В продолжение поста “Знание не равно опыт” нужно прояснить несколько деталей. Действительно наш мозг соорганизовывает получаемый опыт не совсем так, как думалось ещё лет двадцать-тридцать назад.

МЕНЮ


Искусственный интеллект
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


2020-11-24 10:02

работа мозга

В продолжение поста “Знание не равно опыт” нужно прояснить несколько деталей. Действительно наш мозг соорганизовывает получаемый опыт не совсем так, как думалось ещё лет двадцать-тридцать назад. Это не самый простой материал, поэтому запаситесь терпением и покорном.

Я уже упоминал про первичный и вторичный ассортимент нейронов. Идея в том, что мы рождаемся с некоторым клетками, которые уже заточены под выполнение функции (с жёсткими генетическими программами). В свою очередь есть нейроны (как бы свободные от функций, условно ничем не занятые, если хотите) с более пластичными генетическими программами. Дж. Эдельман их называет первичным ассортиментом клеток. Так вот нейроны первичного ассортимента и позволяют нам обучаться новым навыкам. Это резерв нашего мозга (1). Во время обучения нейроны первичного ассортимента специализируются под выполнение функций. Так возникает вторичный ассортимент нейронов. Нейроны из первичного ассортимента переходят во вторичный именно в процессе обучения.

Но самое интересное другое. Это переворачивает подход к понимаю работы мозга и тому, как мы учимся. Эдельман свою теорию отбора групп нейронов или нейродарвинизмом (Neural Darwinism) противопоставляет концепциям обработки информации и инструкционистским теориям (2). В подобных концепциях мозг рассматривается как компьютер, перерабатывающий информацию, причем совершенно неясно кто эту программу переработки информации загрузил в него. Тогда получается, что, либо сама "инструкция" по восприятию и обработке сигналов содержится во внешней среде. Фотоны солнечного света “говорят” как глазам видеть, а звуковые волны” пропевают” мозгу то, что ему нужно слышать. Либо же мозг вообще содержит "гомункулуса" (какое-то существо), который управляет его развитием.

По Эдельману для новорождённого мир – это какофония из неупорядоченных, очень хаотичных стимулов. И лишь только сталкиваясь с ними, мозг приобретает опыт взаимодействия со средой (без какой бы то ни было заранее заданной инструкции) позволяет классифицировать сигналы, упорядочить их, собрать из них нечто осмысленное.

А вот обучение (фиксация опыта) происходит путем конкурентного отбора групп нейронов и синапсов.

В современной нейробиологии многие авторы не рассматривают нейрон как частицу мозга, как кирпичик стены, или элемент конcтруктора. Напротив, нейрон рассматривается как отдельный организм (3). Это клетка, которая ничем не отличается от любой другой клетки. Вот та же инфузория-туфелька же тоже одна клетка. И она живёт своей жизнью. Кстати, описаны случаи, когда инфузории образовывали пару, а затем в процессе конъюгации (аналог спаривания) их разъединяли (по разным банкам с водой).

Так вот будучи разъединёнными, две инфузории уже больше никогда ни с кем “не вступали в связь”. Но вот как только их помещали в одну банку, то они через некоторое находили друг друга и продолжали свой “любовный танец”. То есть, у каждой клетки может быть своя большая жизнь, своя любовь, горечь разлуки, воссоединение и всё на свете. Конечно, я утрирую, чтобы лишь показать, что вообще-то мы не какой-то там конструктор, а мы являемся конгломератом организмов. Только представьте в мозге – 90 миллиардов нейронов! У каждого может быть своя судьба. Каждому нужно “поесть”, “попить”, “поспать”, “поработать”. Мозг – это действительно вселенная внутри нас.

Самое восхитительное, что активность нейрона (как вариант его поведения) не является его реакцией, она является ничем иным, как попыткой нейрона “договориться” со средой. У нейрона есть свои потребности, например, в тех или иных веществах и нейрон удовлетворяет эту потребность. Нейрон как бы устраняет несоответствие между "потребностями" и микросредой, в частности, за счет изменения синаптического притока (регулирования тех импульсов, которые к нему приходят) (1).

