Американские ученые предложили новую модель эволюции мозга, которая ставит под сомнение популярную идею о противостоянии древнего «мозга ящерицы», отвечающего за инстинкты, и более развитого неокортекса, связанного с рациональным мышлением. По их мнению, мозг развивался не за счет последовательного наслоения новых отделов на старые, а в результате конкуренции за ограниченное пространство между двумя принципиально разными типами нейронной организации. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Команда под руководством профессора Технологического института Джорджии Набиля Имама проанализировала строение мозга 182 видов животных. Исследователи обнаружили четкую закономерность: чем больше у вида развита лимбическая система (условно «мозг ящерицы», отвечающий за эмоции, память и обоняние), тем меньше у него неокортекс, и наоборот. Это указывает на то, что эти отделы эволюционируют не независимо, а как единая система, где увеличение одного происходит за счет другого.
Ученые связывают это с двумя разными способами «прокладки» нейронных связей, которые закладываются еще до рождения. Неокортекс организован по принципу пространственных карт: нейроны, обрабатывающие сигналы от соседних участков тела (например, большого и указательного пальцев), расположены рядом. Такая структура эффективна для обработки зрительной, слуховой и тактильной информации. Лимбическая система, напротив, устроена по принципу «штрихкода», где распределенные по всему отделу паттерны активности кодируют запахи или воспоминания.
Гипотезу проверили с помощью искусственных нейросетей. Модели с локализованными, пространственными связями лучше справлялись с распознаванием изображений и звуков, тогда как сети с распределенной «штрихкод-архитектурой» преуспевали в задачах, связанных с памятью и запахами. Когда обе системы поместили в одну модель и заставили конкурировать за ресурсы, поощрение одной задачи (например, распознавания запахов) приводило к росту соответствующей ей нейросети и сокращению другой.
Эта модель объясняет различия в строении мозга у животных. Так, у девятипоясного броненосца, который полагается на обоняние, очень велика лимбическая система, а у беличьей обезьяны, ориентирующейся по зрению, доминирует неокортекс. Авторы работы считают, что их выводы могут помочь в разработке искусственного интеллекта. Современные нейросети обучают на огромных массивах данных, в то время как мозг с рождения имеет предустановленную архитектуру. Воспроизведение этих врожденных структур в ИИ-системах позволит сделать их более эффективными и менее требовательными к объему обучающих данных и энергии.
