Сигналы принятия решений нашли в древнейших «досознательных» структурах мозга
Все современные чат-боты и системы беспилотного вождения работают по единому принципу: сенсоры собирают информацию, процессоры передают ее на верхние уровни, а финальный блок принимает решение. Эта архитектура была полностью скопирована с классических представлений о работе человеческого мозга. Однако новое исследование ученых из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне, опубликованное в престижном научном журнале PNAS, переворачивает эту догму.
Нейробиологи обнаружили сигналы принятия решений глубоко внутри области мозга, отвечающей за осязание, — еще до того, как информация успевала дойти до «мыслительных» центров.
Эксперимент с двумя волосками
Много лет считалось, что процесс принятия решений похож на эстафету: «первичные» зоны мозга регистрируют стимул, а «высшие» (фронтальная кора) — делают выбор.
Чтобы проверить эту гипотезу, профессор Юрий Власов и аспирант Алекс Армстронг свели сенсорный поток у подопытных мышей к минимуму. Ученые создали тактильную виртуальную реальность: мышь будто бы бежала по парящей сфере внутри лабиринта с моторизованными стенами. При этом животным состригли все усы (вибриссы), кроме одной пары. Мышь должна была ориентироваться в пространстве, считывая мир всего через два тонких волоска. Без какого-либо предварительного обучения и наград животные уже через три-четыре сессии ориентировались в виртуальном коридоре с точностью до 80%.
Пока мыши блуждали по лабиринту, исследователи с помощью плотных электродных решеток одновременно фиксировали активность сотен нейронов в «бочковидной» коре (участке первичной соматосенсорной коры wS1, куда поступают сигналы от усов). Предыдущие исследования не замечали здесь аномалий, так как сканировали лишь несколько клеток за раз. Высокая плотность датчиков помогла увидеть полную картину.
Коллапс нейронов
Выяснилось, что в начале движения мыши к стене активность сотен нейронов была хаотичной — они просто регистрировали осязание. Однако за долю секунды до поворота хаос исчезал: клетки синхронизировались, и при достижении определенного порога мышь совершала маневр. Мозг принимал решение непосредственно в сенсорной зоне.
Ученые объясняют этот феномен постоянной обратной связью (feedback loops). «Мыслящая» часть мозга не ждет своей очереди, а общается с «осязающей» частью в режиме реального времени, посылая сигналы обратно вниз в процессе прощупывания стены. Сенсорная и когнитивная зоны выполняют одну и ту же работу одновременно.
Урок для искусственного интеллекта
Автор исследования, профессор инженерии Юрий Власов, уверен, что это открытие поможет радикально изменить архитектуру искусственного интеллекта. Подавляющее большинство крупных нейросетей сегодня работают по принципу прямой связи (feed-forward) — информация течет строго в одну сторону. Из-за этого модели потребляют мегаватты энергии. Человеческий мозг благодаря обратным петлям связи выполняет куда более гибкую работу, расходуя всего около 20 ватт.
Понимание того, что решения зарождаются уже в чувствующих зонах, поможет инженерам создать энергоэффективные нейросети, способные рассуждать без затрат электричества целого города.
Кроме того, открытие меняет подходы к лечению неврологических расстройств, таких как хроническая боль и последствия инсультов, доказывая, что нарушения осязания могут быть напрямую вплетены в цепи принятия решений.
