Как мозг находит общее в сложностях геометрии, музыки и математики

Геометрическая фигура кажется нам сложной, если у нее много граней. Мелодия воспринимается как запутанная, если в ней чередуются резкие прерывистые ноты и рваные ритмы. Долгое время когнитивная психология считала, что наше сознание обрабатывает эти признаки как изолированные данные. Однако новые данные заставляют предположить: мозг способен улавливать некую общую, абстрактную характеристику, скрытую за разницей в способах восприятия.

В поисках компактных правил

Еще в 2017 году в журнале Вычислительная биология (PLOS Computational Biology) была опубликована работа, показавшая, как именно мы справляемся с потоком информации. Исследователи выяснили, что люди осмысляют закономерности, вычленяя из них компактные правила. Участники эксперимента предугадывали последовательности точек на экране, опираясь на скрытые принципы – симметрию и повторение. Мозг не просто запоминал координаты, он искал внутреннюю логику, чтобы экономить вычислительные ресурсы.

Новая серия исследований, проведенная Талом Богером и Чейзом Файрстоуном из Университета Джонса Хопкинса, выводит эту идею на принципиально иной уровень. Их гипотеза заключается в том, что человек способен переносить ощущение «сложности» из одной сферы в другую, даже если между ними нет ничего общего. Результаты 11 экспериментов, опубликованные в журнале Природа человеческого поведения (Nature Human Behaviour), описывают своего рода ментальные ярлыки, которые помогает нам ориентироваться в мире, перенасыщенном данными.

Правило, которое не знает границ

Чтобы проверить эту догадку, ученые разработали игровую механику. Участникам предлагалось выбирать один из двух объектов, чтобы заработать виртуальные монеты. При этом сами правила игры не озвучивались: одних поощряли за выбор простых стимулов, других – за выбор сложных.

После серии обучающих попыток исследователи подменяли категорию стимулов. Человека, который только что выбирал между простыми многоугольниками и сложными звездчатыми формами, внезапно просили сделать выбор между чистым одиночным тоном и аккордовой последовательностью с меняющимся темпом. Обратной связи не было.

Участнику приходилось на свой страх и решать, применимо ли его «правило получения заработка» к совершенно новой информации.

Результаты оказались убедительными. Переключаясь между зрительными образами и звуками, около 72% из 96 участников продолжили следовать выученному правилу (выбирать либо простое, либо сложное). Это значительно выше 50%, которые предсказывала бы теория чистого угадывания.

Эта связь оказалась на удивление прочной. В других сериях экспериментов, где фигурировали незнакомые последовательности букв, математические выражения и россыпи цветных точек, правило успешно переносилось в 9 из 10 возможных парных сочетаний.

Более того, абстракция преодолела границу между зрением и осязанием. Участники нащупывали в закрытых коробках выпуклые контуры, напечатанные на 3D-принтере, а затем выбирали между плоскими узорами из точек на экране. В обратной последовательности (сначала экран, потом коробка) результат повторился: около 82% из 99 человек безошибочно переносили свое понимание сложности из тактильного модуса в зрительный.

Чтобы исключить случайные факторы, ученые провели контрольные тесты. Они проверили, не выбирают ли люди просто самые яркие, крупные или насыщенные цветом объекты. Выяснилось, что нет: правило не переносилось на яркость или размер. Мозг реагировал именно на структурную сложность.

Однако у этой системы есть свои границы. Когда простые и сложные примеры из разных областей сталкивались в нелепых, противоречивых сочетаниях, точность суждений участников падала. Мозг искал гармонию, и явный диссонанс между уровнями сложности в разных модальностях вносил когнитивный шум.

Непрошеные подсказки

Следующий эксперимент был призван выяснить, насколько этот процесс осознан. Сорока восьми участникам показывали выдуманные слова. Над каждым словом появлялась геометрическая фигура, причем испытуемых прямо просили не обращать на нее внимания. Слова делились на простые (из двух слогов) и сложные (из четырех).

Выяснилось, что абстракцию невозможно выключить полностью. Когда над простым словом появлялась сложная фигура (и наоборот), участники реагировали медленнее и чаще ошибались. Нерелевантные, «лишние» визуальные данные непроизвольно вмешивались в оценку лингвистической сложности. Это означает, что сопоставление уровней сложности происходит автоматически, на уровне базовых механизмов восприятия, а не в результате сознательного поиска вознаграждения.

Эстетика сложности

В финальной части исследования ученые отошли от поиска испытуемыми правильных ответов и вознаграждения. Полутора сотням участников предложили просто выбрать то, что кажется им более красивым. Сравнивались пары фигур, мелодий, узоров из точек и формул. Единого эталона красоты не существовало.

Обнаружилась устойчивая корреляция. Люди, которым нравились витиеватые, перегруженные деталями формы, чаще отдавали предпочтение и сложным музыкальным фразам, и запутанным математическим конструкциям. Совпадение вкусов не было абсолютным, но оно стабильно превышало уровень случайности.

Единое представление в нейронной сети

По мнению авторов работы, эти данные указывают на то, что наши реакции на столь разные по природе стимулы опираются на единый внутренний эталон сложности.

«В совокупности эти результаты говорят о том, что сознание обладает единым представлением о сложности, абстрагированным от поверхностных черт конкретного стимула. Это открывает путь к вопросам об эволюционных, нейробиологических и вычислительных основах того, как мы представляем сложность», – пишут исследователи.

Механизм формирования этой способности еще предстоит изучить. Но ее влияние уже сейчас выходит далеко за рамки простых суждений. Возможно, именно эта единая метрика объясняет, почему концепция, которая кажется нам «слишком сложной», вызывает схожее чувство утомления и путаницы – читаем ли мы научную статью, слушаем ли лекцию по квантовой физике, пытаемся ли разобраться в запутанной схеме московского метро или изучаем структуру сложного белка. Мозг использует один и тот же внутренний измерительный прибор для оценки структуры реальности, независимо от того, какими органами чувств он ее считывает.