Хаос может стоять за способностью мозга вычислять вероятности, согласно новому анализу двух нейробиологов из RIKEN. Исследование опубликовано в Трудах Национальной академии наук .

Наше восприятие формируется мультисенсорными входами. Например, мозг обрабатывает образы и звуки, чтобы сгенерировать ряд возможных местоположений объекта и оценить неопределенность, связанную с каждым вариантом. Но как именно мозг оценивает эти возможности, остается загадкой.

Таро Тоёидзуми из Центра науки о мозге RIKEN (CBS) считает, что ответ может заключаться в наблюдении, что электрические сигналы в коре головного мозга всегда гудят — даже когда нет сенсорного входа . Записи таких сигналов показывают, что даже при просмотре пустого экрана без звука нейроны в коре головного мозга спонтанно колеблются, говорит он.

Некоторые эксперименты показывают, что эта спонтанная активность соответствует размышлениям мозга над воображаемыми возможными сценариями — возможно, на основе сенсорных сигналов, которые мозг получал в прошлом.

Тоёидзуми вместе с коллегой из CBS Ю Тэрада хотели исследовать гипотезу о том, что эта деятельность следует хаотической динамике, когда незначительное изменение начальных условий может привести к совершенно разным результатам.

Теория хаоса , часто используемая при моделировании климата , иллюстрируется эффектом бабочки , когда взмах крыльев насекомого, например, в Швейцарии, в конечном итоге может вызвать тайфун в Японии.

«Были наблюдения, предполагающие эффект бабочки в мозге», — говорит Тоёидзуми. «Это было замечено при возмущении одного нейрона и наблюдении за тем, как быстро влияние распространяется на популяцию нейронов. Но это все еще остается предметом споров».

Идея пары заключается в том, что хаотическая динамика в мозге порождает нейронные флуктуации, которые позволяют проводить вероятностные вычисления. «Это кажется нелогичным, потому что можно предположить, что хаотическое мышление приведет к совершенно разным ответам», — говорит Тоёидзуми. «Люди ассоциируют хаос с вычислительными ошибками, которых хочется избежать».

Пара передала вычислительной нейронной сети, управляемой хаотической динамикой, сенсорные данные о местоположении объекта.

«Один нейрон будет активироваться для объекта, находящегося на севере, другой для того, чтобы он находился на северо-востоке, и так далее», — говорит Тоёидзуми. В любой момент из-за хаоса активирующий нейрон может меняться нерегулярно. Но при усреднении по времени частота активизации нейронов сопоставляется с правильной вероятностью местоположения объекта.

«В нашей модели окончательное вероятностное распределение является надежным и дает почти оптимальные результаты, несмотря на хаос», — говорит Тоёидзуми.

Следующая цель Тоёидзуми — исследовать креативность. «Сегодняшний ИИ очень хорош, но он не взрывает нам мозг», — говорит он. «Я хочу понять, какие колебания генерируют креативные идеи ».