Человек не имеет себе равных в области познания. В конце концов, ни один другой вид не посылал зонды на другие планеты, не производил спасительные вакцины и не сочинял стихи. Как информация обрабатывается в человеческом мозге, чтобы сделать это возможным, — вопрос, который вызывает бесконечное восхищение, но на который нет однозначного ответа.

Понимание функций мозга учёными менялось с годами. Но современные теоретические модели описывают мозг как «распределённую систему обработки информации». Это означает, что у него есть отдельные компоненты, которые тесно связаны между собой «проводкой» мозга. Для взаимодействия друг с другом области обмениваются информацией через систему входных и выходных сигналов.

Что такого в человеческом мозге, что делает нас умнее других животных?Изображение: pixabay.com

Однако это лишь малая часть более сложной картины. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Neuroscience, с использованием данных, полученных от разных видов и множества нейробиологических дисциплин, учёные показывают, что в мозге существует не только один тип обработки информации. Способы обработки информации также отличаются у людей и других приматов, что может объяснить, почему когнитивные способности нашего вида настолько их превосходят.

В новом исследовании учёные из Великобритании позаимствовали концепции из так называемой математической основы теории информации — изучения измерения, хранения и передачи цифровой информации, которая имеет решающее значение для таких технологий, как Интернет и искусственный интеллект, — чтобы отслеживать, как мозг обрабатывает информацию. Учёные обнаружили, что разные области мозга на самом деле используют разные стратегии для взаимодействия друг с другом.

Некоторые области мозга обмениваются информацией с другими очень стереотипным образом, используя для этого вход и выход. Это гарантирует, что сигналы передаются воспроизводимым и надёжным образом. Это относится к областям, которые специализируются на сенсорных и моторных функциях (таких как обработка звуковой, визуальной и двигательной информации).

Возьмём, к примеру, глаза, которые посылают сигналы для обработки в заднюю часть мозга. Большая часть отправляемой информации дублируется и предоставляется каждым глазом. Другими словами, половина этой информации не нужна. Поэтому эксперты называют этот тип обработки информации ввода-вывода «избыточным».

Но избыточность обеспечивает устойчивость и надежность — это то, что позволяет нам по-прежнему видеть только одним глазом. Эта способность необходима для выживания. На самом деле очень важно, чтобы связи между этими областями мозга были анатомически жёстко закреплены в мозге, — что-то вроде стационарной телефонной линии.

Однако не вся информация, предоставляемая глазами, является избыточной. Объединение информации от обоих глаз в конечном итоге позволяет мозгу обрабатывать глубину и расстояние между объектами. Это основа для многих видов 3D-очков в кинотеатре.

Это пример принципиально другого способа обработки информации, большего, чем сумма её частей. Учёные называют этот тип обработки информации — когда комплексные сигналы из разных сетей мозга интегрируются — «синергетическим».

Синергетическая обработка наиболее распространена в областях мозга, которые поддерживают широкий спектр более сложных когнитивных функций, таких как внимание, обучение, рабочая память, социальное и числовое познание. Она не запрограммирована в том смысле, что может меняться в ответ на наш опыт, соединяя разные сети по-разному. Это облегчает комбинирование информации.

Что такого в человеческом мозге, что делает нас умнее других животных?Изображение: pixabay.com

Такие области, где происходит много синергии — в основном в передней и средней части коры (внешний слой мозга) — объединяют различные источники информации со всего мозга. Поэтому они более широко и эффективно связаны с остальной частью мозга, чем области, которые имеют дело с первичной сенсорной информацией и информацией, связанной с движением.

Области с высокой синергией, которые поддерживают интеграцию информации, также обычно имеют множество синапсов, микроскопических соединений, которые позволяют нервным клеткам общаться.

Является ли синергия тем, что делает нас особенными?

Учёные хотели узнать, отличается ли эта способность накапливать и создавать информацию через сложные сети мозга у людей и приматов, существ, которые в эволюционном плане являются нашими близкими родственниками.

Чтобы выяснить это, исследователи изучили данные томографии мозга и генетические анализы различных видов. В итоге они обнаружили, что синергетические взаимодействия составляют более высокую долю общего потока информации в человеческом мозге, чем в мозге макак. Напротив, мозг обоих видов одинаков с точки зрения того, насколько они полагаются на избыточную информацию.

Тем не менее, учёные также специально рассмотрели префронтальную кору, область в передней части мозга, которая поддерживает более продвинутые когнитивные функции. У макак в этой области более распространена избыточная обработка информации, тогда как у людей это синергетическая область.

Префронтальная кора также претерпела значительное расширение в ходе эволюции. Когда специалисты изучили данные о мозге шимпанзе, то обнаружили, что чем больше область человеческого мозга увеличилась в размерах в ходе эволюции по сравнению с её аналогом у шимпанзе, тем больше эта область зависела от синергии.

Эксперты также рассмотрели генетические анализы доноров-людей. Было выявлено, что области мозга, связанные с обработкой синергетической информации, с большей вероятностью экспрессируют гены, которые являются уникальными для человека и связаны с развитием и функциями мозга, такими как интеллект.

Это привело учёных к выводу, что дополнительная мозговая ткань человека, приобретённая в результате эволюции, может быть в первую очередь предназначена для синергии. В свою очередь, можно предположить, что преимущества большей синергии могут частично объяснить дополнительные когнитивные способности, которыми обладает наш вид. Синергия может добавить важный кусочек к головоломке эволюции человеческого мозга, который ранее отсутствовал.

В конечном счёте, данная новая работа исследователей из Британии показывает, как человеческий мозг находит компромисс между надёжностью и интеграцией информации — нам нужно и то, и другое. Важно отметить, что разработанная учёными структура обещает новое понимание широкого круга нейробиологических вопросов — от вопросов общего познания до расстройств.

Правописание уведомления вебмастера


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев

EnglishРусскийУкраїнська
Включить уведомления Да Спасибо, не надо