Как работи мозъкът ни и какво се случва в него? Въз основа на това, което човек взема решения и как се обуславят? Вячеслав Демин, кандидат на физико-математическите науки, научен секретар на Курчатовския комплекс по NBIKS-технологии на Националния изследователски център „Курчатов институт“, говори за това на лекция в образователния център „Сириус“. „Lenta.ru“публикува откъси от речта си.
Пробийте празнината
Мозъкът се състои от около сто милиарда неврони, тоест нервни клетки, които получават и предават информация помежду си, използвайки електрически и химични сигнали чрез процеси (дендрити и аксони). Докосвайки се, невроните създават невронни мрежи. Мястото на контакт се нарича синапс. В мозъка има около квадрилион синапси (квадрилион е число, последвано от 15 нули, тоест милион милиарда). Това означава, че всеки неврон има около 10 хиляди връзки - много показателна илюстрация колко разнообразни и многостранни могат да бъдат връзките само на една нервна клетка. Вещество, което помага да се предаде информация, се нарича невротрансмитер. Науката знае няколко стотици такива вещества.
Вячеслав Демин
Научната общност подхожда към въпроса за изучаването на мозъка от различни гледни точки. Има неврофизиолози, които разглеждат специфични процеси на нервно ниво; те могат да бъдат наречени условно „материалисти“. От друга страна, има невропсихолози, условно могат да бъдат наречени „идеалисти“, в центъра на вниманието им е светът на идеите, пространството на висшите познавателни функции на човека, отговорни за паметта и мисленето, съзнанието и подсъзнанието, емоциите и вземането на решения, отношението към себе си и другите хора … Съществува фундаментална разяснителна разлика между първия подход и втория. Той се изучава от когнитологията, научно направление, което наскоро се развива на кръстопът на неврофизиология и невропсихология. Очевидно именно когнитологията може да доведе до пробив в създаването на изкуствен интелект на първо място.
Промоционално видео:
Намиране на оптималното решение
Какво е мисленето? Това е постоянно търсене на оптималното решение на предизвикателствата, пред които сме изправени. Като правило, когато взема дори и най-малкото решение, човек има няколко възможности, преди всяка стъпка се озовава на разклона и резултатът не е предопределен. Лицето трябва да направи най-добрия ход. Тоест всяка секунда всеки от нас изгражда „дърво на възможностите“в главите си, а понякога това дърво е невероятно разклонено.
Как да изберем правилния, особено ако алгоритъмът за търсене е неизвестен? Интелектът използва така наречената евристика. Пример от шах може да се използва за илюстриране на това. На дъската подобна подредба на парчета е възможна, когато Уайт например има само краля и пешки, но пешките са поставени така, че да не позволяват на Черния да премине. Лицето веднага разбира, че при такива условия най-благоприятният и доста вероятен резултат от играта за Уайт е равенство.
Но компютърната програма Deep Thought, която по-късно победи световния шампион Гари Каспаров, разглежда ситуации изключително от математическа гледна точка. Тя видя, че бялата пешка може да поеме черната греда и това ще доведе до забележимо отслабване на противника и подобряване на позиционната позиция. Компютърът не осъзна, че с този ход отваря дупка в защитата си. В резултат на това той вече не можеше да разчита на равенство, получи мач и загуби играта.
Снимка: Карина Йохансен / NTB Scanpix / Reuters
Впоследствие програмистите въведоха алгоритъм за действия в такива ситуации в компютъра и машината вече не правеше такива грешки. Естественият интелект, за разлика от изкуствения интелект, е в състояние самостоятелно да прави изводи, да анализира грешки и да не ги повтаря.
Представяне на знания
Вторият аспект на мисленето е представянето на знанието. Всички ние гледаме на света през призмата на възприятието и образуваме в главите си модел на процес или обект. Тези мнения са индивидуални. И когато мислим, работим с модели, а не с реални обективни данни.
