Kuinka aivomme toimivat ja mitä siinä tapahtuu? Sen perusteella, mitä ihminen tekee päätöksiä ja miten ne ehdollistetaan? Fysikaalisten ja matemaattisten tieteiden kandidaatti Vjačeslav Demin, Kurchatovin instituutin NBKS-tekniikoiden Kurchatov-kompleksin tieteellinen sihteeri, puhui tästä luennossa koulutuskeskuksessa "Sirius". "Lenta.ru" julkaisee otteita puheestaan.
Mene aukon läpi
Aivot koostuvat noin sadasta miljardista hermosolusta, toisin sanoen hermosoluista, jotka vastaanottavat ja välittävät tietoja toisilleen käyttämällä sähköisiä ja kemiallisia signaaleja prosessien (dendriitit ja aksonit) kautta. Koskettamalla neuronit luovat hermoverkkoja. Yhteyspaikkaa kutsutaan synapsiksi. Aivoissa on noin kvadriljoona synapsia (kvadriljoona on luku, jota seuraa 15 nolla, eli miljoona miljardia). Tämä tarkoittaa, että jokaisella neuronilla on noin 10 tuhatta yhteyttä - erittäin paljastava esimerkki siitä, kuinka monipuoliset ja monipuoliset vain yhden hermosolun yhteydet voivat olla. Ainetta, joka auttaa välittämään tietoa, kutsutaan välittäjäaineeksi. Tiede tuntee useita satoja sellaisia aineita.
Vjatseslav Demin
Tiedeyhteisö lähestyy kysymystä aivojen tutkimisesta eri näkökulmista. Jotkut neurofysiologit harkitsevat erityisiä prosesseja hermoston tasolla; heitä voidaan tavanomaisesti kutsua “materialisteiksi”. Toisaalta, siellä on neuropsykologeja, joita voidaan kutsua tavanomaisesti "idealisteiksi", heidän huomionsa keskuksessa on ajatusmaailma, ihmisen korkeampien kognitiivisten toimintojen tila, joka vastaa muistista ja ajattelusta, tietoisuudesta ja alitajuntaan, tunteisiin ja päätöksentekoon, suhtautumiseen itseensä ja muihin ihmisiin … Ensimmäisen ja toisen lähestymistavan välillä on perusteellinen selitys. Sitä tutkii kognitologia, tieteellinen suunta, joka on hiljattain kehittynyt neurofysiologian ja neuropsykologian risteyksessä. Ilmeisesti kognitologia voi ensinnäkin johtaa läpimurtoon tekoälyn luomisessa.
Mainosvideo:
Optimaalisen ratkaisun löytäminen
Mitä ajattelu tarkoittaa? Se on jatkuvaa etsintää optimaaliselle ratkaisulle haasteillemme. Pääsääntöisesti, kun tehdään pieninkin päätös, henkilöllä on useita vaihtoehtoja, ennen jokaista vaihetta hän löytää itsensä haarukasta, eikä lopputulosta ole ennalta määrätty. Henkilön on liikuttava parhaiten. Eli joka toinen meistä rakentaa päähänsä "mahdollisuuksien puun", ja joskus tämä puu on uskomattoman haarautunut.
Kuinka valita oikea, varsinkin jos hakualgoritmia ei tunneta? Äly käyttää ns. Heuristiikkaa. Shakin esimerkkiä voidaan käyttää tämän havainnollistamiseen. Pöydällä tällainen kappaleiden järjestely on mahdollista, kun esimerkiksi Valkolla on vain kuningas ja sotilaat, mutta sotilaat on sijoitettu siten, että ne eivät salli mustan kulkua. Henkilö ymmärtää heti, että tällaisissa olosuhteissa White-pelin suotuisin ja melko todennäköisin pelin tulos on tasapeli.
Mutta tietokoneohjelma Deep Thought, joka myöhemmin voitti maailmanmestari Garry Kasparovin, tarkasteli tilanteita yksinomaan matemaattisesta näkökulmasta. Hän näki, että valkoinen sotilas voi viedä mustan noston, ja tämä johtaisi vastustajan huomattavaan heikkenemiseen ja pisteaseman paranemiseen. Tietokone ei tajunnut, että tällä liikkeellä se avasi reikän puolustukseen. Seurauksena hän ei voinut enää luottaa tasapeliin, sai tarkistuksen ja menetti pelin.
