Миф о «рептильном мозге» и компромисс внутри сознания

Многие из самых важных решений в жизни сводятся к одному вопросу: к чему стоит прислушиваться – к логике или эмоциям? В популярной культуре это противоречие часто представляется как борьба двух сознаний – “более развитого” рационального слоя, построенного на основе древнего “рептильного мозга”, движимого первобытными инстинктами. Эта битва умов разворачивалась на протяжении всей эволюции, но не как простое противостояние старого и нового.

“В 50-х годах была выдвинута теория, согласно которой мозг эволюционировал поэтапно, начиная с основных функций организма, переходя к к эмоциям в рептильном мозге и заканчивая сложным мышлением у человека”, – объясняет Набиль Имам, доцент Школы вычислительных наук и инженерии и преподаватель Института нейронаук, нейротехнологий и общества Технологического института Джорджии. “Биолог-эволюционист стал бы использовать такой подход, размышляя об этой проблеме”.

Вместо того чтобы рассматривать «новый» мозг как наложенный поверх «древнего» – или даже как логический мозг против эмоционального – исследование, опубликованное в журнале Научные достижения (Science Advances), показывает, что эволюция мозга может сводиться к особенностям его структуры.

Изучая архитектуру как биологического, так и искусственного мозга, команда Имама обнаружила, что эволюция мозга представляет собой стратегическое распределение ограниченного пространства. Они предполагают, что это своего рода вычислительное «перетягивание каната» между двумя принципиально разными типами внутренних связей, которые формируются еще до рождения.

Это новое понимание не только помогает разгадать давнюю загадку эволюции мозга, но и может помочь нам в разработке более эффективных систем искусственного интеллекта.

Проблема с “рептильным мозгом”

Когда мы говорим о нашем “логическом” или “рептильном” мозге, мы на самом деле имеем в виду различные группы областей мозга. Логический мозг известен как неокортекс – внешний слой мозга, отвечающий за зрение, восприятие, логические рассуждения и другие функции высшего уровня. В случае с «рептильным» мозгом ситуация несколько сложнее.

“Лимбическая система, которую иногда называют “рептильным мозгом”, в широком смысле контролирует эмоции, но у нее также есть другие компоненты с различными функциями”, – объясняет Имам. Помимо эмоциональной регуляции, у этой системы есть отдельные области, отвечающие за память, обоняние и навигацию. “Почему люди объединяют все эти различные области в одну большую систему? До сих пор не было хорошей теории о том, что общего между этими различными мозговыми цепями”.

Для исследования команда Имама вышла за рамки отдельных областей и изучила, как эти системы масштабируются у разных видов. Вместо сравнения отдельных областей на основе их функций, команда проанализировала, как лимбическая система и неокортекс изменяются вместе на протяжении эволюционной истории.

Результат оказался удивительно постоянным. Если один из компонентов лимбической системы был больше, то и остальные были больше, в то время как неокортекс был неизменно меньше. Эти области не изменяются независимо друг от друга. “Скорее – это скоординированное расширение этих областей у разных видов” -, говорит Имам.

Это раскрывает нечто новое: лимбическая система функционирует не как разрозненный набор функций, а как единая сеть, которая в ходе эволюции расширяется и сжимается как единое целое.

Но что же заставляет ее так синхронно расширяться и сжиматься?

Карты в сравнении со штрих-кодами

Имам утверждает, что все сводится к тому, как эти различные части мозга подключены до рождения.

В неокортексе нейронные цепи организованы в виде пространственных карт. Области, обрабатывающие тактильные ощущения в близлежащих частях тела, таких как указательный и большой палец, физически расположены близко друг к другу в мозге. То же самое верно для зрения и слуха.

Однако нейронные связи в лимбической системе не имеют пространственной организации.  Они функционируют скорее как штрих-коды, образуя уникальные распределенные паттерны для представления определенных запахов или сложных воспоминаний.

Чтобы проверить, является ли это врожденной чертой или приобретается с опытом, команда разработала модели искусственного интеллекта для различных органов чувств. Они обнаружили, что если предварительно обучить ИИ с помощью локализованных пространственных связей, то сеть будет отлично справляться с обработкой визуальной, звуковой и тактильной информации. И наоборот, для распознавания запахов и формирования обонятельной памяти искусственному интеллекту необходимы распределенные сети «в стиле штрихкодов».

Эволюционное перетягивание каната

Последний фрагмент головоломки объясняет, почему размер компонентов мозга у разных видов меняется предсказуемым образом. Поскольку такие ресурсы, как пространство и энергия, ограничены, естественный отбор выбирает, какой системе отдать приоритет.

Команда исследователей смоделировала эволюцию, создав мультимодальную сеть, в которой пространственные и распределенные области конкурировали за «жизненное пространство». Когда окружающая среда поощряла обоняние, все области распределенной системы расширялись, а неокортекс сжимался. Когда поощрялось зрение, происходило обратное.

Это объясняет, почему у девятипоясного броненосца, который полагается на обоняние, массивная лимбическая система, в то время как у беличьей обезьяны, обладающей развитым визуальным восприятием, доминирует неокортекс. Исследование показало, что эволюция мозга у 182 изученных видов заключается не в добавлении новых уровней “логики”, а в стратегическом перераспределении пространства между различными системами связи для обеспечения выживания.

Переведя эту биологическую архитектуру в системы искусственного интеллекта, инженеры смогут создавать машины, которые обучаются так же эффективно, как человеческий мозг, но при этом требуют гораздо меньше данных и энергии.

“Современные искусственные нейронные сети обучаются на основе огромных объемов данных – все дело в воспитании”, – говорит Имам. “Но мозг – это не чистый лист, который тренируется на основе опыта. Это сочетание природы и воспитания, а природа – это заранее запрограммированная архитектура.

“Мы могли бы перенести эту архитектуру в системы искусственного интеллекта, чтобы сделать их более похожими на мозг, или заставить их учиться и функционировать так же эффективно, как мозг”.

Подпишитесь на сайт Психолог в интернете
в Telegram, ВКонтакте или в MAX
Помощь психолога