Машина мышления. Заставь себя думать - Андрей Владимирович Курпатов

class="p1">Сейчас этой областью исследований занимается целое научное направление, которое получило название «сетевая нейробиология» (ещё её называют «вычислительной», «теоретической», «математической» неврологией).

Здесь активно используются математика и моделирование, с помощью которых исследователи описывают принципы, которые определяют развитие мозга, его физиологию и познавательные процессы.

Подобное математическое моделирование используется как в отношении отдельных нейронов, так и для понимания механизмов памяти, нейропластичности, визуального внимания, речевой функции, обучения, сознания, базовых нейронных сетей и т. д.

В результате одни учёные представляют на суд других учёных головокружительные расчётные структуры связности мозга, а также множество загадочных графиков и умопомрачительных формул.

Честно признаюсь: это математическое чудо точно выше моих интеллектуальных способностей.

«ВЕЛИКОЛЕПНАЯ ВОСЬМЁРКА»

Наиболее интересные исследования в направлении сетевой нейронауки, на мой взгляд, осуществляются творческими коллективами под руководством Мартейна ван ден Хевеля (Утрехтский университет в Нидерландах) и Олафа Спорнса (Университет Индианы в США). Эти научные коллективы опубликовали совместную работу, в которой показали стройность системы внутримозговых связей.

По моделям, которые были ими созданы (рис. 28), очень хорошо видно, как распределены и в то же время взаимосвязаны локальные сети мозга (в отдельных областях), узлы основных (общемозговых) сетей, а также узлы «богатых клубов» (rich-club), которые были ими обнаружены и опубликованы в знаменитой статье 2012 года.

Рис. 28. Слева показана взаимосвязь основных нейронных хабов со множеством локальных сетей мозга, на центральном изображении выделены центры общемозговых сетей, на крайнем правом изображении — связи «большой восьмёрки»32.

В 2011 году, используя диффузионную магнитно-резонансную томографию, Мартейну ван ден Хёвелю и Олафу Спорнсу удалось выявить систему хабов, где сходятся, по сути, нейронные пути головного мозга.

В каждом здоровом человеческом мозге, как оказалось, обнаруживается 12 относительно небольших, но крайне активных групп нейронов, связанных с огромным количеством нервных клеток в совершенно разных областях мозга.

При этом восемь из них, самые значительные, расположенные как на поверхности полушарий, так и в глубинных слоях гиппокампа, и получили название «большой восьмёрки».

Рис. 29. На рисунке слева представлены основные связи, образующие соответствующие сетевые хабы, на центральном рисунке указаны связи между ключевыми хабами, а на рисунке справа выделены связи между центрами «большой восьмёрки»33.

Судя по всему, центры этой великолепной восьмерки задействованы буквально во всех случаях, когда мозг решает достаточно сложные задачи.

Как говорит сам ван ден Хевель, «в эту группу входят только самые влиятельные области мозга, которые постоянно держат друг друга в курсе текущих событий и, скорее всего, обмениваются информацией, касающейся работы всего мозга в целом».

Когда мы говорим, что мозг строится и развивается аж до 25–30 лет, речь идёт именно о формировании этих фундаментальных мозговых структур, обеспечивающих единственно его функционирование.

В детском мозге связность организована в основном по своему анатомическому расположению, и лишь постепенно, с возрастом, происходит специализация и функциональное размежевание групп нейронов в рамках соответствующих областей мозга.

Причём это размежевание как раз и вызвано тем, что отдельные группы нейронов в рамках одной анатомической области включаются в разные общемозговые нейронные сети и начинают больше зависеть от своих нейронных хабов, чем от своих собратьев по анатомическому месторасположению.

То есть в младенческом мозге клетки, допустим, зрительной зоны общаются преимущественно между собой, и слуховой коры — тоже между собой шепчутся, и мозжечок живёт своей жизнью, а нейроны лобной коры — своей.

Эта трансформация связности от анатомической к функциональной лучше всего видна, как нетрудно догадаться, на примере лобных долей, что всё та же сетевая неврология нам и демонстрирует (рис. 30).

Можно сказать, что нейроны к своему горизонтальному подчинению получают ещё и вертикальное, как это бывает в случае организационно-структурного, с одной стороны, и матричного (содержательного, по направлениям) подчинения — с другой в крупных компаниях.

Конечно, связи между нейронами будут возникать, меняться, перестраиваться и дальше, то есть и после 25 лет. Ведь любое наше новое знание, навык, воспоминание — это не какой-то «святой дух», мечущийся в пространстве пустой черепной коробки, а конкретные нейронные связи, те самые функциональные нейронные комплексы, о которых мы с вами уже говорили.

Рис. 30. Математическая модель постепенного, происходящего с возрастом процесса специализации отделов лобной доли головного мозга (сверху) и параллельного процесса интеграции различных частей мозга в структуру базовых нейронных сетей (снизу)34.

Внешние факторы стимулируют возникновение новых связей: нейроны, пытаясь подстроиться под условия внешней среды, прорастают друг к другу отростками — подобно множеству единичных источников и ручьёв, которые сходятся во всё более объёмные структуры рек и озёр, продолжая вместе с тем свой путь с возвышенности к морю.

С другой стороны, где-то к возрасту 30 лет мы накапливаем такое количество разнообразных натренированных «роботов» (нейронных образований) всех видов и мастей, что их оказывается достаточно для создания, по сути, любой необходимой нам программы.

Даже при существенно «новом», как кажется, опыте мы уже не нуждаемся в формировании каких-то принципиально новых блоков в нашем мозге — любого нового сложного «робота» можно собрать из существующих «роботов» попроще.

По сути, вся первая треть нашей жизни — это процесс наработки мозгом огромного количества разнообразных деталек огромного нейронного конструктора LEGO.

В более зрелые годы этот джентльменский набор позволяет нам соорудить любой востребованный жизнью функциональный нейронный комплекс.

Таким образом, во второй половине жизни с точки зрения «развития мозга» мы, в сущности, катимся под горку: даже те нейронные связи, что были нами когда-то созданы и сохранены, всё меньше нами используются, упрощаются, а постепенно и вовсе приходят в негодность — привет Альцгеймеру и прочим дегенеративным товарищам.

Что ж, подведём промежуточный итог: у нас есть самые разнообразные детали конструктора Neuro-LEGO, из которых можно под задачу собрать, по сути, любой нужный нам объект (в методологии мышления я говорю — собрать интеллектуальный объект посложнее из интеллектуального объекта попроще).

Однако если смотреть на кучу этих нейродеталей, которые собираются и пересобираются в зависимости от актуальной ситуации в разные штуки, всё-таки, согласитесь, не возникает ощущения, что перед нами «мыслящая машина»…

Понятно, что постоянное взаимодействие нашего мозга с внешней средой — очень важный фактор его структурирования: это постоянная обратная связь, которая тренирует его функции и способствует развитию тех навыков, которые необходимы нам для жизни в этой среде.

И уже сам по себе принцип «обратной связи» объясняет то, каким образом нашему мозгу удаётся из множества его Neuro-LEGO-деталек собрать полезный, последовательный и логичный функционал — начиная с картин окружающего нас мира и заканчивая нашей удивительной способностью видеть невидимое — математические отношения, например.

Однако что-то в этой и в самом