Еволюцията е настроила човешките мозъци да работят като суперкомпютри

Човешкият мозък е невероятен орган, способен да обработва огромни количества информация и да извършва сложни изчисления. Но как го прави? И защо е толкова добър в тази задача?

Нова научна статия, публикувана в списание Nature Communications, може да даде отговор на тези въпроси. Учени от Австралия и Обединеното кралство разкриха, че човешкият мозък използва статистически метод, наречен Байесов извод, за да разбира и преобразува визуалната информация. Този метод дава възможност за сравняване на съществуващите знания с новопридобитите, за да се направят обосновани предположения. Това вродено умение позволява на хората прецизно да обработват информацията от околната среда с много висока скорост – нещо, което машините, които могат да бъдат заблудени чрез прости тестове за разпознаване на обекти в изображения, не могат.

Какво представлява Байесовият извод?

Байесовият извод е начин за актуализиране на убежденията въз основа на новата информация. За целта трябва да се използва формулата на Бейс, която изглежда по следния начин:

Тук P(H∣E) е вероятността за хипотеза H при условие, че съществува доказателството E. P(E∣H) е вероятността за доказателство E при положение, че хипотезата H е вярна. P(H) е априорната вероятност на хипотезата H, т.е. вероятността преди наличието на доказателството E. P(E) е вероятността на доказателството E по принцип.

Формулата на Бейс ви позволява да превърнете априорната вероятност на дадена хипотеза в апостериорна вероятност на хипотезата след отчитане на доказателствата. Например, ако искате да оцените вероятността, че утре ще вали (H), можете да използвате предишните си наблюдения (P(H)), както и текущото метеорологично време (E). Ако сега вали (P(E∣H)), тогава вероятността, че утре ще вали (P(H∣E)), се увеличава. Ако сега е слънчево (P(E∣¬H)), тогава вероятността утре да вали (P(H∣E)) намалява.

Друг много популярен пример от подобен род е, че ако ако знаете как изглежда едно куче и видите космато животно с четири лапи, може да използвате предишните си познания, за да предположите, че това е куче.

Байесовият извод ни позволява да вземем предвид не само новата информация, но и нейната степен на достоверност. Например, ако получавате информация за метеорологичното време от различни източници, можете да им дадете различна тежест в зависимост от тяхната надеждност. По този начин можете да прецизирате прогнозите си и да вземате по-информирани решения.

Как работи Байесовият извод в нашите мозъци?

Учените отдавна предполагат, че човешкият мозък използва Байесов извод за обработка на получената информация, особено на визуалната. Въпреки това не е ясно как точно мозъкът прилага този метод. В най-новия научен труд учените са създали математически модел, който може достоверно да представи начина, по който мозъкът обработва постъпващите данни. За тази цел те са избрали доброволци и са анализирали мозъчната им дейност, докато те пасивно са гледали специално подготвени изображения, задействащи определени сигнали в мозъка, свързани с обработката на визуалната информация. След това те са сравнили тези сигнали със сигналите, генерирани от техния математически модел.

Оказало се, че моделът съвпада много добре с данните от мозъка. Това означава, че мозъкът използва същата логика като модела, за да изчислява вероятностите на хипотезите въз основа на визуалните данни. Моделът се състоял от три основни компонента: априорни знания, доказателства и апостериорни вероятности. Априорните знания са представени като вероятностни разпределения на различни свойства на визуалните обекти, като цвят, форма, размер и позиция. Доказателствата са представени като наблюдавани стойности на тези свойства в изображението. Постериорните вероятности са представени като актуализирани вероятностни разпределения на тези свойства след отчитане на доказателствата.

Моделът показа, че мозъкът използва прости правила за актуализиране на априорните знания въз основа на доказателствата. Тези правила зависят от степента на несигурност в априорните знания и доказателствата. Ако априорните знания или доказателства са много несигурни, мозъкът придава по-голяма тежест на компонента, който е по-сигурен. Ако обаче и двата компонента са достатъчно сигурни, мозъкът ги осреднява. По този начин мозъкът търси оптималния баланс между новата информация и предишния опит.

За какво е необходимо това?

Научната работа представлява сериозно потвърждение на съществуващите теории, че мозъкът използва байесовски извод за възприемане на визуалната информация, но също така открива нови възможности за изследвания и иновации. Разбирането на начина, по който мозъкът прилага този метод, може да помогне за развитието на различни области, като например областта на изкуствения интелект, където имитирането на подобни мозъчни функции може да доведе до революция в машинното обучение.

Байесовият извод е не само начин за обработка на информацията, но и начин на мислене. Той ни дава възможност да оценяваме критично различните източници на информация, да отчитаме несигурността и алтернативните хипотези и да правим валидни заключения. Байесовият извод е биологичен шедьовър, който показва как еволюцията е настроила човешкия мозък да работи като суперкомпютър.

„Нашето изследване, макар и фокусирано предимно върху визуалното възприятие, има огромно значение в сферата на неврологията и психологията“, каза д-р Ридо, ръководител на изследването.

„С разбирането на фундаменталните механизми, които мозъкът използва за обработване и интерпретиране на сетивните данни, можем да проправим пътя за напредък в области, вариращи от изкуствения интелект, където имитирането на такива мозъчни функции може да доведе до революция в машинното обучение, до клиничната неврология, която потенциално може да предложи нови стратегии за терапевтични интервенции в бъдеще“ – каза още доктор Ридо.