Wie funktioniert unser Gehirn und was passiert darin? Auf der Grundlage dessen, was trifft eine Person Entscheidungen und wie sind sie konditioniert? Vyacheslav Demin, Kandidat für Physik und Mathematik, wissenschaftlicher Sekretär des Kurchatov-Komplexes der NBIKS-Technologien des Nationalen Forschungszentrums "Kurchatov-Institut", sprach darüber in einem Vortrag im Bildungszentrum "Sirius". "Lenta.ru" veröffentlicht Auszüge aus seiner Rede.
Durchbrich die Lücke
Das Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Neuronen, dh Nervenzellen, die mithilfe elektrischer und chemischer Signale durch Prozesse (Dendriten und Axone) Informationen empfangen und untereinander übertragen. Durch Berühren erzeugen Neuronen neuronale Netze. Der Kontaktort wird als Synapse bezeichnet. Es gibt ungefähr eine Billiarde Synapsen im Gehirn (eine Billiarde ist eine Zahl, gefolgt von 15 Nullen, dh einer Million Milliarden). Dies bedeutet, dass jedes Neuron ungefähr 10.000 Verbindungen hat - ein sehr aufschlussreiches Beispiel dafür, wie vielfältig und vielfältig die Verbindungen nur einer Nervenzelle sein können. Eine Substanz, die zur Informationsvermittlung beiträgt, wird als Neurotransmitter bezeichnet. Die Wissenschaft kennt mehrere Hundert solcher Substanzen.
Vyacheslav Demin
Die wissenschaftliche Gemeinschaft befasst sich mit dem Thema, das Gehirn aus verschiedenen Perspektiven zu untersuchen. Es gibt Neurophysiologen, die bestimmte Prozesse auf neuronaler Ebene betrachten, sie können herkömmlicherweise als „Materialisten“bezeichnet werden. Auf der anderen Seite gibt es Neuropsychologen, die bedingt als "Idealisten" bezeichnet werden können. Im Mittelpunkt ihrer Aufmerksamkeit steht die Ideenwelt, der Raum menschlicher höherer kognitiver Funktionen, die für Gedächtnis und Denken, Bewusstsein und Unterbewusstsein, Emotionen und Entscheidungsfindung, Einstellung zu sich selbst und anderen Menschen verantwortlich sind … Zwischen dem ersten und dem zweiten Ansatz besteht eine grundlegende Erklärungslücke. Es wird von der Kognitologie untersucht, einer wissenschaftlichen Richtung, die sich kürzlich an der Schnittstelle von Neurophysiologie und Neuropsychologie entwickelt hat. Anscheinend ist es die Kognitologie, die in erster Linie zu einem Durchbruch bei der Schaffung künstlicher Intelligenz führen kann.
Werbevideo:
Die optimale Lösung finden
Was denkt man? Es ist eine ständige Suche nach der optimalen Lösung für die Herausforderungen, vor denen wir stehen. Wenn eine Person selbst die kleinste Entscheidung trifft, hat sie in der Regel mehrere Möglichkeiten, bevor sie sich an jedem Schritt an einer Gabel befindet, und das Ergebnis ist nicht vorbestimmt. Die Person muss den besten Zug machen. Das heißt, jeder von uns baut jede Sekunde einen „Baum der Möglichkeiten“in seinen Köpfen, und manchmal ist dieser Baum unglaublich verzweigt.
Wie wählt man den richtigen aus, besonders wenn der Suchalgorithmus unbekannt ist? Der Intellekt verwendet sogenannte Heuristiken. Ein Beispiel aus dem Schach kann verwendet werden, um dies zu veranschaulichen. Auf dem Brett ist eine solche Anordnung von Stücken möglich, wenn Weiß zum Beispiel nur den König und die Bauern hat, aber die Bauern so platziert sind, dass sie Schwarz nicht passieren lassen. Die Person versteht sofort, dass unter solchen Bedingungen das günstigste und wahrscheinlichste Ergebnis des Spiels für Weiß ein Unentschieden ist.