Има известна шега за чаша, наполовина напълнена с вода. Оптимистът смята, че е наполовина пълен, песимистът - наполовина празен. Но може да има и други идеи. Например, един програмист ще каже, че капацитетът е два пъти по-голям от необходимия. Първоначалните обективни данни са същите, но моделите, които хората оперират въз основа на тях, са различни. В резултат на това, ако определена задача е свързана с книгата за поръчки, тогава решенията могат да се различават едно от друго. Важно е да се намери подходящо представителство, в което има алгоритъм, който решава проблема. В друга, неуспешна презентация, проблемът може да се окаже изключително труден или напълно неразрешим.
Следователно мисленето трябва да се комбинира с учене, тоест натрупване на информация с последващо обобщаване. Можете да наблюдавате гросмайстора безкрайно, да записвате и запомняте ходовете му, след което да ги възпроизвеждате. Но това няма да ви научи как да играете шах. Напротив, опитите да се разбере самата система или тактиката на играта, които дават идеи за общото представяне на шахматните проблеми от гросмайстор, в крайна сметка ще дадат положителни резултати с времето и практиката. Това е ученето.
Видове мислене
Как се развива мисленето на човек? В детството - чрез визуална и ефективна презентация: „Видях - направих действие“. Постепенно се формира визуално-образното мислене: „Видях - запомних или представих свързани обекти или опции за действия - извърших действие“. Отделните обекти се заменят с категории, представи, отделни връзки между тях се моделират. Следващият етап е напълно абстрактно словесно-логическо мислене, когато за самия процес на мислене вече няма нужда да се извършват каквито и да е действия, всичко се случва във въображението.
В средата на 20 век немският психолог Волфганг Келер провежда експеримент. До клетката на маймуната той сложи банан и даде на животните клечка. Те почти веднага разбраха как да стигнат до банана с пръчка и да го бутнат в клетката. Това се случи поради визуално активно мислене: маймуните взеха пръчка и експериментираха, бързо намериха решение.
Тогава задачата беше сложна: бананът беше поставен по-нататък, а на маймуните бяха дадени две пръчки, от които човек можеше да сглоби една дълга. Този пъзел беше невероятен за огромното мнозинство. Маймуните бяха бесни, но не можаха да разберат какво да правят, подскачаха около клетката, блъскаха се по решетките с пръчка.
Най-умните седнаха, помислиха и след малко разбраха какво да правят. Този момент на преход към визуално-образно мислене се нарича "превключване на гещалт": маймуната спря активна, но хаотични и неефективни действия и започна да мисли. С други думи, мисълта е „ограничено действие“, тоест действие, прехвърлено във въображението.
Снимка: Depositphotos
Ето как възниква универсалното мислене: ако избраният алгоритъм не се вписва, мозъкът търси нова идея и нови възможни връзки, пътува по „дървото на възможностите“, докато не намери подходящ вариант. След това намереното решение засяга външната среда (вашият банан) и отива (вероятно заедно с новото намерено представителство) към базата от знания, обогатявайки личния опит.
Емоциите играят важна роля в универсалното мислене. Те модулират целта, модифицират я. Представете си робот, който ще изпълни задача. Изведнъж всичко започва да избухва напред. Машината не изпитва страх, така че нито целта, нито линията на поведение не се променят. Експлозия - роботът е унищожен. И човекът на негово място би се опитал да спаси живота си, за да може след това да изпълни първоначалната задача.
Където се обработва информацията
Първата задача на мозъка е разпознаването на образи. Какво се случва, ако видите, да речем, лицето на човек? Информацията влиза в зеницата и се проектира върху ретината. Сигналът се предава на първичната зрителна кора. Той е разположен по-близо до гърба на главата и е отговорен за разпознаването само на най-простите геометрични обекти, като например линии с различен ъгъл на наклон. Информацията се филтрира и предава във вторичния зрителен кортекс, където се разпознават по-сложни модели, например, полукръгове.
Освен това обработената информация се предава във временната област на мозъчната кора (това е така нареченият вентрален път на обработка на визуална информация), където се разпознават такива прости елементи като носа, окото и ухото. Как става това? Има неврони, които реагират само на носа, има неврони, които реагират само на окото и т.н. В същото време има неврони без специална специализация и те могат да реагират както на носа, така и на окото.
