Как мы учимся. Почему мозг учится лучше, чем любая машина… пока

Новая идея состоит в том, что во время сна наш мозг работает не «снизу вверх», а «сверху вниз». Ночью мы используем генеративные модели для синтеза новых, непредвиденных образов. Этот дополнительный массив данных, которые были созданы из ничего и на котором тренируется часть нашего мозга, позволяет скорректировать восходящие связи. Поскольку известны как параметры генеративной модели, так и ее сенсорные следствия, обнаружить связь между ними становится легче. Итог: наша эффективность в извлечении абстрактной информации, лежащей в основе конкретного сенсорного сигнала, возрастает. После крепкого ночного сна достаточно малейшей подсказки, чтобы определить лучшую ментальную модель реальности, какой бы абстрактной она ни была.

Согласно этим представлениям, сновидения есть не что иное, как расширенный тренировочный набор образов: чтобы приумножить свой неизбежно ограниченный дневной опыт, мозг прибегает к внутренним реконструкциям реальности. По всей видимости, сон позволяет решить проблему, с которой сталкиваются все алгоритмы машинного обучения: недостаток данных для тренировки. Чтобы учиться, современные искусственные нейросети нуждаются в огромных массивах данных, но жизнь слишком коротка, а потому наш мозг вынужден довольствоваться той информацией, которую он успевает собрать в течение дня. Возможно, сон – идеальный выход из положения: пока мы спим, мозг в ускоренном режиме моделирует множество событий, пережить которые в реальности не хватит и целой жизни.

Во время этих мысленных экспериментов мы иногда совершаем открытия. В этом нет ничего волшебного: работая, наша внутренняя моделирующая машина время от времени наталкивается на неожиданные результаты – как шахматист, который, освоив правила, может потратить годы на изучение их следствий. На самом деле, некоторыми величайшими научными открытиями человечество обязано именно мысленным образам: Эйнштейну, например, приснился фотон, а Ньютон представлял Луну, падающую на Землю, подобно яблоку. Даже самый знаменитый эксперимент Галилея, в котором он сбрасывал предметы с Пизанской башни и доказывал, что скорость свободного падения не зависит от массы, вероятно, никогда не происходил в реальности. Достаточно было провести мысленный эксперимент: Галилей вообразил, что бросает две сферы, одну легкую и одну тяжелую, с вершины башни; затем он предположил, что тяжелая будет падать быстрее, и с помощью ментальных моделей показал, что это ведет к противоречию. Допустим, говорил он, что я соединю эти две сферы проволокой ничтожной массы. Получившаяся в результате система образует более тяжелый объект и, следовательно, должна падать еще быстрее. Но это абсурд, ибо более легкая сфера, которая падает не так быстро, должна замедлить более тяжелую. Эти бесконечные противоречия ведут к одному-единственному выводу: все предметы падают с одинаковой скоростью независимо от их массы.

Именно такого рода рассуждения обеспечивает наш ментальный симулятор, днем и ночью. Сам факт того, что мы можем вызывать в воображении столь сложные ментальные картины, свидетельствует о наличии в нашем мозге великого множества алгоритмов. Конечно, мы учимся днем, но ночная реактивация нейронов приумножает наш потенциал. Возможно, в этом и кроется один из секретов нашего вида: предварительные данные показывают, что человеческий сон глубже и эффективнее, чем у всех остальных приматов³³⁴.

Сон, детство и школа

А как же дети? Всем известно, что младенцы проводят большую часть времени во сне и что с возрастом сон укорачивается. Это логично: раннее детство – особый период, в течение которого наши алгоритмы научения испытывают большую нагрузку. И действительно, экспериментальные данные показывают, что сон ребенка в два-три раза эффективнее, чем взрослого. После интенсивного обучения десятилетние дети погружаются в глубокий сон гораздо быстрее, чем взрослые, а их медленные волны более выражены. Результат: ребенок, которому накануне показали некую последовательность, на следующее утро проснется свежим и отдохнувшим и обнаружит в ней больше закономерностей, чем взрослый³³⁵.

Ночная консолидация работает уже в первые месяцы жизни. Младенцы в возрасте до одного года полагаются на нее, когда, например, учат новые слова. Так, после непродолжительного сна (час-полтора) малыши гораздо лучше помнят слова, которые выучили за несколько часов до засыпания³³⁶. Но главное – сон повышает способность к обобщению. Когда младенцы впервые слышат слово «лошадь», они ассоциируют его только с одним или двумя конкретными животными, а после сна – с другими особями, которых они никогда раньше не видели. Подобно Кекуле в колыбели, эти начинающие ученые делают открытия во сне и просыпаются с гораздо лучшей теорией слова «лошадь».