Большинство нейробиологов убеждены в том, что мозг человека обучается (то есть усваивает новую информацию) путем перестройки самого себя, а именно — изменяя прочность связей между клетками мозга, нейронами.
Это предположение находится в противоречии с результатами исследований, проведенных в лаборатории Лундского университета Швеции (Lund University in Sweden) и опубликованных еще в прошлом году. Согласно полученным данным, процесс обучения человеческого мозга аналогичен тому, как происходит обучение компьютера: мозг кодирует информацию в молекулы внутри нейронов, а затем считывает ее для использования в умственных операциях.
Как «учится» компьютер?
Компьютер не переписывает самого себя, а кодирует информацию в последовательности из «0» и «1», называемых битовыми строками, которые затем хранятся в имеющих адреса регистрах.
Регистры — это строки крошечных переключателей. Когда переключатель установлен в одну сторону, физически он представляет «1», при установке в другую — «0». Регистры в памяти компьютера пронумерованы, а каждый номер представляет собой адрес. Компьютер хранит битовую строку, выбрав адрес и установив переключатели в соответствии со строкой.
Большинство вычислительных операций представляют собой процесс объединения двух битовых строк для создания новой битовой строки. Эти процессы являются важнейшими для компьютера при обучении, поскольку исходная информация зачастую не представлена в том формате, который необходим компьютеру для тех или иных целей.
Сырые данные превращаются в удобоваримый контент — факты — посредством вычислительных операций. Для выполнения вычислительной операции компьютер выбирает две строки в своей памяти, используя их списки адресов, делает что-то с этими двумя строками для создания новой строки, которые потом сохраняются под новым адресом.
Чем дольше компьютер обучается, тем больше его регистры памяти содержат в себе информации, извлеченной из опыта — те самые факты, которые затем участвуют в вычислительных операциях. Именно так компьютер заполняет свою память.
Опыт как источник новых фактов
Многие нейробиологи согласны с тем, что мозг тоже в каком-то смысле вычисляет. Тем не менее, они думают, что это достигается путем изменения синапсов, связей между нейронами. Идея заключается в том, что информация, поступающая от органов чувств, которые изначально производят случайные действия, помогают мозгу изменить свою структуру, чтобы скорректировать, адаптировать поведение организма под условия внешней среды.
Эта идея восходит к таким философам-эмпирикам, как Джон Локк (John Locke), Дэвид Юм (David Hume) и Джордж Беркли (George Berkeley). Новые связи между нейронами приводят к образованию ассоциаций, которые философы-эмпирики считали соединением исходных ощущений и которые в итоге позволяют формировать сложные понятия.
С этой точки зрения, опыт не является источником новых фактов в мозге человека; они могут быть получены по мере возникновения необходимости. Опыт скорее формирует, меняет мозг так, что в будущем он реагирует более органично. Поэтому для описания этих процессов нейробиологи используют термин «пластичность». Мозг обучается, пока опыт формирует его, а не потому что опыт вносит в мозг новые факты.
Проблема заключается в том, что опыт все же является источником новых фактов. Это очевидно, потому как этим мы пользуемся каждый день. Например, большинство из нас сможет сформировать в своей голове ментальную карту окружающей обстановки и использовать ее, чтобы определить будущие действия: если мы знаем, что по дороге в школу, где учатся наши дети, можно встретить аптеку, то мы не поедем туда специально, а заскочим туда, когда поедем за своими детьми.
Даже насекомые способны формировать такие карты. Пчелы могут использовать опыт, чтобы проложить путь от улья до того места, где был найден источник меда. Как только пчела находит пищу, она возвращается в улей и с помощью «танца» передает другим пчелам информацию о местонахождении пищи — маршрут, как можно туда добраться.
С точки зрения вычислительных процессов, направления и расстояния — всего лишь числа. И числа, представленные в бинарной форме, просто битовые строки. Информатика базируется на положении, что нет такой информации, которая не могла бы быть представлена в формате чисел.
Клод Шеннон (Claude Shannon), американский математик и инженер, в своей знаменитой работе «Математическая теория связи» 1948 года, которая заложила основы современной информатики, использовал симфонический концерт как пример проблемы передачи информации, которая также может быть рассмотрена в числовом выражении. Шеннон приходит к выводу, что бессмысленно считать, что то, что хранит информацию, не может хранить числа.
Обучение мозга
Обучение мозга — это не комплексная перестройка нейронных цепей, а включение чего-то вроде битовых строк в хранилища молекулярных переключателей, расположенных внутри отдельных нейронов.
Мозг постоянно сохраняет в памяти продолжительность интервалов — кусочки простой числовой информации. Шведские исследователи работали с большим количеством клеток Пуркинье, находящихся в мозжечке головного мозга, и их результаты указывают на то, что информация сохраняется именно в клетках Пуркинье, а не посредством изменения синапсов.
Нейроны состоят из молекул. Молекулы являются отличными аналогами переключателей, и хранение информации в молекулах гораздо более энергоэффективно, чем в синапсах. Это принципиально иной подход к пониманию принципов обучения мозга и сущности памяти.
Высоких вам конверсий!
По материалам: nautil.usimage source abanesta
