Kā darbojas mūsu smadzenes un kas tajās notiek? Balstoties uz to, ko cilvēks pieņem lēmumus un kā tos ietekmē? Par to lekcijā izglītības centrā "Sirius" runāja fizisko un matemātisko zinātņu kandidāts Vjačeslavs Demins, Nacionālā pētniecības centra "Kurchatov Institute" NBIKS tehnoloģiju kompleksa Kurchatov zinātniskais sekretārs. "Lenta.ru" publicē fragmentus no viņa runas.
Izlauziet spraugu
Smadzenes sastāv no aptuveni simts miljardiem neironu, tas ir, nervu šūnām, kas caur procesiem (dendrītiem un aksoniem) saņem un pārsūta informāciju, izmantojot elektriskos un ķīmiskos signālus. Pieskaroties, neironi izveido neironu tīklus. Kontakta vietu sauc par sinapsēm. Smadzenēs ir apmēram kvadriljonu sinapses (kvadriljoni ir skaitlis, kam seko 15 nulles, tas ir, miljons miljardi). Tas nozīmē, ka katram neironam ir apmēram 10 tūkstoši savienojumu - tas ļoti uzskatāmi parāda, cik daudzveidīgi un daudzpusīgi var būt tikai vienas nervu šūnas savienojumi. Vielu, kas palīdz nodot informāciju, sauc par neirotransmiteri. Zinātne zina vairākus simtus šādu vielu.
Vjačeslavs Demins
Zinātnieku aprindās smadzeņu izpēte tiek skatīta no dažādiem aspektiem. Ir neirofiziologi, kuri apsver specifiskus procesus neironu līmenī; tos parasti var saukt par “materiālistiem”. No otras puses, ir neiropsihologi, tos var tradicionāli saukt par “ideālistiem”, viņu uzmanības centrā ir ideju pasaule, cilvēka augstāko izziņas funkciju telpa, kas atbild par atmiņu un domāšanu, apziņu un zemapziņu, emocijām un lēmumu pieņemšanu, attieksmi pret sevi un citiem cilvēkiem … Starp pirmo un otro pieeju ir izskaidrojama atšķirība. To pēta kognitoloģija - zinātnisks virziens, kas nesen izveidojies neirofizioloģijas un neiropsiholoģijas krustojumā. Acīmredzot tieši kognitoloģija var novest pie sasnieguma mākslīgā intelekta izveidē.
Reklāmas video:
Optimālā risinājuma atrašana
Ko domā? Tā ir pastāvīga optimālā risinājuma meklēšana izaicinājumiem, ar kuriem mēs saskaramies. Parasti personai, pieņemot pat mazāko lēmumu, ir vairākas iespējas, pirms katra soļa viņš nonāk pie dakšas, un iznākums nav iepriekš noteikts. Personai ir jāpārvietojas vislabāk. Tas ir, katru sekundi katrs no mums savās galvās ceļ “iespēju koku”, un dažreiz šis koks ir neticami sazarots.
Kā izvēlēties pareizo, it īpaši, ja meklēšanas algoritms nav zināms? Intelektā tiek izmantota tā saucamā heiristika. Lai to ilustrētu, var izmantot šaha piemēru. Uz tāfeles šāds gabalu izkārtojums ir iespējams, ja, piemēram, Baltajam ir tikai karalis un bandinieki, bet bandinieki ir novietoti tā, lai tie neļautu Melnajai iet garām. Persona uzreiz saprot, ka šādos apstākļos Baltai vislabvēlīgākais un visdrīzākais spēles iznākums ir neizšķirts.
Bet datorprogramma Deep Thought, kas vēlāk pārspēja pasaules čempionu Gariju Kasparovu, situācijas apskatīja tikai no matemātiskā viedokļa. Viņa redzēja, ka baltais bandinieks var pārņemt melno kārtu, un tas novedīs pie ievērojama pretinieka vājināšanās un punktu stāvokļa uzlabošanās. Dators nesaprata, ka ar šo gājienu tas ir atvēris caurumu savā aizsardzībā. Tā rezultātā viņš vairs nevarēja rēķināties ar neizšķirtu, saņēma pārbaudes maču un zaudēja spēli.