Das Computerprogramm Deep Thought, das später den Weltmeister Garry Kasparov besiegte, betrachtete Situationen jedoch ausschließlich aus mathematischer Sicht. Sie sah, dass der weiße Bauer den schwarzen Turm nehmen konnte, was zu einer spürbaren Schwächung des Gegners und einer Verbesserung der Punktposition führen würde. Der Computer merkte nicht, dass er mit dieser Bewegung ein Loch in seiner Verteidigung öffnete. Infolgedessen konnte er nicht mehr mit einem Unentschieden rechnen, erhielt einen Schachmatt und verlor das Spiel.
Foto: Carina Johansen / NTB Scanpix / Reuters
Anschließend führten Programmierer einen Algorithmus für Aktionen in solchen Situationen in den Computer ein, und die Maschine machte solche Fehler nicht mehr. Natürliche Intelligenz kann im Gegensatz zu künstlicher Intelligenz unabhängig Schlussfolgerungen ziehen, Fehler analysieren und nicht wiederholen.
Wissensrepräsentation
Der zweite Aspekt des Denkens ist die Darstellung von Wissen. Wir alle betrachten die Welt durch das Prisma der Wahrnehmung und bilden in unseren Köpfen ein Modell eines Prozesses oder Objekts. Diese Ansichten sind individuell. Und wenn wir denken, arbeiten wir mit Modellen und nicht mit echten objektiven Daten.
Es gibt einen berühmten Witz über ein Glas, das zur Hälfte mit Wasser gefüllt ist. Der Optimist glaubt, er sei halb voll, der Pessimist halb leer. Es kann aber auch andere Ideen geben. Ein Programmierer sagt beispielsweise, dass die Kapazität doppelt so hoch ist wie benötigt. Die anfänglichen objektiven Daten sind dieselben, aber die Modelle, die Menschen auf ihrer Basis betreiben, sind unterschiedlich. Wenn dem Auftragsbuch eine bestimmte Aufgabe zugeordnet ist, können sich die Lösungen daher voneinander unterscheiden. Es ist wichtig, eine geeignete Darstellung zu finden, in der es einen Algorithmus gibt, der das Problem löst. In einer anderen, erfolglosen Präsentation kann sich das Problem als äußerst schwierig oder vollständig unlösbar herausstellen.
Denken sollte daher mit Lernen kombiniert werden, dh mit der Anhäufung von Informationen mit anschließender Verallgemeinerung. Sie können den Großmeister endlos beobachten, seine Bewegungen aufschreiben und auswendig lernen und sie dann wiedergeben. Aber das bringt dir nicht bei, wie man Schach spielt. Im Gegenteil, Versuche, das System oder die Taktik des Spiels zu verstehen, die Anregungen zur allgemeinen Darstellung von Schachproblemen durch einen Großmeister geben, werden mit der Zeit und Übung schließlich zu positiven Ergebnissen führen. Das ist Lernen.
Arten des Denkens
Wie entwickelt sich das Denken eines Menschen? In der Kindheit - durch eine visuelle und effektive Präsentation: "Ich habe gesehen - ich habe eine Aktion gemacht." Das visuell-figurative Denken wird allmählich geformt: „Ich habe gesehen - ich habe mich an verwandte Objekte oder Optionen für Aktionen erinnert oder diese präsentiert - ich habe eine Aktion ausgeführt“. Einzelne Objekte werden durch Kategorien ersetzt, Darstellungen, separate Verknüpfungen zwischen ihnen werden modelliert. Die nächste Stufe ist das völlig abstrakte verbal-logische Denken, wenn für den Prozess des Denkens selbst keine Notwendigkeit mehr besteht, irgendwelche Handlungen auszuführen, geschieht alles in der Vorstellung.
Mitte des 20. Jahrhunderts führte der deutsche Psychologe Wolfgang Keller ein Experiment durch. Neben den Affenkäfig stellte er eine Banane und gab den Tieren einen Stock. Sie fanden fast sofort heraus, wie man die Banane mit einem Stock erreicht und in den Käfig schiebt. Dies geschah aufgrund von visuell aktivem Denken: Die Affen nahmen einen Stock und experimentierten, um schnell eine Lösung zu finden.
Dann war die Aufgabe kompliziert: Die Banane wurde weiter gelegt, und den Affen wurden zwei Stöcke gegeben, aus denen man einen langen zusammensetzen konnte. Dieses Rätsel war für die große Mehrheit überwältigend. Die Affen waren wütend, konnten aber nicht herausfinden, was sie tun sollten, sprangen um den Käfig herum und schlugen mit einem Stock gegen die Stangen.