Ю. Александров пишет: “Рассмотрение нейрона как организма в организме соответствует представлениям о значительном сходстве между закономерностями обеспечения жизнедеятельности нейрона и одноклеточного организма. Однако между ними существует и серьезное различие. Одноклеточный организм может обеспечить свои метаболические потребности за счет собственной активности, например, передвижения в область повышенной концентрации питательных веществ. Нейрон же обеспечивает «потребности» своего метаболизма, объединяясь с другими элементами организма в функциональную систему”.

Из этого следует идея о том, что нейромедиаторы не являются стимулами, подгоняющими клетку работать, а они являются метаболитами, обеспечивающим УДОВЛЕТВОРЕНИЕ «потребностей» клетки. Такой взгляд на нейроны позволил применить новые методы анализа их работы.

Вместо просто ответов нейронов на стимулы, стали измерять так называемую “предрезультативную” активность. Благодаря этому удалось с одной стороны связать частоту «предрезультатной» активности с величиной потребности, а с другой стороны, с появлением поведения, направленного на удовлетворение этой потребности. Упрощённо, мы научились видеть потребность одного нейрона.

Более того, сам процесс научения у нейрона вызывает нечто похожее на созревание плода в утробе матери. На уровне генов, биохимии происходят процессы, характерные для тех, что встречаются у зародыша на ранних этапах развития. Поэтому ряд авторов рассматривают научение как «реювенилизацию» («возврат в детство») или «реактивацию процессов созревания».

Важно, что сами нейроны работают в группах и формируют системы. Наглядно это можно увидеть на примере того, как мы обучаемся видеть. Изначально нервные клетки зрительной коры мозга не специализированы, и каждая может реагировать на широкий спектр сигналов (4). В развивающемся мозге контакты между клетками зрительной коры устанавливаются более-менее случайном образом. Это первичный ассортимент. Когда предъявляется визуальный стимул, например, жирная короткая линия, то множество нейронов среагируют на неё, разрядившись импульсами с одинаковой частотой. Как только мы спрячем линию от нейронов, то они могут продолжить разряжаться импульсами, но теперь частота этих импульсов у нейронов может различаться. Те же нейроны, которые будут каким-то случайном образом совпадать по частоте, то есть работать синхронно, усилят свои контакты и объединяться в группу.

И затем уже возбуждение одного из нейронов группы провоцирует активность других нейронов, т.е. вся группа начинает реагировать на стимулы как единое целое. Формирование таких групп нейронов в различных зонах коры мозга начинается еще до рождения. Группы приобретают определенную специализацию. Формируется вторичный ассортимент. Известно, что в зрительной коре одни группы нейронов лучше реагируют на вертикальные линии, другие - на горизонтальные, третьи – на наклонные и т.д.(6). Сама возможность образования таких специализированных групп является результатом эволюции и закреплена генетически. Однако в каждом конкретном мозге то как выстроятся связи между нейронами не определено ни генетикой, ни средой. Изначально генетически задаётся только самая общая схема расположения областей в мозге (в затылке – зрение, виски – слух и т.д.) Нервная система различается даже у близнецов.

Таким образом в мозге происходит включение нейронов в те или иные конкурирующие группы и усиление или ослабление синаптических связей. В моменты, когда случается определённое изменение среды, из числа имеющихся групп, отбирается, такая которая, может обеспечить надлежащую реакцию. Происходит её отбор! Важно, что мелкие группы клеток могут входить в состав более сложных групп. Во время обучения опытным путём происходит отбор целых наборов групп клеток, порождающих сложные динамические системы (иначе называемые нейросетями, такими как ДСМ, СВЗ и т. п).

Динамические системы отображают сложные пространственно-временные события от органов чувств, систем тела и других нейронных групп в мозгу на другие выбранные нейронные группы.

