Вчені переглянули фундаментальні уявлення про мозок
Протягом десятиліть у науці існувало уявлення, що мозок побудований за принципом своєрідної «карти спеціалізації»: кожен нейрон або група нейронів відповідають за конкретне завдання. Одні клітини нібито обробляють зображення, інші реагують на звуки, треті відповідають за рухи чи прийняття рішень.
Однак нове масштабне дослідження показало, що така картина є надто спрощеною. Мозок виявився набагато більш гнучкою та складною системою, де більшість нервових клітин не працюють як окремі «деталі механізму», а беруть участь одразу у багатьох процесах.
Дослідження, про яке повідомляє SciTechDaily, було опубліковане у престижному науковому журналі Nature. Міжнародна команда вчених проаналізувала активність понад 14 тисяч окремих нейронів у 43 різних ділянках кори головного мозку мишей.
Отримані результати стали несподіваними навіть для самих дослідників: переважна більшість нейронів не демонстрували жорсткої прив’язки до однієї функції. Навпаки, вони реагували на складне поєднання сигналів, серед яких були сенсорні стимули, рухи тіла, процеси вибору, очікування винагороди та інші фактори.
Нейрони виявилися універсальними «обчислювальними центрами»
Один із головних авторів роботи, професор Колумбійського університету Стефано Фусі, зазначив, що старе уявлення про мозок як систему, де кожен нейрон має чітко визначене призначення, більше не відповідає сучасним науковим даним.
За словами дослідника, нервові клітини можуть демонструвати величезну різноманітність реакцій, і саме це дозволяє мозку виконувати величезну кількість завдань.
Фактично мозок працює не за принципом набору окремих спеціалізованих модулів, а завдяки взаємодії великих груп нейронів, кожен із яких може бути залучений до різних видів діяльності.
Наприклад, одна й та сама нервова клітина може реагувати не лише на певний сигнал від органів чуття, а й враховувати попередній досвід, поточний стан організму, напрямок руху або очікуваний результат дії.
Саме така багатофункціональність робить мозок здатним швидко пристосовуватися до нових умов. Людина може навчатися, змінювати поведінку, знаходити нестандартні рішення та реагувати на непередбачувані ситуації саме завдяки цій складній організації нейронних мереж.
Спеціалізовані нейрони існують, але вони є винятком
Попри нове відкриття, вчені не заперечують існування нейронів із вузькою спеціалізацією. Такі клітини справді є, але їх значно менше, ніж вважалося раніше.
Найбільш характерний приклад — первинна зорова кора головного мозку. У цій області окремі нейрони можуть стабільно реагувати на конкретні характеристики зображення: певний напрямок ліній, рух об’єктів чи інші прості візуальні параметри.
Це пояснюється тим, що первинні сенсорні ділянки мозку виконують завдання початкового аналізу інформації, яка надходить від органів чуття. Там певний рівень спеціалізації є необхідним.
Проте в міру просування сигналів до складніших зон кори ситуація змінюється. У ділянках, пов’язаних із мисленням, плануванням, прийняттям рішень та оцінкою ситуації, нейрони стають набагато універсальнішими.
«Ми не говоримо, що спеціалізованих нейронів не існує. Ми говоримо, що вони є винятком, а не правилом», — пояснив Фусі.
Нове відкриття змінює розуміння людського мозку
Результати дослідження можуть суттєво вплинути на майбутні дослідження у сфері нейронауки. Вчені дедалі більше відходять від моделі, у якій мозок розглядається як набір окремих зон із чітко визначеними функціями.
Нова концепція передбачає, що головну роль відіграє не робота окремих клітин, а взаємодія великих нейронних популяцій.
Кожен нейрон у такій системі є своєрідним елементом складної мережі, який може одночасно брати участь у різних обчислювальних процесах. Саме завдяки цьому мозок має неймовірну здатність адаптуватися.
Це відкриття також може допомогти краще зрозуміти природу багатьох неврологічних і психічних захворювань. Раніше вчені часто шукали причину проблем у роботі окремих клітин або конкретних ділянок мозку.
Однак нові дані свідчать, що порушення можуть бути пов’язані з неправильними зв’язками та взаємодією між великими групами універсальних нейронів.
Штучний інтелект може отримати нові підказки від мозку
Окремий напрямок, який може отримати поштовх завдяки цьому відкриттю, — розвиток штучного інтелекту.
Сучасні нейронні мережі вже частково наслідують принципи роботи мозку, але часто залишаються набагато менш гнучкими. Розуміння того, як біологічний мозок використовує універсальні нейрони для вирішення різних завдань, може допомогти створити нові моделі обчислення.
Науковці припускають, що майбутні системи штучного інтелекту можуть стати більш ефективними саме завдяки використанню принципів, які природа сформувала протягом мільйонів років еволюції.
Нове дослідження показує: людський мозок досі залишається однією з найскладніших систем у відомому світі. І чим більше вчені його вивчають, тим більше стає зрозуміло — багато звичних уявлень про мислення, пам’ять і сприйняття потребують перегляду.
Мозок не є просто набором окремих «деталей», кожна з яких виконує одну функцію. Це динамічна мережа, де мільярди клітин постійно взаємодіють, створюючи здатність людини думати, навчатися та змінюватися.
