Вероятностное прогнозирование и СИИ

Обнаружены две нейронные сети, отвечающие за сознание

Func — Sat, 16 May 2020 12:37:26 GMT

Сергей Коленов16 марта, 09:27Фото: Pixabay

Проанализировав взаимоотношения двух нейронных сетей — дорсальной сети внимания (ДСВ) и сети пассивного режима работы мозга (СПРРМ) — американские исследователи выяснили, что они никогда не активируются одновременно. Именно регулярные переходы между ними позволяют мозгу переводить впечатления в мысли и воспоминания.

Природа сознания остается одной из главных научных загадок, над разрешением которой

Команда из Мичиганского университета исследовала взаимоотношения двух нейронных сетей — дорсальной сети внимания (ДСВ) и сети пассивного режима работы мозга (СПРРМ). Первая отвечает за взаимодействие с окружающим миром, а вторая активируется, когда мы погружены в собственные мысли и воспоминания.

Ученые проанализировали работу мозга 98 добровольцев, одни из которых бодрствовали, другие находились под воздействием легкого наркоза, а третьи страдали расстройствами сознания. Затем с помощью алгоритма машинного обучения команда выяснила, какие области мозга работали одновременно. В отличие от многих аналогичных исследований, авторы использовали снимки с разрешением в одну секунду, а не усредненные за несколько минут.

В общей сложности исследователи наблюдали активность восьми нейросетей, включая ДСВ и СПРРМ. Полученные данные позволили создать надежную модель их активности, которую дополнительно проверили на 248 участниках.

Оказалось, что мозг регулярно переключается от одной сети к другой. При этом ДСВ и СПРРМ были изолированы друг от друга. Иными словами, в каждый момент времени работала только одна из них. При этом у испытуемых, которые находились без сознания из-за воздействия препаратов или психических расстройств, обе эти сети были неактивными.

По мнению авторов, именно регулярные переключения между нейросетями ДСВ и СПРРМ закладывают основу для работы сознания. Этот механизм позволяет взаимодействовать с окружающей средой, а затем быстро преобразовывать полученные впечатления в мысли и воспоминания.

Теперь участники команды намерены определить, как мозг регулирует переход от одной сети к другой.

https://hightech.plus/2020/03/16/obnaruzheni-dve-neironnie-seti-otvechayushie-za-soznanie

https://singularityhub.com/2020/03/12/these-two-brain-networks-arent-active-at-the-same-time-but-theyre-both-key-to-consciousness/

Поврежденные клетки мозга взрослого восстанавливаются

Func — Sun, 10 May 2020 02:19:56 GMT

Поврежденные клетки мозга взрослого восстанавливаются, возвращаясь к началу

При кортикоспинальных повреждениях мозга в мышиной модели взрослые нейроны начинают естественный процесс регенерации, возвращаясь к эмбриональному состоянию, и эта регенерация поддерживается удивительным геном, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Nature.

Когда взрослые клетки мозга получают травмы, они возвращаются в зародышевое состояние, - выяснили исследователи из Калифорнийского медицинского университета в Сан-Диего совместно с коллегами из других стран. Ученые сообщают, что в зародышевом состоянии клетки способны повторно выращивать новые соединения, которые при правильных условиях могут помочь восстановить утраченную функцию.

Восстановление повреждений головного и спинного мозга может быть самой сложной задачей медицинской науки. До недавнего времени это казалось невыполнимой задачей. В новом исследовании изложена «транскрипционная схема регенерации в мозге взрослого человека».

«Используя невероятные инструменты современной нейробиологии, молекулярной генетики, вирусологии и вычислительной математики, мы впервые смогли определить, как весь набор генов во взрослой клетке мозга перезагружается для регенерации. Это дает нам фундаментальное понимание как на транскрипционном уровне происходит регенерация», - сказал старший автор Марк Тушински, доктор медицинских наук, профессор нейробиологии и директор Института трансляционной нейронауки Медицинского факультета Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Используя модель мыши, Тушински и коллеги обнаружили, что после травмы зрелые нейроны в мозге взрослого человека возвращаются в эмбриональное состояние. «Кто бы мог подумать, - говорит Тушински. - Всего 20 лет назад мы думали о мозге взрослого как о статичном, окончательно дифференцированном, полностью сформировавшемся и неизменном».