Kuva: Carina Johansen / NTB Scanpix / Reuters
Myöhemmin ohjelmoijat esittelivät tietokoneeseen algoritmin tällaisissa tilanteissa tapahtuville toimille, ja kone ei enää tehnyt tällaisia virheitä. Luonnollinen älykkyys, toisin kuin tekoäly, kykenee tekemään itsenäisesti johtopäätöksiä, analysoimaan virheitä eikä toistamaan niitä.
Tietojen edustaminen
Toinen ajattelun näkökohta on tiedon esittäminen. Me kaikki katsomme maailmaa havainnollisuuden prisman kautta ja muodostamme päämme malliksi prosessista tai esineestä. Nämä näkemykset ovat henkilökohtaisia. Ja kun ajattelemme, toimimme malleilla, emmekä todellisten objektiivisten tietojen kanssa.
Siellä on kuuluisa vitsi noin lasi puoliksi täynnä vettä. Optimistin mielestä hän on puoliksi täynnä, pessimistin puoliksi tyhjä. Mutta voi olla myös muita ideoita. Esimerkiksi ohjelmoija sanoo, että kapasiteetti on kaksi kertaa niin suuri kuin tarvitaan. Alkuperäiset objektiiviset tiedot ovat samat, mutta mallit, joiden pohjalta ihmiset toimivat, ovat erilaisia. Seurauksena on, että jos tiettyyn tehtävään liittyy tilauskanta, ratkaisut voivat poiketa toisistaan. On tärkeää löytää sopiva esitys, jossa on algoritmi, joka ratkaisee ongelman. Toisessa, epäonnistuneessa esityksessä ongelma voi osoittautua erittäin vaikeaksi tai täysin liukenemattomaksi.
Siksi ajattelu tulisi yhdistää oppimiseen, toisin sanoen tiedon keräämiseen myöhemmin yleistämällä. Voit katsella isoäestöä loputtomasti, kirjoittaa muistiin hänen liikkeensä ja toistaa niitä sitten. Mutta se ei opeta sinua pelaamaan shakkia. Päinvastoin, yritykset ymmärtää pelin järjestelmää tai taktiikkaa, jotka antavat ideoita isomestarin yleisistä shakkiongelmista, tuottavat lopulta myönteisiä tuloksia ajan ja käytännön kanssa. Tämä on oppimista.
Ajattelutyypit
Kuinka ihmisen ajattelu kehittyy? Lapsuudessa - visuaalisen ja tehokkaan esityksen kautta: "Näin - tein toiminnon." Visuaalisesti-figuratiivinen ajattelu muodostuu vähitellen:”Näin - muistin tai esittelin liittyviä esineitä tai toimintavaihtoehtoja - suoritin toiminnon”. Yksittäiset objektit korvataan luokilla, esitykset, niiden väliset erilliset linkit mallinnetaan. Seuraava vaihe on täysin abstrakti sanallinen-looginen ajattelu, kun itse ajatteluprosessille ei enää tarvita mitään toimia, kaikki tapahtuu mielikuvituksessa.
1900-luvun puolivälissä saksalainen psykologi Wolfgang Keller teki kokeilun. Apinahäkin viereen hän pani banaanin ja antoi eläimille kepin. He melkein heti miettivät, kuinka päästä banaaniin tikulla ja työntää se häkkiin. Tämä tapahtui visuaalisesti aktiivisen ajattelun takia: apinat ottivat sauvan ja kokeilivat löytääkseen nopeasti ratkaisun.
Sitten tehtävä oli monimutkainen: banaani laitettiin eteenpäin ja apinoille annettiin kaksi tikkua, joista yksi koottiin yksi pitkä. Tämä palapeli oli ylivoimainen suurimmalle osalle. Apinat olivat raivoissaan, mutta eivät pystyneet selvittämään, mitä tehdä, hyppäsi häkin ympäri, takoi sauvoilla sauvalla.
