Ученые нашли подтверждения того, что наш мозг может предсказывать будущее

Психология

Wired опубликовал результаты нескольких противоречивых исследований, доказывающих, что человеческий мозг может предсказывать будущее. Поговорим о том, как ученые пришли к таким выводам.

Ученые нашли доказательства того, что наш мозг может предсказывать будущее

Фото: Дэвид Матос/Unsplash

Представления о мозге: от простой модели к идее «предсказания»

Предположение, что наш мозг может предсказывать, впервые было высказано арабским астрономом и математиком Хасаном ибн Аль-Хайтамом тысячу лет назад в его «Книге оптики». Тогда эта теория не снискала популярности и несколько столетий оставалась без внимания. До 19 века ученые думали, что человеческий мозг работает линейно: стимул-реакция. Но в 1860-х гг

немецкий физик и врач Герман фон Гельмгольц предположил, что на самом деле это не так. В голове существует не только определенная иерархия, но и ассоциации, сильно влияющие на то, как человек реагирует на импульс извне.

Ученый считал, что восприятие каждого человека сочетает в себе его индивидуальный опыт и врожденные данные, свойственные его органам восприятия. Именно поэтому мы видим разные предметы на знаменитых неоднозначных картинах, где можно увидеть и старуху, и молодую женщину.

Это восприятие связано с изображением, которое формируется на сетчатке глаза. Оказалось, что когда человек впервые сталкивается с изображением, оно запоминается в виде ассоциации и сохраняется на более высоких уровнях мозга. Оказывается, как только человек замечает объект, его мозг передает сигнал на более высокие уровни когнитивной иерархии. Идет поиск опыта взаимодействия с подобным объектом, и именно с этих уровней реагирует мозг.

Читайте также:  Мудрая цитата Фрейда о том, почему некоторые люди несчастны

В 1980-х пионер когнитивной психологии Ричард Лэнгтон Грегори в своей работе «Восприятие как гипотезы» пошел еще дальше и предположил, что восприятие (и, возможно, все когнитивные системы) формируются из-за несоответствия между тем, что ожидают нейроны мозга, и информацией они получают на самом деле получают. Это можно назвать концептуальной моделью ожидания-реальности. То есть мы ожидаем увидеть змею (наш мозг «предсказывает» такой исход), а на деле оказывается, что под ногами палка. Выявив это несоответствие или «ошибку предсказания» на низком уровне, мозг генерирует ошибку и отправляет ее. Верхний уровень настраивает ваше представление и обновляет прогностические модели, чтобы предотвратить будущие ошибки.

Ученые нашли доказательства того, что наш мозг может предсказывать будущее

Фото: Наташа Коннелл/Unsplash

Мозг приматов и вычислительные машины: как ученые проверяли гипотезу

Чтобы проверить гипотезу о способности мозга предсказывать, исследователи обратились к вычислительным компьютерным моделям. Черпая вдохновение из биологических нейронов, нейробиологи построили искусственные нейронные сети, которые продемонстрировали удивительные способности, которые, по словам исследователей, могут имитировать способности нашего мозга. Некоторые эксперименты с этими технологиями также доказывают, что мозг предсказывает будущее для экономии энергии. Вот как это работает.

В 1999 году ученые-компьютерщики Раджеш Рао и Дана Баллард построили вычислительную модель для прогнозирующего кодирования. Суть его заключается в том, что мозг находится в процессе постоянной обработки информации, постоянно обновляя свое представление о мире. Система, созданная Рао и Баллардом, воспроизводила часть нейронного пути в мозгу приматов и могла исправлять ошибки, возникающие в нейронах мозга вследствие изменений. Например, если в серии изучаемых изображений вдруг появилось новое изображение.

Но у этого подхода были свои ограничения. Когда Рао и Баллард проводили свои исследования, можно было создать только сети с прямой связью, в которых информация обрабатывалась линейно от входа к выходу, сверху вниз. В то время как мозг приматов состоит из иерархических областей.

