Как мозг учится, запоминает и реагирует на мир вокруг нас?
Учёные провели крайне любопытное исследование, которое может повлиять не только на развитие нейроинтерфейсов, экзоскелетов и нейронных сетей, но и на подходы к обучению и развитию навыков.
🔥 Еще больше интересного в моем канале продуктовые штучки
Что делали?
Ученые выясняли, как разные части мозга связаны между собой и как они вместе помогают мозгу предугадывать, что произойдёт дальше (спойлер: не хуже компьютера и сложных математических предсказательных моделей), и корректировать свои действия на этой основе.
Исследование основано на гипотезе, что мозг постоянно строит предположения (предсказания) о том, что мы сейчас увидим, услышим или почувствуем, и сравнивает их с реальными ощущениями. Если ожидания не совпадают с реальностью, мозг замечает ошибку и может скорректировать свои предположения.
Мозг - это не просто набор отдельных отделов, а сложная система, где разные части "разговаривают" друг с другом, чтобы предугадывать будущее и быстро замечать ошибки. У этих отделов мозга есть общие "правила организации", и это открытие помогает по-новому взглянуть на работу мозга в целом
Большинство авторов исследования связаны с Northeastern University, Massachusetts General Hospital и/или Harvard Medical School.
Что нового открыли?
Главный результат - обнаружение общих "правил организации" в разных частях мозга, которые помогают мозгу предугадывать события и быстро реагировать на изменения. Они обнаружили, что во всех трёх структурах мозга (коре, мозжечке и гиппокампе) есть похожие "градиенты" - направления, вдоль которых меняется способ работы и связи между разными участками.
Эти градиенты можно упростить до двух главных видов:
1) Градиент "модель-ошибка": показывает, как информация о предсказаниях и ошибках в предсказаниях распространяется по мозгу.
2) Градиент "модель-точность": связан с тем, как мозг определяет, насколько важно обращать внимание на ту или иную ошибку (то есть, насколько "точны" или "важны" сигналы).
Учёные показали, что эти градиенты похожи во всех трёх структурах мозга, и что они тесно связаны между собой. Это говорит о том, что кора, мозжечок и гиппокамп работают согласованно по общим принципам, помогая мозгу делать предсказания и корректировать их.
Почему это важно?
Это исследование объединяет знания о разных частях мозга в единую картину, показывая, что они работают по похожим принципам. Такой подход помогает лучше понять, как мозг учится, запоминает, двигается и реагирует на окружающий мир.
Мозг – это не набор отдельных функций, а как слаженно работающая система предсказания и коррекции ошибок. Эти результаты могут быть полезны для понимания различных психических и неврологических расстройств, где нарушается способность мозга делать правильные предсказания или корректировать их
Новые технологии, которые могут быть разработаны на основе результатов исследования
Исследование выявило общие организационные принципы работы коры, мозжечка и гиппокампа, связанные с предсказанием и обработкой ошибок. Это открывает перспективы для создания целого ряда новых технологий
1. Нейроинтерфейсы нового поколения
Технологии, позволяющие напрямую подключать мозг к компьютерам или интернету ("нейронет"), станут более точными и эффективными, так как смогут учитывать, как разные части мозга совместно формируют предсказания и обрабатывают ошибки. Это даст возможность управлять устройствами силой мысли, повысит качество реабилитации после травм и расширит возможности людей с ограниченными возможностями
2. Улучшенные системы искусственного интеллекта
Архитектуры ИИ смогут имитировать принципы работы человеческого мозга, используя механизмы предсказания и коррекции ошибок не только в одной "виртуальной коре", но и в специализированных модулях, аналогичных мозжечку и гиппокампу. Это приведёт к созданию более гибких, обучаемых и "понимающих" ИИ-систем.
3. Персонализированная медицина и диагностика
Разработка сканеров и цифровых двойников, которые будут учитывать индивидуальные особенности работы мозга, его способность к предсказаниям и обработке ошибок, что позволит выявлять отклонения на ранних стадиях. Новые методы мониторинга и коррекции психоневрологических расстройств, связанных с нарушением предсказательной функции мозга.
4. Бионические и аугментированные устройства
Экзоскелеты и бионические протезы, которые смогут "учиться" вместе с мозгом пользователя, подстраиваясь под его предсказания и корректируя свою работу в реальном времени. Бионические импланты для восстановления или расширения когнитивных функций.
5. Новые подходы к обучению и развитию навыков
Образовательные платформы, которые будут адаптироваться к индивидуальному стилю мышления и ошибкам обучающегося, используя принципы предсказания и обратной связи, аналогичные работе мозга.
Значение результатов исследования для науки
Эти результаты создают основу для революции в понимании мозга, но требуют перестройки научной инфраструктуры - от системы оценки исследований до этических регуляций.
Успех будет зависеть от баланса между фундаментальной наукой, прикладными разработками и социальной ответственностью
1. Унификация подходов в нейронауках
Обнаружение общих принципов организации в разных отделах мозга (коре, мозжечке, гиппокампе) может стать основой для создания единых моделей работы мозга. Это позволит преодолеть фрагментарность исследований и объединить данные из разных областей нейробиологии
2. Развитие новых медицинских технологий
Понимание механизмов предсказаний и обработки ошибок открывает пути для создания методов ранней диагностики психических расстройств (шизофрения, аутизм), связанных с нарушением предсказательной функции мозга
3. Этические вызовы
Необходимость разработки новых стандартов для:
- Использования данных о работе мозга в ИИ-системах
- Защиты нейроприватности при разработке интерфейсов "мозг-компьютер"
4. Влияние на научную методологию
1) Усиление междисциплинарного подхода: объединение нейробиологии, математического моделирования и ИИ
2) Пересмотр учебных программ в нейробиологии с акцентом на системное понимание работы мозга, а не изучение отдельных структур
Статья по результатам исследования.