Foto: Karīna Johansena / NTB Scanpix / Reuters
Pēc tam programmētāji datorā ieviesa darbību algoritmu šādās situācijās, un mašīna šādas kļūdas vairs nepieļāva. Dabiskais intelekts atšķirībā no mākslīgā intelekta spēj patstāvīgi izdarīt secinājumus, analizēt kļūdas un tās neatkārtot.
Zināšanu reprezentācija
Otrs domāšanas aspekts ir zināšanu attēlojums. Mēs visi skatāmies uz pasauli caur uztveres prizmu un savās galvās veidojam procesa vai objekta modeli. Šie uzskati ir individuāli. Un, domājot, mēs strādājam ar modeļiem, nevis ar reāliem objektīviem datiem.
Ir kāds slavens joks par glāzi, kas piepildīta ar ūdeni. Optimists domā, ka viņš ir puse piepildīts, pesimists - pustukšs. Bet var būt arī citas idejas. Piemēram, programmētājs sacīs, ka ietilpība ir divreiz lielāka nekā nepieciešama. Sākotnējie objektīvie dati ir vienādi, taču modeļi, kurus cilvēki izmanto, pamatojoties uz to, ir atšķirīgi. Tā rezultātā, ja noteikts uzdevums ir saistīts ar pasūtījumu grāmatu, tad risinājumi var atšķirties viens no otra. Ir svarīgi atrast piemērotu attēlojumu, kurā ir algoritms, kas atrisina problēmu. Citā neveiksmīgā prezentācijā problēma var izrādīties ārkārtīgi grūta vai pilnībā neatrisināma.
Tāpēc domāšana jāapvieno ar mācīšanos, tas ir, informācijas uzkrāšanu ar sekojošu vispārināšanu. Jūs varat bezgalīgi skatīties vecmeistaru, pierakstīt un iegaumēt viņa gājienus, pēc tam tos atskaņot. Bet tas nemācīs, kā spēlēt šahu. Gluži pretēji, mēģinājumi izprast pašu spēles sistēmu vai taktiku, kas dod idejas par šaha problēmu vispārīgu izklāstu no lielmeistara puses, laika gaitā un praksē dod pozitīvus rezultātus. Tā ir mācīšanās.
Domāšanas veidi
Kā attīstās cilvēka domāšana? Bērnībā - caur vizuālu un efektīvu prezentāciju: "Es redzēju - es izdarīju darbību." Pamazām veidojas vizuāli-figurālā domāšana: “Es redzēju - atcerējos vai prezentēju saistītus objektus vai darbību variantus - veicu darbību”. Atsevišķus objektus aizstāj ar kategorijām, attēlojumus, tiek modelētas atsevišķas saites starp tām. Nākamais posms ir pilnīgi abstrakta verbāli-loģiska domāšana, kad pašam domāšanas procesam vairs nav jāveic nekādas darbības, viss notiek iztēlē.
20. gadsimta vidū vācu psihologs Volfgangs Kellers veica eksperimentu. Blakus pērtiķu būrim viņš ielika banānu un iedeva dzīvniekiem nūju. Viņi gandrīz uzreiz izdomāja, kā ar nūju sasniegt banānu un iestumt to būrī. Tas notika vizuāli aktīvās domāšanas dēļ: pērtiķi paņēma nūju un eksperimentēja, ātri atrodot risinājumu.
Tad uzdevums bija sarežģīts: banānu nolika tālāk, un pērtiķiem tika doti divi nūjas, no kuriem varēja salikt vienu garu. Lielākajai daļai šī mīkla bija satriecoša. Pērtiķi bija nikni, bet nespēja izdomāt, ko darīt, izlēca ap būru, ar nūju sasita uz restēm.