Älykkäimmät istuivat, miettivät ja hetken kuluttua ymmärsivät mitä tehdä. Tätä siirtymistä visuaaliseen-figuratiiviseen ajatteluun kutsutaan "gestalt-vaihtoksi": apina lopetti aktiivisen, mutta kaoottisen ja tehottoman toiminnan ja alkoi ajatella. Toisin sanoen, ajatus on”supistettu toiminta”, toisin sanoen mielikuvitukseen siirretty toiminta.
Kuva: Depositphotos
Näin syntyy universaali ajattelu: jos valittu algoritmi ei sovi, aivot etsivät uutta ideaa ja uusia mahdollisia yhteyksiä, kulkevat "mahdollisuuksien puun" läpi, kunnes löytävät sopivan vaihtoehdon. Löydetty ratkaisu vaikuttaa sitten ulkoiseen ympäristöön (banaanisi) ja menee (mahdollisesti uuden löydetyn esityksen mukana) tietokantaan rikastuttaen henkilökohtaista kokemusta.
Tunteilla on tärkeä rooli universaalisessa ajattelussa. He moduloivat tavoitetta, modifioivat sitä. Kuvittele robotti suorittavan tehtävän. Yhtäkkiä kaikki alkaa räjähtää eteenpäin. Kone ei tunne pelkoa, joten tavoite tai käyttäytymislinja eivät muutu. Räjähdys - robotti tuhoutuu. Ja hänen tilalleen henkilö yrittäisi pelastaa henkensä loppuun suorittaakseen alkuperäisen tehtävän.
Missä tietoja käsitellään
Aivojen ensimmäinen tehtävä on kuviotunnistus. Mitä tapahtuu, jos näet esimerkiksi henkilön kasvot? Tiedot saapuvat oppilaaseen ja heijastuvat verkkokalvolle. Signaali siirretään ensisijaiseen visuaaliseen aivokuoreen. Se sijaitsee lähempänä pään takaosaa ja vastaa vain yksinkertaisimpien geometristen esineiden tunnistamisesta, kuten esimerkiksi linjat, joilla on erilaiset kallistuskulmat. Tiedot suodatetaan ja lähetetään toissijaiseen visuaaliseen aivokuoreen, jossa tunnistetaan monimutkaisempia kuvioita, esimerkiksi puolipyöriä.
Lisäksi jalostettu tieto välitetään aivokuoren ajalliselle alueelle (tämä on visuaalisen tiedon käsittelemisen ns. Ventriaalinen polku), jossa tunnistetaan sellaiset yksinkertaiset elementit kuin nenä, silmä ja korva. Kuinka tämä tapahtuu? On neuroneja, jotka reagoivat vain nenään, on neuroneja, jotka reagoivat vain silmään, ja niin edelleen. Samalla on neuroneja, joilla ei ole erikoistumista, ja ne voivat reagoida sekä nenään että silmään.
Seurauksena näiden solujen koko joukon aktiivisuus välittyy aivojen orbitofrontaaliseen aivokuoreen edessä olevissa lohkoissa. Siellä kuva kootaan yhteen, ja tunnistat kasvot kokonaisuutena. Edetessä tietoja pakata, aina kun ne koodataan pienemmällä määrällä neuroneja - se näyttää arkistoituna. Aivojen etuosastossa koodataan erilaisten korkean tason kuvien varasto, jonka kanssa ihminen lopulta toimii.
Aivot eivät ole toimissaan riippumattomia. Sitä johtaa talamus, parillinen elin, joka päättyy keskiaivoon selkäytimestä. Talamuksessa langat kiinnitetään kuoren jokaiseen osaan. Vedäen heitä hän aktivoi tietyt alueet, jotka ovat tällä hetkellä vastuussa nykyisen tehtävän optimaalisesta ratkaisusta.
Mutta edes kapellimestari ei ole itsenäinen. Talamusta hallitsevat ns. Perustytteet (gangliat). Näiden ydinten avaineuronit ovat erittäin riippuvaisia dopamiinista, välittäjäaineesta, joka aiheuttaa akuuttia nautintoa ihmisille.
