В наших мозгах содержится базовый алгоритм, который позволяет нам не только узнавать котиков на любых изображениях в Интернете, но и запускает интеллект, которые делает нас теми, кем мы являемся: разумными существами, людьми.
«В основе наших сложных вычислений в мозге лежит относительно простая математическая логика», говорит доктор Джо Тсьен, нейробиолог из медицинского колледжа Джорджии при Augusta University. Он говорит о своей «теории соединения», фундаментальном принципе сборки и отношений миллиардов наших нейронов.
«Интеллект — это во многом работа с неопределенностью и бесконечными возможностями», говорит Тсьен. Он рождается, когда группа похожих нейронов формирует некое разнообразие групп, которые обрабатывают базовые вещи: распознают пищу, жилье, друзей и врагов. Эти группы затем сбиваются в функциональные мотивы подключения (ФМП), чтобы обрабатывать каждую возможность из этих основ, например, делают вывод, что рис является часть важной продуктовой группы, которая подошла бы в качестве гарнира на День Благодарения. Чем сложнее мысль, тем больше нейронов сбивается в группу (или «клику», как ее называет ученый).
Это означает, к примеру, что мы не только узнаем офисный стул, но и офис, в котором мы видели стул, и знаем, что на этом стуле мы сидели в этом офисе.
«Вы знаете, что это офис, будь он у вас дома или в Белом доме», говорит Тсьен, отмечая, что способность к концептуализации знаний — одна из многих вещей, которая отличает нас от компьютеров.
Тсьен впервые опубликовал свою теорию в октябре 2015 года в журнале Тенденци в области нейробиологии. Теперь он и его коллеги задокументировали работу этого алгоритма в семи различных областях мозга, связанных с этими основами вроде пищи и страха у мышей и хомяков. Их обоснование было опубликовано в журнале Frontiers in Systems Neuroscience.
«Чтобы этот принцип был универсальным, он должен работать во многих нейронных схемах, поэтому мы выбрали семь различных областей головного мозга и неожиданно увидели этот принцип действующим во всех этих областях», говорит он.
Человеческий мозг, кажется, не мог бы работать без сложнейшей организации — она крайне необходима 86 миллиардам нейронов, при том что у каждого нейрона может быть десятки тысяч синапсов, а между всеми этими нейронами — триллионы взаимодействий. И поверх всех этих бесчисленных соединений имеется реальность бесконечного числа вещей, которые каждый из нас, предположительно, может постигать и изучать.
Нейробиологи и компьютерные эксперты давно задаются вопросом, как мозг способен не только держать конкретную информацию, подобно компьютеру, но и — в отличие от даже самых современных технологий — классифицировать и обобщать информацию в абстрактные знания и понятия.
«Многие люди давно предполагали, что должен быть базовый принцип дизайна, из которого вытекает интеллект и развивается мозг, подобно двойной спирали ДНК и генетическому коду, которые присущи всем организмам», говорит Тсьен. «Мы пришли к тому, что мозг может работать, исходя из удивительно простой математической логики».
В основе теории соединения Тсьена лежит алгоритм n=2i-1, который определяет число групп (или «клик», как их называет ученый), необходимых для ФМП, и который позволяет ученым прогнозировать число групп, необходимых для распознания опций еды, например, в рамках проверки теории.
N — это число нейронных групп, соединенных всевозможными способами; 2 — означает, что нейроны в этой группе получают или не получают вводные данные; i — это информация, которую они получают; -1 — это математическая часть, позволяющая вам учесть все возможности.
Для проверки теории они поместили электроды в области мозга, чтобы «послушать» реакции нейронов или потенциал их действия и изучить уникальные формы волн, рождающиеся в результате эти действий. Они давали животным различные комбинации из четырех различных продуктов, вроде обычного печенья для грызунов, сахарных шариков, риса и молока, и, как и предсказывала теория соединения, ученые смогли идентифицировать все 15 различных групп нейронов, которые отвечают на потенциальное разнообразие комбинаций пищи.
Нейронные клики, похоже, появляются уже связанными в процессе развития мозга, потому что они показывались сразу же, когда происходил выбор продуктов. Это фундаментальное математическое правило оставалось почти неизменным, даже когда после взросления мозга был отключен рецепт NMDA, отвечающий за обучение и память.
Ученые также выяснили, что размер имеет значение, поскольку хотя мозг человека и животного имеет шестислойную кору — наружный слой мозга, который играет ключевую роль в высших функциях мозга вроде обучения и памяти, — дополнительная продольная длина человеческого мозга обеспечивает более широкие возможности для клик и ФМП, говорит Тсьен. И хотя общий обхват мозга слона определенно больше, чем человеческого мозга, большинство его нейронов находятся в мозжечке, который намного меньше коры мозга. Мозжечок более активно участвует в мышечной координации, чем можно объяснить ловкость огромного млекопитающего при его гигантских размерах.