Der Klügste setzte sich, dachte nach und verstand nach einer Weile, was zu tun war. Dieser Moment des Übergangs zum visuell-figurativen Denken wird als "Gestaltwechsel" bezeichnet: Der Affe hörte auf, aktiv, aber chaotisch und ineffektiv zu handeln, und begann zu denken. Mit anderen Worten, ein Gedanke ist eine „verkürzte Handlung“, dh eine Handlung, die in die Vorstellungskraft übertragen wird.
Foto: Depositphotos
So entsteht universelles Denken: Wenn der gewählte Algorithmus nicht passt, sucht das Gehirn nach einer neuen Idee und neuen möglichen Verbindungen, wandert entlang des "Baums der Möglichkeiten", bis es eine geeignete Option findet. Die gefundene Lösung wirkt sich dann auf die äußere Umgebung (Ihre Banane) aus und geht (möglicherweise zusammen mit der neu gefundenen Darstellung) zur Wissensbasis, wodurch die persönliche Erfahrung bereichert wird.
Emotionen spielen eine wichtige Rolle im universellen Denken. Sie modulieren das Ziel, modifizieren es. Stellen Sie sich einen Roboter vor, der eine Aufgabe erledigt. Plötzlich explodiert alles vor uns. Die Maschine hat keine Angst, daher ändern sich weder das Ziel noch die Verhaltenslinie. Explosion - der Roboter wird zerstört. Und die Person an seiner Stelle würde versuchen, sein Leben zu retten, um dann die ursprüngliche Aufgabe zu erfüllen.
Wo Informationen verarbeitet werden
Die erste Aufgabe des Gehirns ist die Mustererkennung. Was passiert, wenn Sie beispielsweise das Gesicht einer Person sehen? Informationen gelangen in die Pupille und werden auf die Netzhaut projiziert. Das Signal wird an den primären visuellen Kortex übertragen. Es befindet sich näher am Hinterkopf und erkennt nur die einfachsten geometrischen Objekte, wie z. B. Linien mit unterschiedlichen Neigungswinkeln. Informationen werden herausgefiltert und an den sekundären visuellen Kortex übertragen, wo komplexere Muster erkannt werden, beispielsweise Halbkreise.
Ferner wird die verarbeitete Information in den zeitlichen Bereich der Großhirnrinde übertragen (dies ist der sogenannte ventrale Weg zur Verarbeitung visueller Informationen), wo so einfache Elemente wie Nase, Auge und Ohr erkannt werden. Wie kommt es dazu? Es gibt Neuronen, die nur auf die Nase reagieren, es gibt Neuronen, die nur auf das Auge reagieren, und so weiter. Gleichzeitig gibt es Neuronen ohne besondere Spezialisierung, die sowohl auf die Nase als auch auf das Auge reagieren können.
Infolgedessen wird die Aktivität des gesamten Satzes dieser Zellen auf den orbitofrontalen Kortex des Gehirns in den Frontallappen übertragen. Dort wird das Bild zusammengeführt und Sie erkennen das Gesicht als Ganzes. Im weiteren Verlauf werden die Informationen jedes Mal komprimiert, wenn sie von einer geringeren Anzahl von Neuronen codiert werden - sie scheinen archiviert zu sein. In den vorderen Lappen des Gehirns ist das Lagerhaus verschiedener hochrangiger Bilder codiert, mit denen eine Person letztendlich operiert.
Das Gehirn ist in seinen Handlungen nicht unabhängig. Es wird vom Thalamus geleitet, einem gepaarten Organ, das vom Rückenmark aus im Mittelhirn endet. Im Thalamus sind an jedem Abschnitt der Kortikalis Fäden angebracht. Er zieht für sie und aktiviert bestimmte Bereiche, die derzeit für die optimale Lösung der aktuellen Aufgabe verantwortlich sind.
Aber auch der Dirigent ist nicht unabhängig. Der Thalamus wird von den sogenannten Basalkernen (Ganglien) gesteuert. Schlüsselneuronen in diesen Kernen sind stark von Dopamin abhängig, einem Neurotransmitter, der beim Menschen akutes Vergnügen verursacht.
