Как работает человеческий мозг? Из чего состоит человеческий мозг? Как мы видим то, что мы видим.

Наш мозг осмысливает мир, предсказывая то, что мы видим, а затем, в зависимости от ситуации, обновляет полученные прогнозы. Такова природа нашего восприятия окружающей действительности, утверждает Ларс Мукли, профессор нейробиологии в Центре когнитивной нейровизуализации в Глазго, Шотландия. Он говорит, что теория прогностической обработки так же важна для науки мозга, как и в целом эволюционная биология.

– Вы использовали передовые методы визуализации нервной деятельности, чтобы смоделировать сенсорно-перцептивную систему мозга. Вы утверждаете, что вместо того, чтобы просто сортировать то, что видим, мы фактически ожидаем варианты будущего. Не могли бы вы рассказать об этом несколько подробнее?

– Нам интересно понять, как мозг поддерживает зрение. Классическая точка зрения заключалась в том, что мозг реагирует на визуальную информацию в каскаде иерархических визуальных областей с усложнением, но более современный взгляд состоит в том, что на самом деле мозг не встречает каждую ситуацию с чистого листа, он работает по модели одновременного прогнозирования доступного ему множества.

– Как это работает?

– Основная цель мозга, как мы его понимаем сегодня, заключается в том, что это машина прогнозирования, которая оптимизирует собственные прогнозы окружающей среды, где мы живем и сквозь которую он как бы «проходит». Таким образом, видение начинается с ожидания того, что находится за углом. Как только вы развернетесь за угол, вы сопоставляете потенциально исходные данные с вашими прогнозами, а затем по-своему реагируете на выполнение ожиданий.

То есть речь идет о системе обработки прогнозов, и это наиболее адекватная объединяющая теория мозга. Это процесс, создающий внутреннюю модель сиюминутного будущего.

Внешний мир находится не в нашем мозгу, поэтому нам нужно что-то получить и затем понять, является ли полезным описание того, что происходит, – и это вызов.

Мы больно осознаем проблему, когда пытаемся имитировать аналоговые ситуации в компьютерной модели: как мы переводим информацию о внешнем мире в компьютерную модель? Мозг делает это неконтролируемым образом. Он сегментирует визуальный поток в объект, фон, передний план, контекст, людей и т. д. И никто никогда не дает мозгу никакого контроля, определяющего момента, как производить дифференциацию внешнего мира.

Чтобы иметь осмысленные модели мира, вам нужно получить что-то вроде супервизора в вашем мозгу, который гласит: «Это объект A. Это еще один объект, и вам нужно найти имя для него». У нас нет супервизора, но у нас есть что-то – и это заставляет удивляться. Есть своего рода необходимость, которая сводит к минимуму неожиданность, и тогда мы выступаем в роли наблюдателя.

– Как неожиданность помогает формировать модели?

– Вы можете подобрать объект, бросить его, и у вас есть очень хорошая модель того, как это должно звучать или где он должен находиться. Если этого не произойдет, вам нужно обновить свои внутренние модели. Редкие ситуации.

– Как это работает в повседневном опыте, – например, когда мы едем на велосипеде по улице?

– У вас есть форвардные модели, поэтому, пока вы едете на велосипеде, вы прогнозируете траекторию автомобилей, свое собственное движение, причем в режиме реального времени. Вы постоянно обновляете свои предсказания будущей модели, чтобы проехать по городу.

Эти модели очень хороши, потому что вы обладаете индивидуальным опытом; они только обновляются, потому что вы поворачиваете за угол. Таким образом, происходит обновление памяти и одновременно сопоставление прогнозов с уже измененной внутренней моделью – вы удивлены: «О, это не эта улица». Пока вы едете на велосипеде, вы сопоставляете одну модель будущего с другой аналогичной моделью. Таким образом происходит обновление старых и создание новых прогнозов.

– Вы работали над проектом Human Brain Project (HBP), в рамках которого выстраиваются массивные данные (Big Data) для изучения мозговой активности. Как это связано с вашей работой?

Проект «Человеческий мозг» объединяет различные дисциплины в области информатики, нейронауки, вычислительной нейронауки, робототехники и медицины, которые пытаются ответить на очень простой вопрос: “Как работает мозг?”.

Нам необходимо получить четкую модель, которая в дальнейшем будет апробирована и каждый ученый сможет ее использовать для различных исследований – от мышей до людей, от вычислительных моделей до нейрофизических экспериментов. Необходимо прийти к более общему пониманию. Прогностическая структура кодирования – это то, что в настоящее время определяется несколькими командами внутри HBP.

Используя метафору, все похоже на то, если бы вы строили большой самолет на базе разных технологических площадок, где создаются колеса, аэродинамика, крылья, хвостовая часть. Не хватает видение объединения, которое объединяет разные площадки, а это важно, потому что вы работаете на небольших моделях. Идея объединения способствует инновациям.

Меня много чего интересует. Кажется, у человека есть эта способность разумно прогнозировать альтернативные сценарии будущего. Мы думаем: «Что я буду делать сегодня вечером? Должен ли я пойти в магазин?» И вы поступаете так, едете на своем велосипеде и кажется, что вы делаете три вещи одновременно – думаете о планировании своего дня рождения, езде на велосипеде, а также рассчитываете свой следующий шаг. В определенный момент кажется, что есть два сценария, возникающие на данный момент, и альтернатива в качестве плана «неудачи».

Как это развивалось? Каковы правила? И как это создается? Поскольку это происходит в мозгу, тогда нам нужно найти описание производства когнитивных решений.

Ваша работа мотивирует вас?

Я считаю, что прогностическая структура кодирования является важной частью науки о мозге, поскольку эволюция связана с биологией. Это ключевое объяснение того, как мозг был создан в процессе эволюции, то, как он выполняет свою работу – создает сеть предсказаний. Вопрос в том, сможем ли мы использовать это понимание для искусственных систем и есть ли нечто, что долго удерживает нас в одной реальности. Хотя эта реальность по своей природе полифонична…

По материалам Scientific.org и Phys.Org.

Из чего состоит мозг

Все ткани и органы человеческого тела состоят из клеток. Головной и спинной мозг содержат около 100 миллиардов нервных клеток (или нейронов).

Нейроны передают информацию и, тем самым, влияют на то, что делает ваше тело и как вы себя чувствуете. Чтобы понять, как работает мозг, нужно понять, как работают нейроны, и, в особенности, как они работают во взаимосвязи друг с другом.