الگوریتم های رایانه ای است که توسط تلفن هوشمند یا دستگاه GPS شما استفاده می شود ، که می تواند کوتاه ترین مسیر بین هر دو نقطه را تقریباً بدون نقص و بر اساس نقشه های ذخیره شده در حافظه آنها محاسبه کند.
تننبام می گوید ، بدون دسترسی به این نوع نقشه ها ، مغز حیوانات مجبور به ارائه راهکارهای جایگزین برای حرکت بین مکان ها شده است.
شما نمی توانید یک نقشه دقیق و مبتنی بر فاصله را در مغز بارگیری کنید ، بنابراین چگونه می خواهید این کار را انجام دهید؟ طبیعی تر ممکن است استفاده از اطلاعاتی باشد که از تجربه ما در دسترس ماست. ” “تفکر بر اساس نقاط مرجع ، نشانه ها و زاویه ها یک راه بسیار طبیعی برای ایجاد الگوریتم برای نقشه برداری و پیمایش فضا بر اساس آنچه از تجربه خود در حرکت در جهان آموخته اید است.”
راتی می گوید: “از آنجا که تلفن های هوشمند و وسایل الکترونیکی قابل حمل به طور فزاینده ای هوش مصنوعی و انسان را به هم متصل می کنند ، درک بهتر مکانیسم های محاسباتی مورد استفاده مغز ما و نحوه ارتباط آنها با ماشین های مورد استفاده اهمیت بیشتری پیدا می کند.”
سید مهدی ساداتی هستم. عاشق مغز! داروساز و دانشجوی دکترای تخصصی علوم اعصاب. عضو تیم مرکز سلامت مغز دانا! از علاقه هام شناسوندن کارایی های هیجان انگیز مغز به زبان ساده به آدمهاست! جست و جو می کنم در افسردگی، داروهای موثر بر مغز و سایر بیماری های حوزه ی روان و البته نوروپلاستیسیتی!