Читайте также:  Распорядок для тех, кто хочет жить осознанно

Позже нейробиологи предложили другой тип модели: рекуррентные нейронные сети (или RNN), в которых есть прямые и обратные связи нейронов, которые постоянно активны. Рекуррентные сети привлекли внимание нескольких исследователей из Гарварда. В 2016 году они создали систему, которая научилась предсказывать следующий кадр в видео. Эти сети работали по принципу предиктивного кодирования и состояли из иерархии из четырех слоев: каждый уровень предсказывал ту информацию, которая находилась на нижнем уровне, и в случае несоответствия посылал сигнал ошибки.

Позднее ученые предположили, что нейронная коммуникация — это энергозатратный процесс: из-за прочности связей между нейронами, также известной как вес, который указывает на передачу импульса от одного нейрона к другому, большая часть энергии тратится впустую. Но потом оказалось, что в развитых системах есть механизмы, которые заставляют предотвращать ошибки для экономии энергии.

Чтобы проверить это, команда обучила рекуррентные нейронные сети на нескольких последовательностях цифр (1234567890, 3456789012, 6789012345 и далее), в которых каждая цифра отображалась как изображение размером 28×28 пикселей. Когда система впервые научилась предсказывать следующую цифру, нейроны, называемые «единицами ошибки», были более активны. После того, как последовательности начали накапливаться, и при минимальном взвешивании между нейронами «единицы ошибки» исчезли. Интересно, что к такому выводу в сети пришли для снижения энергопотребления. В случае с мозгом получается, что когда этот орган «предсказывает», он активирует активность нейронов на более низком уровне, то есть тратит меньше энергии.

Нейроны в голове у грызунов и предсказания: что происходит в реальном мозге

Искусственно созданные нейронные сети и человеческий мозг — разные вещи. Нейробиолог и компьютерщик Блейк Ричардс решил проверить гипотезу о способности мозга предсказывать в реальной жизни. Он и его коллеги обратились в Институт Аллена в Сиэтле, где изучают мозговую активность мышей. Грызунам показывали множественные последовательности пятен Габора со светлыми и темными полосами, расположенными в определенной ориентации. По мере того, как мыши привыкали к пятнам каждой вариации, ученые случайным образом меняли ориентацию одного из пятен. Животные были удивлены, но со временем стали с нетерпением ждать этого события.

Читайте также:  «Вредные привычки», которые незаметно губят отношения. Но их допускают почти все

Мозг начал «предвидеть» возможные изменения и подавлял реакцию на сенсорную информацию по мере того, как событие становилось менее неожиданным. В то же время, несмотря на привычку, нейронные цепи продолжали посылать сигналы об ошибках на более высокие уровни.

Ученые предположили, что таким образом они постоянно учились лучше распознавать свойства неожиданных событий, чтобы иметь возможность делать более точные прогнозы в будущем.

Пока исследования способности мозга «предсказывать» продолжаются, но ученые уверены, что уже имеющиеся доказательства вполне убедительны; Остается только найти дополнительные объяснения этому.

Читайте также:

Почему мы боимся акул и самолетов? Еще одна ловушка нашего мозга

Иллюзия группировки: еще одна ловушка нашего мозга и как в нее не попасть

Что мы узнали о мозге благодаря технологиям? Вячеслав Дубынин о роли ЭЭГ и мечте о супертомографе

Если вам понравился материал, подпишитесь на канал РБК Тренды в Яндекс.Дзен — это поможет нам развиваться!

Валерия Кузнецова
Главный редактор , psyban.ru
Психолог с многолетним стажем. Использую различные лайфхаки в личной жизни. Друзья постоянно говорят, чтобы я размещала свои советы в интернете. Будьте любимыми вместо со мной!
contact me
Оцените статью
psyban.ru
Добавить комментарий