Olemme kaikki dopamiinin addikteja, riippumatta siitä kuinka surullista on myöntää, että perustytteet haluavat paljon dopamiinia koko ajan. Mutta se erottuu vastauksena tietyn päätöksen subjektiiviseen arvoon, josta tietty aivokuoren alue vastaa.
Ihmisaivot
Kuva: Diomedia
Jos aivokuoren osan aktivoinnin arvo on korkea, ts. Tämä päätös on oletettavasti meille optimaalinen nykyisessä tilanteessa, silloin vapautuu enemmän dopamiinia, ja koemme iloa. Mikä määrittelee arvon? Ensinnäkin kokemuksemme. Pienellä lapsella on vähän kokemusta, ja hän iloitsee melkein kaikesta maailmassa, mistä tahansa kuutiosta. Uteliaisuutena ihminen kokeilee erilaisia vaihtoehtoja, vahvistaa niitä, jotka tuovat subjektiivisia etuja, ja vastaavasti dopamiinin vapautumista, ja välttää niitä, jotka päinvastoin aiheuttavat epämiellyttäviä tai tuskallisia tuntemuksia. Kypsyessäsi ja hankkiessasi kokemusta arvopaperi nousee.
Toiseksi arvon määräävät tunteet (eivätkä vain positiiviset): mitä kirkkaammat ne ovat, sitä korkeampi arvo. Siksi seuraa toinen neurofysiologinen säätelijä - aivojen tunteista vastaavat alueet (risat, hippokampus, aivokuoren etu- ja ajalliset lohko sekä muut).
Osoittautuu, että aivot toimivat itsesääntelevänä järjestelmänä etsiessäsi optimaalista ratkaisua tehtävään ennen sitä. Toisaalta se käyttää kokemuksesta saatuja tietoja (toisin sanoen aivokuoren vastaavista osista), toisaalta se punnitsee nämä päätökset emotionaalisen kokemusjärjestelmän kustannuksella (mukaan lukien nämä ja muut aivokuoren osat ja aivojen limbaalisen järjestelmän elimet). Kaiken tämän keräävät perustydämet, ja talamuksen kautta annetaan “mennä eteenpäin” aktivoida niiden aivokuoren alue, joka tuottaa suurimman palkinnon dopamiinineuroneille perus- ja muissa aivojen rakenteissa.
Pikkuaivot
Pikkuaivoilla on erittäin tärkeä rooli. Sen uskotaan olevan vastuussa liikkeiden koordinoinnista, tasapainon ja tasapainon tunteesta. Mutta tiedetään, että pikkuaivoissa, joiden osuus aivojen tilavuudesta on vain noin 10 prosenttia, on jostain syystä neuroneja noin kaksinkertaisesti enemmän kuin muissa aivoissa - 70 miljardia verrattuna 30. Onko todellakin niin, että niin paljon hermosoluja tarvitaan vain liikkeiden koordinointiin?
Tutkijat ovat vasta äskettäin alkaneet ymmärtää, että pikkuaivo ei vastaa vain liikkeistä, vaan yleensä kaikesta automatismista, mukaan lukien "rajoitetut toimet" - henkisen vasteen mallit tietokannasta. Esimerkiksi koulutetulle urheilijalle ei tule olemaan vaikeaa suorittaa takakaari 360 asteen ruuvilla. Hän tekee tämän epäröimättä, koska pikkuaivo hakee tiedot varastosta oikeaan aikaan, aivot saavat tarvittavat käskyt ja keho suorittaa tämän akrobaattisen elementin automaattisesti. Urheilija ei käytännössä ajattele, hänen alitajuntansa toimii.
Sama näyttää olevan tilanne muissa automatismissa, esimerkiksi puheessa. Henkilö ajattelee korkeammissa kuvissa, ja pikkuaivo itse päättää, kuinka se parhaiten pukeutuu viestintävälineisiin. Samanaikaisesti aivokuoressa on tietysti mukana pitkät ja luotettavasti muodostetut puheprosessointikeskukset, mutta läheisessä yhteydessä pikkuvalmistetta tarjoavaan pikkuaiheeseen, joka on kehitetty automatisointiratkaisuihin ja / tai korjaa väistämättä syntyvät virheet niiden mukaisesti.