Gudrākie apsēdās, domāja un pēc kāda laika saprata, ko darīt. Šis pārejas brīdis uz vizuāli-figurālo domāšanu tiek saukts par "geštalta maiņu": pērtiķis pārtrauca aktīvas, bet haotiskas un neefektīvas darbības un sāka domāt. Citiem vārdiem sakot, doma ir “saīsināta darbība”, tas ir, darbība, kas tiek nodota iztēlē.
Foto: Depositphotos
Tā rodas universāla domāšana: ja izvēlētais algoritms neatbilst, smadzenes meklē jaunu ideju un jaunus iespējamos savienojumus, ceļo pa “iespēju koku”, līdz atrod piemērotu variantu. Tad atrastais risinājums ietekmē ārējo vidi (jūsu banānu) un nonāk (iespējams, kopā ar jauno atrasto atveidojumu) zināšanu bāzē, bagātinot personīgo pieredzi.
Emocijām ir liela nozīme universālajā domāšanā. Viņi modulē mērķi, modificē to. Iedomājieties robotu, kurš veiks uzdevumu. Pēkšņi viss sāk eksplodēt uz priekšu. Mašīna nejūt bailes, tāpēc nemainās ne mērķis, ne izturēšanās līnija. Sprādziens - robots tiek iznīcināts. Un viņa vietā esošais cilvēks mēģinātu glābt savu dzīvību, lai pēc tam izpildītu sākotnējo uzdevumu.
Kur tiek apstrādāta informācija
Smadzeņu pirmais uzdevums ir modeļa atpazīšana. Kas notiek, ja redzat, teiksim, cilvēka seju? Informācija nonāk skolēnā un tiek projicēta uz tīkleni. Signāls tiek pārraidīts uz primāro redzes garozu. Tas atrodas tuvāk galvas aizmugurē un ir atbildīgs tikai par vienkāršāko ģeometrisko objektu, piemēram, līniju, ar dažādiem slīpuma leņķiem, atpazīšanu. Informācija tiek filtrēta un nosūtīta uz sekundāro vizuālo garozu, kur tiek atpazīti sarežģītāki raksti, piemēram, pusloki.
Turklāt apstrādātā informācija tiek pārsūtīta uz smadzeņu garozas temporālo reģionu (tas ir tā sauktais vizuālās informācijas apstrādes ventrālais ceļš), kur tiek atpazīti tādi vienkārši elementi kā deguns, acs un auss. Kā tas notiek? Ir neironi, kas reaģē tikai uz degunu, ir neironi, kas reaģē tikai uz aci utt. Tajā pašā laikā ir neironi bez īpašas specializācijas, un tie var reaģēt gan uz degunu, gan uz aci.
Rezultātā visa šo šūnu kopuma aktivitāte tiek pārnesta uz smadzeņu orbitofrontālo garozu frontālās daivās. Tur attēls tiek apvienots, un jūs atpazīstat seju kopumā. Progresējot informācija tiek saspiesta, katru reizi to kodējot ar mazāku skaitu neironu - šķiet, ka tā ir arhivēta. Smadzeņu priekšējās daivās tiek kodēta dažādu augsta līmeņa attēlu noliktava, ar kuru galu galā cilvēks darbojas.
Smadzenes savā darbībā nav neatkarīgas. To vada talamuss - pārī savienots orgāns, kas beidzas smadzeņu vidusdaļā no muguras smadzenēm. Talamātā pavedieni tiek piestiprināti katrā garozas sadaļā. Velkot viņus, viņš aktivizē noteiktas jomas, kuras šobrīd ir atbildīgas par pašreizējā uzdevuma optimālu risinājumu.
Bet pat diriģents nav neatkarīgs. Talamusu kontrolē tā sauktie bazālie kodoli (ganglijas). Šajos kodolos esošie galvenie neironi ir ļoti atkarīgi no dopamīna - neirotransmitera, kas cilvēkiem rada akūtu baudu.