В резултат на това активността на целия набор от тези клетки се предава в орбитофронталната кора на мозъка във фронталните лобове. Там картината се събира и вие разпознавате лицето като цяло. С напредването на информацията се компресира, всеки път, когато се кодира от по-малък брой неврони - изглежда, че е архивирана. В предните лобове на мозъка е кодиран складът на различни изображения на високо ниво, с които човек в крайна сметка оперира.
Мозъкът не е независим в действията си. Провежда се от таламуса, сдвоен орган, който завършва в средния мозък от гръбначния мозък. В таламуса нишки са прикрепени към всеки участък от кората. Издърпвайки към тях, той активира определени области, които в момента са отговорни за оптималното решение на текущата задача.
Но дори и диригентът не е независим. Таламусът се контролира от така наречените базални ядра (ганглии). Ключовите неврони в тези ядра са силно зависими от допамина, невротрансмитер, който причинява остро удоволствие у хората.
Всички сме зависими от допамин, колкото и тъжно да си признаем, базалните ядра искат много допамин през цялото време. Но тя се откроява в отговор на субективната стойност на конкретно решение, за което е отговорна определена област от кората.
Човешки мозък
Изображение: Diomedia
Ако стойността на активирането на секция от кората е висока, тоест това решение е предполагаемо оптимално за нас в настоящата ситуация, тогава ще се освободи повече допамин и ние ще изпитаме радост. Какво определя стойността? Първо, нашия опит. Едно малко дете има минимален опит и то се радва на почти всичко на света, всяко кубче. Като е любопитен, човек опитва различни варианти, подсилва тези, които носят субективни ползи и съответно освобождава допамин и избягва тези, които, напротив, причиняват неприятни или болезнени усещания. С узряването и натрупването на опит, летвата за стойност се повишава.
Второ, стойността се определя от емоциите (и не само положителните): колкото по-ярки са те, толкова по-висока е стойността. Оттук следва друг неврофизиологичен регулатор - зоните на мозъка, отговорни за емоциите (сливици, хипокампус, предни и темпорални лобове на кората и други).
Оказва се, че мозъкът в процеса на намиране на оптималното решение на задачата преди него работи като саморегулираща се система. От една страна, той използва знания от опит (тоест от съответните части на кората), от друга страна, претегля тези решения за сметка на системата на преживяване на емоции (включително същите и други части на кората и органите на лимбичната система на мозъка). Всичко това се събира от базалните ядра и чрез таламуса се дава „напредването“, за да се активира областта на кората, което носи най-голяма награда на допаминовите неврони в базалните и други мозъчни структури.
малък мозък
Мозъкът играе изключително важна роля. Смята се, че е отговорен за координацията на движенията, чувството за равновесие и баланс. Но е известно, че в малкия мозък, който представлява само около 10 процента от обема на мозъка, по някаква причина има около два пъти повече неврони, отколкото в останалата част от мозъка - 70 милиарда срещу 30. Наистина ли са толкова много нервни клетки, необходими само за координиране на движенията?
Учените едва наскоро започнаха да разбират, че мозъчният мозък е отговорен не само за движенията, но като цяло за всички автоматизми, включително „ограничени действия“- модели на умствени реакции от базата знания. Например за трениран спортист няма да е трудно за тренирания спортист да извърши заден салто с винт на 360 градуса. Той ще направи това без колебание, тъй като мозъчният му мозък ще извлече информация от хранилището в подходящия момент, мозъкът ще получи необходимите команди и тялото ще изпълни този акробатичен елемент автоматично. Спортистът практически не мисли, подсъзнанието му работи.
Същото изглежда и при други автоматизми, например с речта. Човек мисли в по-високи образи, а самият мозък решава как най-добре да го облече в средство за комуникация. В същото време, разбира се, участват дълги и надеждно създадени центрове за обработка на речта в мозъчната кора, но в тясна връзка с малкия мозък, който непрекъснато предлага готови, до автоматизъм решения и / или коригира неизбежно възникващите грешки в съответствие с тях.