Нейрофизиологи нашли в мозге «когнитивные Лего»
Нейрофизиологи из Принстонского университета выявили в префронтальной коре мозга приматов модульные «кирпичики» активности нейронов.
Нейрофизиологи из Принстонского университета выявили в префронтальной коре мозга приматов модульные «кирпичики» активности нейронов, которые используются при выполнении разных задач. Эти «когнитивные Лего» позволяют биологическому мозгу быстро осваивать новые виды деятельности и переключаться между ними, не забывая старые навыки, в отличие от большинства современных систем искусственного интеллекта. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
«Мы обнаружили, что мозг гибок потому, что может многократно использовать одни и те же компоненты мышления в разных задачах. Составляя из этих “когнитивных Лего” новые комбинации, он буквально “строит” новые задачи», — отметил старший автор работы, доцент Принстонского университета Тим Бушман.
Чтобы проследить, как мозг переиспользует такие строительные блоки, ученые обучили двух самцов макак-резусов выполнять три родственных задания на классификацию изображений. Животные должны были по неоднозначным «пятнам» на экране решать, на что они больше похожи — на фигуру (например, «кролика» или букву «Т») или на определенный цвет (красный или зеленый), и сообщать ответ направлением взгляда. Задачи отличались сочетаниями правил и направлений, в которые нужно было перевести взгляд, но при этом частично разделяли общие элементы — способ классификации цвета или формы.
Анализ активности нейронов показал, что в префронтальной коре формируются устойчивые паттерны — когнитивные блоки, соответствующие отдельным компонентам задачи, таким как «определи цвет» или «выполни движение глазами».
При переходе от одной задачи к другой мозг не выстраивает поведение с нуля, а сочетает уже готовые блоки в новые конфигурации. При этом те компоненты, которые в данный момент не нужны, активно «приглушаются», что позволяет сосредоточить ресурсы на актуальной цели.
«У мозга ограничена мощность когнитивного контроля. Чтобы сфокусироваться на текущей задаче, он временно “сжимает” одни способности и усиливает другие. Если важно определять форму, то кодирование цвета на время уходит на второй план», — пояснил первый автор статьи, постдок Принстонского университета Сина Тафазоли. По словам ученых, выявленный принцип композиционности помогает объяснить, почему люди могут за считанные минуты осваивать новые правила, опираясь на уже имеющиеся навыки, — как в примере с тем, кто умеет печь хлеб и быстро учится печь пирог, добавляя лишь несколько новых операций. В современных нейросетях такая гибкость пока слабо выражена: при обучении новым задачам они часто сталкиваются с явлением «катастрофического забывания», теряя часть ранее усвоенных умений.
Авторы работы рассчитывают, что их результаты помогут создать алгоритмы искусственного интеллекта, которые будут накапливать знания модульно, не перезаписывая предыдущее обучение, а также подскажут новые подходы к терапии неврологических и психических расстройств.
«Мы обнаружили, что мозг гибок потому, что может многократно использовать одни и те же компоненты мышления в разных задачах. Составляя из этих “когнитивных Лего” новые комбинации, он буквально “строит” новые задачи», — отметил старший автор работы, доцент Принстонского университета Тим Бушман.
Чтобы проследить, как мозг переиспользует такие строительные блоки, ученые обучили двух самцов макак-резусов выполнять три родственных задания на классификацию изображений. Животные должны были по неоднозначным «пятнам» на экране решать, на что они больше похожи — на фигуру (например, «кролика» или букву «Т») или на определенный цвет (красный или зеленый), и сообщать ответ направлением взгляда. Задачи отличались сочетаниями правил и направлений, в которые нужно было перевести взгляд, но при этом частично разделяли общие элементы — способ классификации цвета или формы.
Анализ активности нейронов показал, что в префронтальной коре формируются устойчивые паттерны — когнитивные блоки, соответствующие отдельным компонентам задачи, таким как «определи цвет» или «выполни движение глазами».
При переходе от одной задачи к другой мозг не выстраивает поведение с нуля, а сочетает уже готовые блоки в новые конфигурации. При этом те компоненты, которые в данный момент не нужны, активно «приглушаются», что позволяет сосредоточить ресурсы на актуальной цели.
«У мозга ограничена мощность когнитивного контроля. Чтобы сфокусироваться на текущей задаче, он временно “сжимает” одни способности и усиливает другие. Если важно определять форму, то кодирование цвета на время уходит на второй план», — пояснил первый автор статьи, постдок Принстонского университета Сина Тафазоли. По словам ученых, выявленный принцип композиционности помогает объяснить, почему люди могут за считанные минуты осваивать новые правила, опираясь на уже имеющиеся навыки, — как в примере с тем, кто умеет печь хлеб и быстро учится печь пирог, добавляя лишь несколько новых операций. В современных нейросетях такая гибкость пока слабо выражена: при обучении новым задачам они часто сталкиваются с явлением «катастрофического забывания», теряя часть ранее усвоенных умений.
Авторы работы рассчитывают, что их результаты помогут создать алгоритмы искусственного интеллекта, которые будут накапливать знания модульно, не перезаписывая предыдущее обучение, а также подскажут новые подходы к терапии неврологических и психических расстройств.