Mēs visi esam atkarīgi no dopamīna, neatkarīgi no tā, cik skumji to atzīt, bazālie kodoli visu laiku vēlas daudz dopamīna. Bet tas izceļas, reaģējot uz konkrēta lēmuma subjektīvo vērtību, par kuru ir atbildīga noteikta garozas zona.
Cilvēka smadzenes
Attēls: Diomedia
Ja garozas sekcijas aktivizēšanas vērtība ir augsta, tas ir, šis lēmums mums it kā ir optimāls pašreizējā situācijā, tad tiks atbrīvots vairāk dopamīna, un mēs piedzīvosim prieku. Kas nosaka vērtību? Pirmkārt, mūsu pieredze. Mazam bērnam ir minimāla pieredze, un viņš priecājas par gandrīz visu pasaulē, jebkuru kubu. Būdams ziņkārīgs, cilvēks izmēģina dažādas iespējas, pastiprina tās, kas sniedz subjektīvus ieguvumus un attiecīgi dopamīna izdalījumus, un izvairās no tām, kas, tieši pretēji, rada nepatīkamas vai sāpīgas sajūtas. Nobriestot un iegūstot pieredzi, vērtību josla pieaug.
Otrkārt, vērtību nosaka emocijas (un ne tikai pozitīvās): jo spilgtākas tās ir, jo augstāka ir vērtība. Līdz ar to seko vēl viens neirofizioloģiskais regulators - smadzeņu zonas, kas atbildīgas par emocijām (mandeles, hipokampus, garozas priekšējās un īslaicīgās daivas un citas).
Izrādās, ka smadzenes optimālā uzdevuma risinājuma meklējumos, pirms tās darbojas kā pašregulējoša sistēma. No vienas puses, tas izmanto zināšanas no pieredzes (tas ir, no attiecīgajām garozas daļām), no otras puses, tas nosver šos lēmumus caur emociju pārdzīvojuma sistēmu (ieskaitot tās pašas un citas garozas daļas un smadzeņu limbiskās sistēmas orgānus). To visu savāc bazālie kodoli, un caur talamusu tiek dota “kustība uz priekšu”, lai aktivizētu garozas apgabalu, kas dod vislielāko atlīdzību dopamīna neironiem bazālajā un citās smadzeņu struktūrās.
Smadzenīte
Smadzenītēm ir ārkārtīgi svarīga loma. Tiek uzskatīts, ka tas ir atbildīgs par kustību koordinēšanu, līdzsvara izjūtu un līdzsvaru. Bet ir zināms, ka smadzenēs, kas veido tikai apmēram 10 procentus no smadzeņu apjoma, kaut kādu iemeslu dēļ ir apmēram divreiz vairāk neironu nekā pārējās smadzenēs - 70 miljardi pret 30. Vai tiešām ir tik daudz nervu šūnu, kas vajadzīgas tikai kustību koordinēšanai?
Zinātnieki tikai nesen sāka saprast, ka smadzenītes ir atbildīgas ne tikai par kustībām, bet kopumā par visām automātismām, ieskaitot "saīsinātās darbības" - garīgo reakciju modeļus no zināšanu bāzes. Piemēram, apmācītam sportistam trenētam sportistam nebūs grūti veikt muguras rotājumu ar 360 grādu skrūvi. Viņš to darīs bez vilcināšanās, jo viņa smadzenītes īstajā laikā izgūs informāciju no krātuves, smadzenes saņems nepieciešamās komandas, un ķermenis automātiski veiks šo akrobātisko elementu. Sportists praktiski nedomā, viņa zemapziņa strādā.
Liekas, ka tas pats notiek ar citiem automātismiem, piemēram, ar runu. Cilvēks domā augstākos attēlos, un smadzenīte pati izlemj, kā to vislabāk apģērbt saziņas līdzeklī. Tajā pašā laikā, protams, smadzeņu garozā ir iesaistīti ilgi un ticami izveidoti runas apstrādes centri, bet ciešā saistībā ar smadzenītēm, kas nepārtraukti piedāvā gatavus automātikas risinājumus un / vai labo neizbēgami radušās kļūdas atbilstoši tiem.