Раскрыт один из секретов энергоэффективности мозга
Стало общим местом восторгаться феноменальной энергоэффективностью мозга, особенно по сравнению с электронной вычислительной техникой или, тем более, системами искусственного интеллекта. Строго говоря, дифирамбы в адрес самого совершенного творения природы небезосновательны — мозг расходует порядка 25 Вт и превосходит при этом лучшие компьютеры с мегаваттным потреблением.
Один из секретов поразительной экономичности мозга раскрыли ученые из Сиднейского университета в серии экспериментов, с результатами которых можно ознакомиться в The Journal of Neuroscience. Заключается он в том, что мозг находит оптимальный баланс между затратами ресурсов и снижением точности обработки данных.
Нейробиологи давно ломают копья вокруг этой дилеммы. Очевидно, что в стремлении снизить потребление энергии мозгу приходится идти на какие-то жертвы, например, сокращать объем воспринимаемой информации — по сути, сужать и ослаблять внимание. У этого есть свои ограничения — утрата бдительности ухудшает безопасность жизнедеятельности.
Участники опытов в Сиднейском университете — студенты за зачет или добровольцы за скромное вознаграждение общим числом 40 человек — следили за появлением стимула на экране. Место его возникновения было отчасти ожидаемым — подчинялось определенной логике. Нужно было быстро локализовать направление, где появлялось пятно, а после каждой десятой попытки еще и вспомнить это. Помимо поведенческих реакций, снимались пупиллометрия (размер зрачка) и электроэнцефалография.
Оказалось, что на ожидаемые события испытуемые реагировали быстрее, но запоминали их с меньшей точностью — по расчетам, на 15–20%.
В случае дополнительной мотивации к отслеживанию объектов скорость реакции на ожидаемые стимулы возрастала еще больше, однако качество их запоминания по-прежнему оставалось низким. Индивидуальные различия в точности воспроизведения событий участниками коррелировали с тем, насколько четко они были представлены в их мозговой активности.
Таким образом, мозг удачно сочетает и экономию ресурсов, и максимальный охват вниманием, говорит старший преподаватель психологии Рубен Ридо, руководивший исследованием.
«Мозг применяет обе стратегии, но на разных этапах обработки информации и для достижения разных целей. Ожидаемое событие получает фору еще до появления стимула — за счет моторной подготовки; неожиданное же событие получает приоритет на сенсорном уровне уже после его наступления. Таким образом, дискуссия смещается с вопроса "Какая из теорий верна?" к вопросу "Как эти два механизма взаимодействуют друг с другом?"» — объясняет он.
Для наглядности Ридо проиллюстрировал открытие примером из тенниса: «Представьте игрока, который принимает подачу. Он изучил манеру соперника и знает: скорее всего, мяч полетит широко в сторону форхенда. Он начинает движение в эту точку еще до удара и успевает чисто подставить ракетку — ожидание выигрывает драгоценные миллисекунды. Но если потом попросить теннисиста покадрово вспомнить, в каком именно месте внутри квадрата подачи опустился мяч, его память окажется гораздо более размытой, чем в случае, если бы подача оказалась неожиданной. Такой сюрприз он запомнил бы с яркой пространственной детализацией. Мозг подготовил моторный ответ на вероятное место, но, приняв решение действовать, просто не стал тратить ресурсы на детальное кодирование точного положения мяча, который лишь подтвердил то, что мозг и так уже ясно».
Мозг ухудшает перцептивную точность в отношении ожидаемых событий — и тем самым снижает метаболические затраты, подытожили авторы.
