Ученые, проводившие новое исследование того, как наш мозг обрабатывает информацию, рассказали о своих выводах и о том, как они могут помочь объяснить, почему люди способны на гораздо большее, чем другие виды.
Люди не имеют себе равных в области познания среди известных нам форм жизни. В конце концов, ни один другой вид не отправлял зонды на другие планеты, не производил спасительные вакцины и не создавал поэзию. Вопрос о том, как информация обрабатывается в человеческом мозге, чтобы сделать это возможным, вызывает бесконечное восхищение, но окончательных ответов на него нет.
Наше понимание работы мозга постоянно менялось на протяжении многих лет. И теперь современные теоретические модели описывают наш мозг как “распределенную систему обработки информации”. Это означает, что в нем есть отдельные компоненты, которые тесно связаны между собой посредством мозговой проводки. Чтобы взаимодействовать друг с другом, области обмениваются информацией через систему входных и выходных сигналов.
Однако это лишь малая часть более сложной картины. На основе данных, полученных от разных видов животных и представителей различных нейронаучных дисциплин, исследователи обнаружили, что в мозге существует несколько типов обработки информации. Эти способы отличаются у людей и других приматов, что может объяснить, почему когнитивные способности нашего вида настолько высоки.
Чтобы проследить, как мозг обрабатывает информацию, ученые позаимствовали понятия из так называемой математической основы теории информации – учения об измерении, хранении и передачи цифровой информации, которая имеет решающее значение для таких технологий, как Интернет и искусственный интеллект. Также было обнаружено, что различные области мозга на самом деле используют разные стратегии взаимодействия друг с другом.
Некоторые области мозга обмениваются информацией с другими очень стереотипно, используя входные и выходные сигналы. Что гарантирует передачу воспроизводимым и надежным образом. Это относится к областям, которые специализируются на сенсорных и моторных функциях (таких как обработка звуковой, зрительной и двигательной информации).
Возьмем, к примеру, глаза, которые посылают сигналы в заднюю часть мозга для обработки. Большая часть отправляемой информации дублируется и передается каждым глазом. Другими словами, половина этой информации не нужна. Поэтому такой тип обработки входной-выходной информации называется “избыточным”.
Но избыточность обеспечивает прочность и надежность – именно она позволяет нам видеть одним глазом. Эта способность необходима для выживания. И она настолько важна, что связи между этими областями мозга анатомически жестко закреплены в мозге, как телефонная линия.
Однако не вся информация, поступающая от глаз, является избыточной. Так, изображение от обоих глаз в конечном итоге позволяет мозгу обрабатывать глубину и расстояние между объектами. Кстати, на этом основаны многие виды 3D-очков в кинотеатре.
Теперь пример принципиально иного способа обработки информации, который превосходит сумму ее частей. Этот тип обработки информации – когда интегрируются сложные сигналы из разных сетей мозга – называется “синергетическим”.
Синергетическая обработка наиболее распространена в областях мозга, которые поддерживают широкий спектр более сложных когнитивных функций, таких как внимание, обучение, рабочая память, социальное и числовое познание. Она не является жестко закрепленной в том смысле, что может меняться в зависимости от нашего опыта, соединяя различные сети разными способами. Это облегчает комбинирование информации.
Такие участки, где происходит много синергии – в основном в передней и средней части коры (внешнего слоя мозга) – интегрируют различные источники информации из всего мозга. Поэтому они более широко и эффективно связаны с остальной частью мозга, чем области, работающие с первичной сенсорной и двигательной информацией.
Высокосинергичные области, способствующие интеграции информации, обычно имеют много синапсов – микроскопических связей, которые позволяют нервным клеткам общаться.
Является ли синергия тем, что делает нас особенными?
Ученые хотели узнать, отличается ли эта способность накапливать и строить информацию через сложные сети в мозге у людей и других приматов, которые являются нашими близкими родственниками в эволюционном плане.
Чтобы выяснить это, они изучили данные визуализации мозга и генетические анализы разных видов. Было обнаружено, что в мозге человека доля синергетических взаимодействий в общем потоке информации больше, чем в мозге обезьян. А вот по избыточной информации мы с обезьянами находимся на одном уровне.
Также была изучена префронтальная кора, область в передней части мозга, которая поддерживает более развитые когнитивные функции. У обезьян в этой области преобладает обработка избыточной информации, в то время как у людей она является областью, где преобладает синергия.
Префронтальная кора в ходе эволюции также претерпела значительное расширение. Когда ученые изучили данные из мозга шимпанзе, они обнаружили, что чем больше область человеческого мозга увеличивалась в процессе эволюции в размерах по сравнению с аналогом у шимпанзе, тем больше эта область полагалась на синергию.
Они также изучили генетический анализ человеческих доноров. Это показало, что области мозга, связанные с обработкой синергетической информации, с большей вероятностью экспрессируют гены, которые являются уникально человеческими и связаны с развитием и функционированием мозга, например, с интеллектом.
Из этого можно сделать вывод, что дополнительные ткани человеческого мозга, приобретенные в результате эволюции, могут быть в первую очередь предназначены для синергии. И очень заманчиво предположить, что преимущества большей синергии могут отчасти объяснять дополнительные когнитивные способности нашего вида. Синергия может добавить важный фрагмент к головоломке эволюции человеческого мозга, который ранее отсутствовал.
В конечном итоге, исследование показывает, как человеческий мозг ориентируется в компромиссе между надежностью и интеграцией информации – нам нужно и то, и другое. Важно отметить, что разработанная схема обещает дать новые критические знания по широкому кругу вопросов нейронауки, начиная с вопросов общего познания и заканчивая расстройствами.
Читайте также: Интуиция – это сверхспособность, представляющая собой одну из высших форм интеллекта