هل يتعلم البشر بنفس طريقة تعلم الكمبيوتر؟ ناقش أخصائيُّو علم النفس المعرفي هذا السؤال لعقود من الزمان. ولكن في السنوات القليلة الماضية، أدت الإنجازات البارزة في أنظمة الكمبيوتر ومجال التعلم العميق إلى تذكية هذا الجدل، خاصة بين الباحثين الذين يدرسون التعرف على الأشياء.
بإمكان البشر أن يعرفوا ببساطة أن الشجرة شجرة، وأن الكلب كلب بغض النظر عن الحجم، أو اللون، أو الزاوية التي يشاهدون بها. في الواقع، يُعَد تحديد هذه العناصر المرئية من أولى المهام التي يتعلمها الأطفال، لكن الباحثين عانوا كثيرًا لتحديد كيفية إجراء الدماغ لهذا الأمر البسيط. ونظرًا لأن أنظمة التعلم العميق أصبحت تتقن هذه القدرة، فقد بدأ العلماء في التساؤل عما إذا كانت أجهزة الكمبيوتر تقوم بتحليل البيانات -وخاصة المرئية- على غرار الدماغ البشري، أم لها طريقة مختلفة. يقول “جايكوب فيلدمان” أستاذ علم النفس بجامعة “روتجرز”: “الطريقة التي يفهم بها النظام البصري -للعقل البشري- الشكل هي لغز أربك الناس لسنوات عديدة، ويعود ذلك -جزئيًا- إلى أنه سهل الاستخدام، ومع ذلك تصعب برمجته للغاية”.
توصلت ورقة نُشِرَت في مجلة “تقارير علمية” في يونيو/حزيران -تقارن بين نماذج التعرف على الأشياء المختلفة- إلى أن الناس لا يقومون بالتعرف على كائن ما وتقييمه مثل جزيئات البيكسل (pixels) المستخدمة في معالجة الكمبيوتر للتعرف على الصور، ولكن بناءً على هيكل داخلي متخيل. في الدراسة، أراد باحثون من جامعة “إيموري”، بقيادة أستاذة علم النفس المساعد “ستيلا لورنسو”، معرفة ما إذا كان الناس قد حكموا على تشابه الأشياء بناءً على هياكل لها أم لا. ومن أجل هذا الغرض، استخدم العلماء 150 شكلًا فريدًا ثلاثيَّ الأبعاد لبناء 30 هيكلًا مختلفًا، وطلبوا من المشاركين تحديد ما إذا كانت الهياكل متماثلة أم لا. من المؤكد أنه كلما كانت الهياكل أكثر تشابهًا، زاد احتمال قيام المشاركين بالتقرير أنها تماثل بعضها البعض. هناك تركيز كبير على الشبكات العصبية العميقة لحل هذه المشكلات فيما يسمى “التعرف على الأشياء”.
بعد ذلك، وضع الباحثون نموذجًا للهيكل العظمي في مقابل نماذج أخرى للتعرف على الشكل، مثل تلك التي تركز على الخطوط العريضة. للقيام بذلك، تعامل الباحثون مع الأشياء بطرق معينة، مثل تغيير وضع الذراع فيما يتعلق بباقي الجسم، أو تغيير كيف كانت الخطوط الخارجية نحيفة، أو منتفخة، أو مموجة. وقد اعتبر الناس النماذج متشابهة استنادًا إلى هياكلها العظمية مرة أخرى، وليس خصائصها السطحية.
يقول “فيلدمان” -والذي لم يشارك في البحث-: “هذا عمل رائع، لقد تأثرت كثيرًا بالنتيجة. إنهم يقدمون بالفعل أدلة تجريبية يمكنني القول بأنها أثبتت -بشكل أكثر إقناعًا من أي شيء رأيته سابقًا- أن تشابه النماذج يتم حسابه في العقل البشري من خلال تشابه هياكلها الأساسية”.
