Сучасні теоретичні моделі описують наш мозок як “розподілену систему обробки інформації”.
Вчені, які проводили нове дослідження того, як наш мозок обробляє інформацію, розповіли про свої висновки і про те, як вони можуть допомогти пояснити, чому люди здатні набагато більше, ніж інші види.
Люди не мають собі рівних у сфері пізнання серед відомих нам форм життя. Зрештою, жоден інший вид не відправляв зонди на інші планети, не виробляв рятівних вакцин і не створював поезію. Питання, як інформація обробляється в людському мозку, щоб зробити це можливим, викликає нескінченне захоплення, але остаточних відповідей на нього немає.
Наше розуміння роботи мозку постійно змінювалося багато років. І тепер сучасні теоретичні моделі описують наш мозок як “розподілену систему обробки інформації”. Це означає, що в ньому є окремі компоненти, які тісно пов'язані між собою у вигляді мозкової проводки. Щоб взаємодіяти один з одним, області обмінюються інформацією через систему вхідних та вихідних сигналів.
Однак це лише мала частина складнішої картини. На основі даних, отриманих від різних видів тварин та представників різних нейронаукових дисциплін, дослідники виявили, що у мозку існує кілька типів обробки інформації. Ці способи відрізняються у людей та інших приматів, що може пояснити, чому когнітивні здібності нашого виду настільки високі.
Щоб простежити, як мозок обробляє інформацію, вчені запозичили поняття з так званої математичної основи теорії інформації – вчення про вимірювання, зберігання та передачі цифрової інформації, яка має вирішальне значення для таких технологій, як Інтернет та штучний інтелект. Також було виявлено, що різні сфери мозку насправді використовують різні стратегії взаємодії одна з одною.
Деякі області мозку обмінюються інформацією з іншими дуже стереотипно, використовуючи вхідні та вихідні сигнали. Що гарантує передачу відтворюваним та надійним чином. Це стосується областей, які спеціалізуються на сенсорних та моторних функціях (таких як обробка звукової, зорової та рухової інформації).
Візьмемо, наприклад, очі, що посилають сигнали в задню частину мозку для обробки. Більшість інформації, що надсилається, дублюється і передається кожним оком. Іншими словами, половина цієї інформації не потрібна. Тому такий тип обробки вхідно-вихідної інформації називається "надлишковим".
Але надмірність забезпечує міцність та надійність – саме вона дозволяє нам бачити одним оком. Ця здатність необхідна для виживання. І вона настільки важлива, що зв'язки між цими областями мозку анатомічно жорстко закріплені у мозку, як телефонна лінія.
Однак не вся інформація, що надходить від очей, є надмірною. Так, зображення від обох очей у кінцевому підсумку дозволяє мозку обробляти глибину та відстань між об'єктами. До речі, на цьому засновано багато видів 3D-окулярів у кінотеатрі.
Тепер приклад принципово іншого методу обробки інформації, що перевищує суму її елементів. Цей тип обробки інформації – коли інтегруються складні сигнали із різних мереж мозку – називається “синергетичним”.
Синергетична обробка найбільш поширена в галузях мозку, які підтримують широкий спектр складніших когнітивних функцій, таких як увага, навчання, робоча пам'ять, соціальне та числове пізнання. Вона не є жорстко закріпленою в тому сенсі, що може змінюватись в залежності від нашого досвіду, поєднуючи різні мережі різними способами. Це полегшує комбінування інформації.
Такі ділянки, де відбувається багато синергії – переважно у передній і середній частині кори (зовнішнього шару мозку) – інтегрують різні джерела інформації з усього мозку. Тому вони ширше та ефективно пов'язані з рештою мозку, ніж області, що працюють з первинною сенсорною та руховою інформацією.
Високосинергічні області, що сприяють інтеграції інформації, зазвичай мають багато синапсів – мікроскопічних зв'язків, які дозволяють нервовим клітинам спілкуватися.
Чи є синергія тим, що робить нас особливими?
Вчені хотіли дізнатися, чи ця здатність накопичувати і будувати інформацію через складні мережі в мозку у людей та інших приматів, які є нашими близькими родичами в еволюційному плані.
Щоб з'ясувати це, вони вивчили дані візуалізації мозку та генетичні аналізи різних видів. Було виявлено, що у мозку людини частка синергетичних взаємодій у загальному потоці інформації більша, ніж у мозку мавп. А ось за надмірною інформацією ми з мавпами знаходимося на одному рівні.
Також було вивчено префронтальну кору, область у передній частині мозку, яка підтримує більш розвинені когнітивні функції. У мавп у цій галузі переважає обробка надлишкової інформації, тоді як у людей вона є областю, де переважає синергія.
Префронтальна кора під час еволюції також зазнала значного розширення. Коли вчені вивчили дані з мозку шимпанзе, вони виявили, що більше область людського мозку збільшувалася в процесі еволюції в розмірах у порівнянні з аналогом у шимпанзе, тим більше ця область покладалася на синергію.
Вони також досліджували генетичний аналіз людських донорів. Це показало, що області мозку, пов'язані з обробкою синергетичної інформації, з більшою ймовірністю експресують гени, які є унікально людськими та пов'язані з розвитком та функціонуванням мозку, наприклад, з інтелектом.
З цього можна дійти невтішного висновку, що додаткові тканини людського мозку, набуті внаслідок еволюції, можуть бути насамперед призначені для синергії. І дуже привабливо припустити, що переваги більшої синергії можуть частково пояснювати додаткові когнітивні здібності нашого виду. Синергія може додати важливий фрагмент головоломки еволюції людського мозку, який раніше був відсутній.
Зрештою, дослідження показує, як людський мозок орієнтується у компромісі між надійністю та інтеграцією інформації – нам потрібне і те, й інше. Важливо відзначити, що розроблена схема обіцяє дати нові критичні знання з широкого кола питань нейронауки, починаючи з загального пізнання і закінчуючи розладами.