Wir sind alle dopaminsüchtig, egal wie traurig es ist, es zuzugeben, die Basalkerne wollen die ganze Zeit viel Dopamin. Es fällt jedoch als Reaktion auf den subjektiven Wert einer bestimmten Entscheidung auf, für die ein bestimmter Bereich des Kortex verantwortlich ist.
Menschliches Gehirn
Bild: Diomedia
Wenn der Wert der Aktivierung eines Abschnitts des Kortex hoch ist, dh diese Entscheidung für uns in der gegenwärtigen Situation angeblich optimal ist, wird mehr Dopamin freigesetzt und wir werden Freude erfahren. Was bestimmt den Wert? Erstens unsere Erfahrung. Ein kleines Kind hat nur minimale Erfahrung und freut sich über fast alles auf der Welt, jeden Würfel. Indem eine Person neugierig ist, probiert sie verschiedene Optionen aus, verstärkt diejenigen, die subjektive Vorteile bringen und dementsprechend Dopamin freisetzen, und vermeidet diejenigen, die im Gegenteil unangenehme oder schmerzhafte Empfindungen verursachen. Wenn Sie reifen und Erfahrung sammeln, steigt die Messlatte.
Zweitens wird der Wert durch Emotionen bestimmt (und nicht nur durch positive): Je heller sie sind, desto höher ist der Wert. Daher folgt ein weiterer neurophysiologischer Regulator - die Bereiche des Gehirns, die für Emotionen verantwortlich sind (Mandeln, Hippocampus, Vorder- und Temporallappen des Kortex und andere).
Es stellt sich heraus, dass das Gehirn bei der Suche nach der optimalen Lösung für die vor ihm liegende Aufgabe als selbstregulierendes System arbeitet. Einerseits nutzt es Wissen aus Erfahrung (dh aus den entsprechenden Teilen des Kortex), andererseits wägt es diese Entscheidungen durch das System des Erlebens von Emotionen ab (einschließlich des gleichen und anderer Teile des Kortex und der Organe des limbischen Systems des Gehirns). All dies wird von den Basalkernen gesammelt, und über den Thalamus wird der „Startschuss“gegeben, um den Bereich der Kortikalis zu aktivieren, der Dopamin-Neuronen in den Basal- und anderen Gehirnstrukturen die größte Belohnung bringt.
Kleinhirn
Das Kleinhirn spielt eine äußerst wichtige Rolle. Es wird angenommen, dass es für die Koordination der Bewegungen, den Gleichgewichtssinn und das Gleichgewicht verantwortlich ist. Es ist jedoch bekannt, dass im Kleinhirn, das nur etwa 10 Prozent des Gehirnvolumens ausmacht, aus irgendeinem Grund etwa doppelt so viele Neuronen vorhanden sind wie im Rest des Gehirns - 70 Milliarden gegenüber 30. Ist es wirklich so, dass so viele Nervenzellen nur zur Koordinierung von Bewegungen benötigt werden?
Wissenschaftler haben erst vor kurzem verstanden, dass das Kleinhirn nicht nur für Bewegungen verantwortlich ist, sondern im Allgemeinen für alle Automatismen, einschließlich "verkürzter Aktionen" - Muster mentaler Reaktionen aus der Wissensbasis. Zum Beispiel wird es für einen trainierten Athleten nicht schwierig sein, einen Salto mit einer 360-Grad-Schraube auszuführen. Er wird dies ohne zu zögern tun, da sein Kleinhirn zum richtigen Zeitpunkt Informationen aus dem Speicher extrahiert, das Gehirn die erforderlichen Befehle erhält und der Körper dieses akrobatische Element automatisch ausführt. Der Athlet denkt praktisch nicht, sein Unterbewusstsein arbeitet.
Das gleiche scheint bei anderen Automatismen der Fall zu sein, zum Beispiel bei der Sprache. Eine Person denkt in höheren Bildern, und das Kleinhirn selbst entscheidet, wie es am besten in ein Kommunikationsmittel gekleidet wird. Gleichzeitig sind natürlich langfristige und zuverlässig eingerichtete Sprachverarbeitungszentren in der Großhirnrinde beteiligt, jedoch in enger Verbindung mit dem Kleinhirn, das kontinuierlich vorgefertigte Lösungen zur Automatisierung anbietet und / oder unvermeidliche Fehler entsprechend korrigiert.