ومن بين اهتمامات الدراسة، قيام العلماء بإنشاء الأشياء من هياكل بنائية -على وجه التحديد- بدلًا من استخلاصها من الأشكال، سواء كانت طبيعية أو من صنع الإنسان، مغطاة بالجلد، أو المعدن، أو غيرها من المواد التي يقابلها الأشخاص في حياتهم اليومية. ويقول “جيمس إيلدر”، أستاذ رؤية الإنسان والحاسوب بجامعة “يورك” في (تورنتو): “ترتبط الأشكال التي قاموا بإنشائها ارتباطًا مباشرًا بالفرضية التي يختبرونها، والنتائج التي يرسمونها”. ويقول أيضًا: “إذا كنَّا مهتمين بمدى أهمية الهياكل البنائية في تشكيل وتصور الإنسان للأشياء، فلن نتمكن من الإجابة عن هذا السؤال من خلال النظر فقط إلى تصور الأشكال التي تم إنشاؤها؛ لأنه من الواضح -في عالم الأشكال المصممة بهياكل بنائية- أنه من المحتمل أن تكون الهياكل ذات أهمية طبقًا للطريقة التي صُنِعَت بها هذه الأشكال”.
يرى “إيلدر” أن تمثيل الأشياء (كالأشجار والحيوانات) بهياكل محددة ليس مناسبًا لجميع الأشكال كالصخور. ويقول “أيزنبرغ” أنهم يعالجون هذه المسألة في دراسات لاحقة باستخدام الأشكال التقليدية والأشياء الطبيعية.
يتساءل الباحثون الآن عما إذا كان نموذج الهيكل البنائي يمكن دمجه في أنظمة التعليم العميق بحيث أنه بدلًا من استكشاف ما إذا كان البشر يتعلمون مثل أجهزة الكمبيوتر، فقد يتمكن العلماء من مساعدة الكمبيوتر في التعلم مثل الإنسان.
هل يتعلم البشر بنفس طريقة تعلم الكمبيوتر؟ ناقش أخصائيُّو علم النفس المعرفي هذا السؤال لعقود من الزمان. ولكن في السنوات القليلة الماضية، أدت الإنجازات البارزة في أنظمة الكمبيوتر ومجال التعلم العميق إلى تذكية هذا الجدل، خاصة بين الباحثين الذين يدرسون التعرف على الأشياء.
بإمكان البشر أن يعرفوا ببساطة أن الشجرة شجرة، وأن الكلب كلب بغض النظر عن الحجم، أو اللون، أو الزاوية التي يشاهدون بها. في الواقع، يُعَد تحديد هذه العناصر المرئية من أولى المهام التي يتعلمها الأطفال، لكن الباحثين عانوا كثيرًا لتحديد كيفية إجراء الدماغ لهذا الأمر البسيط. ونظرًا لأن أنظمة التعلم العميق أصبحت تتقن هذه القدرة، فقد بدأ العلماء في التساؤل عما إذا كانت أجهزة الكمبيوتر تقوم بتحليل البيانات -وخاصة المرئية- على غرار الدماغ البشري، أم لها طريقة مختلفة. يقول “جايكوب فيلدمان” أستاذ علم النفس بجامعة “روتجرز”: “الطريقة التي يفهم بها النظام البصري -للعقل البشري- الشكل هي لغز أربك الناس لسنوات عديدة، ويعود ذلك -جزئيًا- إلى أنه سهل الاستخدام، ومع ذلك تصعب برمجته للغاية”.