Таким образом, обучение - это использование ресурса первичного и вторичного ассортиментов клеток. И отсюда ясно, что не всё равно ЧЕМУ, КАК и СКОЛЬКО учить. Речь не идёт о том, нужно бояться учить человека всему подряд. А то ведь так все нейроны используешь, что потом делать-то? Нет, на самом деле нейронов хватит на всё. Поэтому учиться нужно как можно больше, причём учиться желательно разным вещам. Потому что именно освоение новых РАЗНЫХ навыков позволяют быстрее создавать ассоциации с новой информацией.

Но! Всё-таки важно понимать, что есть вещи, которые возможно лучше и не стоит знать. Похоже, что специализация нейронов вторичного ассортимента – пожизненная. “Развидеть” не получится. Поэтому вопрос “ЧЕМУ” именно учиться всё-таки актуален. Речь идёт особенно о событиях, которые связаны с негативными переживаниями. К примеру, человек задумал сделать нечто очень гадкое другому человеку, долго это вынашивал, планировал и, наконец, совершил. Определённые клетки длительное время выстраивали структуру полученного вот такого опыта. По мнению ряда авторов, эти клетки теперь останутся с человеком на всю жизнь.

В рамках других концепций, эти клетки останутся, но связи их со временем могут ослабнуть. Человек перестанет об этом думать.

В работах 2016-2017 показано, что клетки гиппокампа могут перенаправлять наши воспоминания (7). Скажем, в гиппокампе можно “отключить” нейроны, и вы забудете какое-то тревожное воспоминание, но само воспоминание никуда из мозга не уходит. Оно так и продолжает оставаться в коре больших полушарий. Отключение нейронов в гиппокампе как бы закрывает доступ к нему. Потому что мы используем гиппокамп как картотеку данных, через которую мы добираемся до нужных сведений, хранящихся в огромном скоплении групп нейронов коры.

Когда мы учимся чему-то новому, то память формируется не одномоментно. На самом деле никто до конца не знает сколько она, эта память формируется. Есть данные, что гиппокамп (который переводит память из краткосрочной формы в долговременную) может во сне как бы упаковывать какое-то воспоминание и через пять, и через даже через семь лет с момента обучения.

Возникает вопрос? Не мешает ли новая информация старой? И почему мы всё-таки забываем кое-что из ранее хорошо изученного.

И здесь важно вспомнить об интерференции информации, когда в течение первых дней с момента обучения на полученный опыт накладывается новая информация (5). Более того, уже сформированная первая память влияет на формируемую в данный момент. И влияние это может быть самым разным. Оно может как улучшать (ускорять) процесс запоминания, так и притормаживать его. Вот это тот ФАКТ, о котором вообще мало кто любит говорить. Я бы даже сказал, что его чаще просто не принимают во внимание.

Да, новая информация влияет на уже имеющийся опыт, запечатлённый в мозге. Каждое новое обучение – это реорганизация старого опыта (уже имеющегося), т.к. происходит процесс встраивания нового опыта. Чем богаче и сложнее ваш опыт, тем сложнее его перестроить. Вот почему так сложно обучаться чему-то принципиально новому в старости.

Но это не значит, что это происходит ХУЖЕ, это значит, что встраивание опыта происходит ПО-ДРУГОМУ.

Но об особенностях организации получаемого опыта и его инвентаризации мы поговорим в следующих постах.

1. Александров Ю.И. Системогенез и смерть нейронов. Нейрохимия, 21 (1), 2004.

2. Edelman Gm. Neural Darwinism: The Theory of Neuronal Group Selection. Basic Books, New York, 1987.

3. Швырков В. Б. Введение в объективную психологию. Нейрональные основы психики. М.: Ин-т психологии РАН, 1995.

4. Calvin W. "Neural Darwinism: The Theory of Neuronal Group Selection", Science, 24 June 1988, accessed April 16, 2007

5. Александров Ю. И. Научение и память. Традиционный и системный подходы. Ж. ВНД им. И.П. Павлова, 55 (6), 2005.

6. Hubel, D.H., Wiesel, T.N. (1962). Receptive fields, binocular interaction and functional architecture in the cat’s visual cortex, J. Physiol. 160, 106–154

7. Dheeraj S Roy, Teruhiro Okuyama. Tagging activated neurons with light. Nature, 2017.

Комментарии: