Hogyan működik az agyunk, és mi történik benne? Mi alapján hoz egy döntést az ember és hogyan kondicionálják őket? Vjačeslav Demin, a fizikai és matematikai tudományok jelöltje, a Nemzeti Kutatóközpont "Kurchatov Intézet" NBIKS-technológiáinak Kurchatov-komplexumának tudományos titkára beszélt erről a Sirius oktatási központban tartott előadásán. A "Lenta.ru" részletekkel publikálja beszédét.
Áttörjük a rést
Az agy körülbelül száz milliárd neuront tartalmaz, azaz olyan idegsejteket, amelyek folyamatok (dendritek és axonok) révén elektromos és kémiai jelek segítségével információt vesznek és továbbítanak egymáshoz. Az érintés révén az idegsejtek neurális hálókat hoznak létre. Az érintkezés helyét szinapszisnak hívják. Körülbelül négy milliárd szinapszis van az agyban (egy kvadrillió egy szám, amelyet 15 nulla követ, azaz egy milliárd milliárd). Ez azt jelenti, hogy minden neuronnak körülbelül 10 ezer kapcsolata van - ez egy nagyon szemléltető példája annak, hogy csak egy idegsejt kapcsolatai változatosak és sokrétűek lehetnek. Az anyagot, amely segít az információ továbbításában, neurotranszmitternek nevezzük. A tudomány több száz ilyen anyagot ismer.
Vjacseszlav Demin
A tudományos közösség az agy különböző szemszögéből történő tanulmányozásának kérdését közelíti meg. Vannak olyan neurofiziológusok, akik a neurális szint specifikus folyamatait veszik figyelembe, ezeket hagyományosan „materialistáknak” nevezhetik. Másrészt vannak neuropszichológusok, feltételesen "idealistáknak" nevezhetők, figyelmük középpontjában az ötletek világa, az emlékezetért és gondolkodásért, a tudatosságért és a tudatalattiért, az érzelmekért és a tudatalattiért, az érzelmekért és a tudatosságért, az érzelmekért és a tudatosságért felelős emberi magasabb kognitív funkciók, az önmagukkal és másokkal szembeni hozzáállása áll. … Az első megközelítés és a második megközelítés között alapvető magyarázó rés van. A kognitológia tanulmányozza, amely egy tudományos irányzat, amelyet a közelmúltban fejlesztettek ki a neurofiziológia és a neuropszichológia kereszteződésénél. Nyilvánvalóan a kognitológia vezethet áttörést a mesterséges intelligencia létrehozásában.
Promóciós videó:
Az optimális megoldás megtalálása
Mi a gondolkodás? Ez folyamatosan keresi az optimális megoldást az előttünk álló kihívásokra. Általános szabály, hogy a legkisebb döntés meghozatalakor az embernek több lehetősége van: minden egyes lépés előtt villával találja magát, és az eredmény nem határozható meg előre. A személynek meg kell tennie a legjobb mozgást. Vagyis minden második másodpercben "lehetőségek fáját" épít a fejünkbe, és néha ez a fa elképesztően elágazó.
Hogyan válasszuk ki a megfelelőt, különösen, ha a keresési algoritmus ismeretlen? Az értelem úgynevezett heurisztikát alkalmaz. A sakk példája szolgál ennek bemutatására. A táblán ilyen darabok elrendezése akkor lehetséges, ha Fehérnek csak a királya és a gyalogok vannak, de a gyalogokat úgy helyezik el, hogy azok ne engedjék át a feketét. Az a személy azonnal megérti, hogy ilyen körülmények között White számára a játék legkedvezőbb és legvalószínűbb eredménye a döntetlen.
A Deep Thought számítógépes program, amely később meghaladta Garry Kasparov világbajnokot, kizárólag matematikai szempontból vette figyelembe a helyzeteket. Látta, hogy a fehér gyalog átveheti a fekete bástyát, és ez az ellenfél észrevehető gyengüléséhez és a pont pozíciójának javulásához vezet. A számítógép nem vette észre, hogy ezzel a mozdulattal lyukat nyit a védelemben. Ennek eredményeként már nem számíthatott döntetlenre, kap egy ellenfelet és elvesztette a játékot.
Fotó: Carina Johansen / NTB Scanpix / Reuters
Ezt követően a programozók bevezettek egy algoritmust az ilyen helyzetekben végrehajtott műveletekhez a számítógépen, és a gép már nem tett ilyen hibákat. A természetes intelligencia, a mesterséges intelligenciával szemben, képes önállóan következtetéseket levonni, elemzni a hibákat, és nem ismételje meg azokat.
Tudás reprezentáció
A gondolkodás második aspektusa a tudás ábrázolása. Mindannyian az érzékelés prizmáján keresztül nézzük a világot, és fejünkben egy folyamat vagy tárgy modelljét képezzük. Ezek a nézetek egyének. És amikor gondolkodunk, modellekkel működünk, nem pedig valós objektív adatokkal.
Van egy híres vicc egy pohár felét töltött vízzel. Az optimista úgy gondolja, hogy félig tele van, a pesszimista félig üres. De vannak más ötletek is. Például egy programozó azt állítja, hogy a kapacitás kétszer annyi, mint amennyire szükség van. A kezdeti objektív adatok ugyanazok, de a modellek, amelyek alapján az emberek működnek, eltérőek. Ennek eredményeként, ha egy adott feladatot a rendelési könyvhöz társítanak, akkor a megoldások különbözhetnek egymástól. Fontos, hogy megtaláljunk egy megfelelő ábrázolást, amelyben van egy algoritmus, amely megoldja a problémát. Egy másik, sikertelen előadás esetén a probléma rendkívül nehéznek vagy teljesen oldhatatlannak bizonyulhat.
Ezért a gondolkodást a tanulással kell kombinálni, vagyis az információgyűjtést az azt követő általánosításokkal. Végtelen módon figyelheti a nagymestert, leírhatja és megjegyezheti mozdulatait, majd visszajátszhatja őket. De ez nem tanítja meg, hogyan kell sakkozni. Éppen ellenkezőleg, a játék rendjének vagy taktikájának megértésére tett kísérletek, amelyek ötleteket adnak a sakkproblémák nagymester általi általános bemutatásáról, idővel és gyakorlattal végül pozitív eredményeket hoznak. Ez a tanulás.
A gondolkodás típusai
Hogyan fejlődik az ember gondolkodása? Gyerekkorban - egy vizuális és hatékony bemutatással: "Láttam - cselekedtem". A vizuális-figuratív gondolkodás fokozatosan kialakul: „Láttam - emlékeztem vagy bemutattam a kapcsolódó tárgyakat vagy cselekvési lehetőségeket - végeztem egy akciót”. Az egyes objektumokat kategóriák helyettesítik, ábrázolások, modellek között vannak külön kapcsolatok. A következő szakasz teljesen absztrakt verbális-logikai gondolkodás, amikor nincs szükség semmilyen művelet végrehajtására magának a gondolkodási folyamatnak, minden a képzeletben megy végbe.
A 20. század közepén Wolfgang Keller német pszichológus kísérletet végzett. A majom ketrec mellé egy banánt helyezett, és botot adott az állatoknak. Szinte azonnal kitalálták, hogyan lehet elérni a banánt botokkal, és a ketrecbe tolni. Ez a vizuális-aktív gondolkodás következtében történt: a majmok vettek egy botot és kísérleteztek, gyorsan megoldást találtak.
Aztán a feladat bonyolult volt: a banánt tovább helyezték, és a majmoknak két botot kaptak, amelyekből egy hosszút össze tudtak mondani. Ez a puzzle túlnyomó többség számára elképesztő volt. A majmok dühösek voltak, de nem tudták kitalálni, mit tegyenek, ugráltak a ketrec körül, és rúddal dörzsölték a rudakat.
A legokosabb leült, gondolkodott és egy idő után megértette, mit kell tenni. A vizuális-figuratív gondolkodásra való áttérés pillanatát "gesztaltváltásnak" nevezzük: a majom leállította az aktív, de kaotikus és hatástalan cselekedeteket, és elkezdett gondolkodni. Más szavakkal: egy gondolat egy „korlátozott cselekvés”, vagyis a képzeletbe átvitt cselekvés.
Fotó: Depositphotos
Így merül fel az univerzális gondolkodásmód: ha a választott algoritmus nem felel meg, az agy új ötletre és új lehetséges kapcsolatokra törekszik, addig halad a „lehetőségek fája” mentén, amíg nem talál megfelelő lehetőséget. A talált megoldás ezután befolyásolja a külső környezetet (az Ön banánját), és (valószínűleg az új talált reprezentációval együtt) a tudásbázishoz vezet, gazdagítva a személyes élményt.
Az érzelmek fontos szerepet játszanak az egyetemes gondolkodásban. Modulálják a célt, módosítják azt. Képzeljen el egy robotot, aki elvégzi a feladatot. Hirtelen minden előrerobban. A gép nem érez félelmet, ezért sem a cél, sem a viselkedés sora nem változik. Robbanás - a robot megsemmisül. És a helyén lévő ember megpróbálja megmenteni életét, hogy az eredeti feladatot elvégezze.
Ahol az információkat dolgozzák fel
Az agy első feladata a mintafelismerés. Mi történik, ha például egy személy arcát látja? Az információ a pupillába kerül, és a retinára vetül. A jelet továbbítják az elsődleges vizuális kéregbe. A fej hátsó részéhez közelebb helyezkedik el, és csak a legegyszerűbb geometriai tárgyak felismeréséért felelős, például például a különböző dőlésszögű vonalak. Az információkat kiszűrjük és továbbítják a másodlagos vizuális kéregbe, ahol felismerik a bonyolultabb mintákat, például a félköröket.
Ezenkívül a feldolgozott információkat továbbítják az agykéreg ideiglenes régiójához (ez az úgynevezett ventrális útvonal a vizuális információk feldolgozásához), ahol olyan egyszerű elemek vannak felismerve, mint az orr, a szem és a fül. Hogyan történik ez? Vannak olyan neuronok, amelyek csak az orra reagálnak, vannak olyan neuronok, amelyek csak a szemre reagálnak, és így tovább. Ugyanakkor vannak olyan neuronok is, amelyek nem specializálódtak, és mind az orra, mind a szemükre reagálnak.
Ennek eredményeként ezeknek a sejteknek a teljes aktivitása átkerül az agy orbitofrontalis kéregébe a frontális lebenyekben. Ott összehozza a képet, és felismeri az arcot mint egészet. A folyamat előrehaladtával az információ tömörítésre kerül, és minden alkalommal kisebb számú neuron kódolja - úgy tűnik, hogy archiválásra kerül. Az agy elülső lebenyében különféle magas szintű képek raktára van kódolva, amellyel végül az ember működik.
Az agy tevékenységeiben nem független. A thalamus vezet - egy páros szerv, amely a középső agyban a gerincvelőből végződik. A talamusban a cortex minden szakaszához szálak vannak rögzítve. Rájuk húzva aktiválja egyes területeket, amelyek jelenleg felelősek az aktuális feladat optimális megoldásáért.
De még a karmester sem független. A talamust az úgynevezett bazális magok (ganglionok) szabályozzák. Ezekben a magokban a kulcsneuronok nagymértékben függenek a dopamintól, egy neurotranszmittertől, amely akut örömöt okoz az emberekben.
Mindannyian dopamin-függők vagyunk, bármennyire is is szomorú beismerni, hogy a bazális magok folyamatosan sok dopamint akarnak. Ez azonban egy adott döntés szubjektív értékére adott válaszként emelkedik ki, amelyért a kéreg bizonyos területe felelős.
Emberi agy
Kép: Diomedia
Ha a kéreg egy szakaszának aktiválása magas, vagyis ez a döntés állítólag optimális a számunkra a jelenlegi helyzetben, akkor további dopamin szabadul fel, és örömöt fogunk tapasztalni. Mi határozza meg az értéket? Először a tapasztalataink. Egy kis gyereknek minimális tapasztalata van, és szinte mindenben örül a világon, bármilyen kocka. A kíváncsiság felmutatásával az ember különféle lehetőségeket kipróbál, megerősíti azokat, amelyek szubjektív előnyökkel járnak, és ennek megfelelően a dopamin felszabadulását, és elkerüli azokat, amelyek éppen ellenkezőleg kellemetlen vagy fájdalmas érzéseket okoznak. Ahogy érettél és tapasztalatokat szerez, az értékcsökkenés emelkedik.
Másodszor, az értéket az érzelmek (és nem csak a pozitív érzelmek) határozzák meg: minél fényesebbek, annál nagyobb az érték. Ezért következik egy másik neurofiziológiai regulátor - az agy azon területei, amelyek felelősek az érzelmekért (mandula, hippokampusz, a kéreg elülső és időbeli lebenete és mások).
Kiderült, hogy az agy az előtte lévő feladathoz az optimális megoldás megtalálásának folyamatában önszabályozó rendszerként működik. Egyrészt a tapasztalatokból származó ismereteket használja (vagyis a kéreg megfelelő részeiből), másrészt ezeket a döntéseket az érzelmek megtapasztalásának rendszerén keresztül mérlegeli (ideértve a kéreg ugyanazon és más részeit, valamint az agy limbikus rendszerének szerveit). Mindezt a bazális magok gyűjtik, és a talamuszon keresztül az „előrehaladás” aktiválódik a kéreg azon területének aktiválásához, amely a basal és más agyi struktúrákban a dopamin idegsejtek számára a legnagyobb haszonnal jár.
Kisagy
A kisagy rendkívül fontos szerepet játszik. Úgy gondolják, hogy felelős a mozgások koordinálásáért, az egyensúly és az egyensúly érzéséért. De tudjuk, hogy a kisagyban, amely az agy térfogatának csak körülbelül 10% -át teszi ki, valamilyen oknál fogva kétszer annyi idegsejt van, mint az agy többi részében - 70 milliárd versus a 30. ellenében. Valóban olyan sok idegsejtre van szükség, csak a mozgások összehangolására?
A tudósok csak a közelmúltban kezdték megérteni, hogy a kisagy nemcsak a mozgásokért, hanem általában az összes automatizmusért is felelős, beleértve a "korlátozott tevékenységeket" - a tudásbázis mentális reakcióinak mintáit. Például egy képzett sportoló számára nem lesz nehéz egy képzett sportolónak egy hátsó ütközést végrehajtani egy 360 fokos csavarral. Habozás nélkül meg fogja csinálni, mert a kisagy a megfelelő időben kinyeri az információkat a tárolóból, az agy megkapja a szükséges parancsokat, és a test automatikusan elvégzi ezt az akrobatikus elemet. A sportoló gyakorlatilag nem gondolja, a tudatalatti dolgozik.
Úgy tűnik, hogy ez a helyzet más automatizmusok esetén, például a beszéd esetén. Az ember magasabb képeken gondolkodik, és a kisagy maga dönti el, hogyan lehet ezt a legjobban kommunikációs eszközön öltöztetni. Ugyanakkor természetesen hosszú és megbízhatóan kialakított beszédfeldolgozó központok vesznek részt az agykéregben, de szoros kapcsolatban állnak a kisagyval, amely folyamatosan készen áll a készenléti feladatokra, az automatizálási megoldásokkal és / vagy azokkal összhangban az elkerülhetetlenül felmerülő hibák kijavításával.