توصلت ورقة نُشِرَت في مجلة “تقارير علمية” في يونيو/حزيران -تقارن بين نماذج التعرف على الأشياء المختلفة- إلى أن الناس لا يقومون بالتعرف على كائن ما وتقييمه مثل جزيئات البيكسل (pixels) المستخدمة في معالجة الكمبيوتر للتعرف على الصور، ولكن بناءً على هيكل داخلي متخيل. في الدراسة، أراد باحثون من جامعة “إيموري”، بقيادة أستاذة علم النفس المساعد “ستيلا لورنسو”، معرفة ما إذا كان الناس قد حكموا على تشابه الأشياء بناءً على هياكل لها أم لا. ومن أجل هذا الغرض، استخدم العلماء 150 شكلًا فريدًا ثلاثيَّ الأبعاد لبناء 30 هيكلًا مختلفًا، وطلبوا من المشاركين تحديد ما إذا كانت الهياكل متماثلة أم لا. من المؤكد أنه كلما كانت الهياكل أكثر تشابهًا، زاد احتمال قيام المشاركين بالتقرير أنها تماثل بعضها البعض. هناك تركيز كبير على الشبكات العصبية العميقة لحل هذه المشكلات فيما يسمى “التعرف على الأشياء”.
بعد ذلك، وضع الباحثون نموذجًا للهيكل العظمي في مقابل نماذج أخرى للتعرف على الشكل، مثل تلك التي تركز على الخطوط العريضة. للقيام بذلك، تعامل الباحثون مع الأشياء بطرق معينة، مثل تغيير وضع الذراع فيما يتعلق بباقي الجسم، أو تغيير كيف كانت الخطوط الخارجية نحيفة، أو منتفخة، أو مموجة. وقد اعتبر الناس النماذج متشابهة استنادًا إلى هياكلها العظمية مرة أخرى، وليس خصائصها السطحية.
يقول “فيلدمان” -والذي لم يشارك في البحث-: “هذا عمل رائع، لقد تأثرت كثيرًا بالنتيجة. إنهم يقدمون بالفعل أدلة تجريبية يمكنني القول بأنها أثبتت -بشكل أكثر إقناعًا من أي شيء رأيته سابقًا- أن تشابه النماذج يتم حسابه في العقل البشري من خلال تشابه هياكلها الأساسية”.
ومن بين اهتمامات الدراسة، قيام العلماء بإنشاء الأشياء من هياكل بنائية -على وجه التحديد- بدلًا من استخلاصها من الأشكال، سواء كانت طبيعية أو من صنع الإنسان، مغطاة بالجلد، أو المعدن، أو غيرها من المواد التي يقابلها الأشخاص في حياتهم اليومية. ويقول “جيمس إيلدر”، أستاذ رؤية الإنسان والحاسوب بجامعة “يورك” في (تورنتو): “ترتبط الأشكال التي قاموا بإنشائها ارتباطًا مباشرًا بالفرضية التي يختبرونها، والنتائج التي يرسمونها”. ويقول أيضًا: “إذا كنَّا مهتمين بمدى أهمية الهياكل البنائية في تشكيل وتصور الإنسان للأشياء، فلن نتمكن من الإجابة عن هذا السؤال من خلال النظر فقط إلى تصور الأشكال التي تم إنشاؤها؛ لأنه من الواضح -في عالم الأشكال المصممة بهياكل بنائية- أنه من المحتمل أن تكون الهياكل ذات أهمية طبقًا للطريقة التي صُنِعَت بها هذه الأشكال”.
يرى “إيلدر” أن تمثيل الأشياء (كالأشجار والحيوانات) بهياكل محددة ليس مناسبًا لجميع الأشكال كالصخور. ويقول “أيزنبرغ” أنهم يعالجون هذه المسألة في دراسات لاحقة باستخدام الأشكال التقليدية والأشياء الطبيعية.
يتساءل الباحثون الآن عما إذا كان نموذج الهيكل البنائي يمكن دمجه في أنظمة التعليم العميق بحيث أنه بدلًا من استكشاف ما إذا كان البشر يتعلمون مثل أجهزة الكمبيوتر، فقد يتمكن العلماء من مساعدة الكمبيوتر في التعلم مثل الإنسان.