Мозг: биография. Извилистый путь к пониманию того, как работает наш разум, где хранится память и формируются мысли

За последние два десятилетия многие нейробиологи, особенно те, кто работает в когнитивной и теоретической нейробиологии, все больше убеждаются в том, что мозг работает в соответствии с байесовской логикой [71]. Томас Байес был британским священником и математиком XVIII века, который рассматривал вероятность с точки зрения ожиданий, основанных на существующих знаниях или гипотезах[278]. В 1980 году британский психолог Ричард Грегори[279] стал одним из первых сторонников данного подхода, используя примеры визуальных иллюзий для подкрепления своих аргументов [72]. Эта точка зрения, которая связана с идеями Гельмгольца о мозге, разрабатывающего гипотезы (бессознательные умозаключения) об окружающей среде, имеет непосредственное отношение к психологическим процессам. Например, при взвешивании альтернатив мы часто обращаем внимание на сильные аргументы и игнорируем слабые, что по сути является байесовским процессом [73].

При взвешивании альтернатив мы часто обращаем внимание на сильные аргументы и игнорируем слабые.

В начале XXI столетия английский нейробиолог Карл Фристон, используя сложную математическую модель для развития идей Гельмгольца и применяя байесовский подход, разработал принцип свободной энергии. Основываясь на аспекте теории информации Шеннона[280], связанном с ошибкой предсказания в сигнале, Фристон смело утверждает, что данный принцип трансформирует наше понимание того, как работает мозг: «Если смотреть на мозг как на реализацию этой схемы… почти каждый аспект его анатомии и физиологии начинает иметь смысл» [74]. В частности, он подчеркивает, что иерархическая структура мозга с ее относительным значением прямых, обратных и боковых связей позволяет органу выполнять итерационные вычисления, связанные с байесовскими вероятностями [75]. Каждый мозг, утверждает Фристон, стремится свести к минимуму ошибки: «Биологические агенты должны участвовать в той или иной форме байесовского восприятия, чтобы избежать неожиданных обменов с миром» [76].

Смысл концепции Фристона состоит в том, что вычисления, лежащие в основе как восприятия, так и предсказаний, имплицитно присутствующих в циклах обратной связи, которые участвуют в управлении потоком, исходят из простых физических принципов, характерных для всех живых систем [77]. Эта идея восходит к предположению Крейка, выдвинутому в 1943 году, о том, что мозг – это «вычислительная машина, способная моделировать или сопоставлять внешние события», которое оказалось чрезвычайно влиятельным и плодотворным [78].

Эдинбургский философ Энди Кларк описывает мозг как «машину для предсказания» и использует идеи Фристона и других, чтобы разработать теорию для понимания как мозга, так и искусственного интеллекта. А психолог из Сассекского университета Анил Сет сформулировал свое понимание человеческого самосознания в терминах процессов, возникающих из байесовского функционирования того, что он, вслед за Декартом, называет «животными машинами» [79].

Существуют экспериментальные доказательства, что наше восприятие может быть подвержено изменениям периферической обработки сверху вниз, что возвращает нас к модели Фристона и байесовским подходам в целом. Существуют нейронные тракты, которые направлены вниз, от высших областей мозга, обратно – в область ранней обработки V1[281]. Когда эти нервы становились неактивными и невосприимчивыми к импульсу транскраниальной магнитной стимуляции[282], люди не могли воспринимать иллюзорные огни (фосфены), которые обычно вызывают с помощью магнитной стимуляции другой области зрительной коры, V5 [80]. Поэтому изменения активности нейронов V1 могут повлиять на восприятие, порождаемое другой областью мозга (не имеет значения, что восприятие было иллюзией).

Мозг может функционировать «сверху вниз», а не «снизу вверх» – он не просто собирает простые характеристики внешнего мира (линии, очертания и т. д.), но и позволяет возникать восприятию.

Мозг не просто собирает характеристики внешнего мира, но и позволяет возникать восприятию.

Однако, несмотря на привлекательность подхода Фристона для людей, мыслящих математическими категориями, – я с радостью признаю, что это за пределами моего понимания, – фундаментальная проблема остается неизменной. В 2004 году Дэвид Найл и Александр Пуже описали деятельность так называемого байесовского мозга следующим образом: «Мозг представляет сенсорную информацию вероятностно, в форме вероятностных распределений». Они трезво отметили, что нейрофизиологических данных в поддержку этой гипотезы «почти не существует». Хотя предшествующие убеждения могут изменять активность отдельных нейронов (фактически это и есть обучение), мы не полностью понимаем вычислительную логику, лежащую в основе того, как популяции нейронов выполняют байесовскую интеграцию [81].