Но работа Фреда "Расти" Гейджа - доктора философии, президента и профессора Института биологических исследований Солка и адъюнкт-профессора в Калифорнийском университете в Сан-Диего и других ученых, обнаружила, что новые клетки мозга на протяжении всей жизни появляются в гиппокампе и субвентрикулярной зоне.

«Наша работа еще более радикализует эту концепцию, - сказал Тушински. - Способность мозга восстанавливать или заменять свои клетки не ограничивается только двумя областями. Так, когда повреждена клетка коры головного мозга взрослого человека, она превращается (на уровне транскрипции) в эмбриональный кортикальный нейрон. И в этом обратном, гораздо менее зрелом состоянии, нейрон может вырастить аксоны, если ему предоставлена среда для роста. На мой взгляд, это самая выдающаяся особенность исследования и это просто шокирует».

Чтобы обеспечить «благоприятную среду для выращивания аксонов», Тушински и его коллеги исследовали, как поврежденные нейроны реагируют на повреждение спинного мозга. В последние годы исследователи значительно расширили возможности использования привитых нервных стволовых клеток для стимулирования восстановления травм спинного мозга и восстановления утраченной функции в основном путем побуждения нейронов расширять аксоны через место травмы, восстанавливая разрыв отрезанных нервов.

В прошлом году, например, междисциплинарная команда во главе с доктором наук Коби Коффлером, доцентом нейробиологии Тушински, и доктором наук Шаоченом Ченом описала использование 3D-печатных имплантатов для стимулирования роста нервных клеток при повреждениях спинного мозга у крыс, восстановления связей и потерянных функций.

Последнее исследование подарило второй сюрприз: в стимулировании роста и восстановления нейронов один из важнейших генетических путей включает ген Хантингтина (HTT), который при мутировании вызывает болезнь Хантингтона - разрушительное расстройство, характеризующееся прогрессирующим разрушением нервных клеток в мозге.

Команда Тушински обнаружила, что «регенеративный транскриптом» - коллекция молекул РНК-мессенджера, используемых кортикоспинальными нейронами - поддерживается геном HTT. У мышей, генетически сконструированных с отсутствием гена HTT, после повреждения спинного мозга была снижена регенерация нейронов.

«Несмотря на то, что уже была проделана большая работа для понимания, почему мутации Хантингтина вызывают заболевание, гораздо меньше было известно о роли в этом Хантингтина, - сказал Тушински. - Наша работа показывает, что Хантингтин необходим для ускорения восстановления нейронов головного мозга. Таким образом, можно было бы предсказать, что мутации в этом гене приведут к потере способности взрослого нейрона к самовосстановлению. Это, в свою очередь, может привести к медленной дегенерации нейронов, что вызывает болезнь Хантингтона.

Подготовила Анна Юдина

https://scientificrussia.ru/articles/povrezhdennye-kletki-mozga-vzroslogo-vosstanavlivayutsya-vozvrashchayas-k-nachalu

[Фото: eurekalert.org, ru.123rf.com/profile_ssilver]

Первоисточник: www.eurekalert.org

Не бойтесь ошибаться. Почему мы всегда учимся на ошибках — и только на них

Func — Fri, 08 May 2020 06:59:46 GMT

Жюли Реше2 октября 2019

Не бойтесь ошибаться. Почему мы всегда учимся на ошибках — и только на них

Существует предрассудок, будто в процессе обучения следует избегать ошибок и если человек не ошибается, значит, он хорошо учится. Эта ложная максима распространяется не только на само образование, но и на жизнь как таковую.

Считается, что в идеале нужно прожить ее, не совершая ошибок.

Так ли это, разбирается PhD,

профессор школы перспективных исследований ТюмГУ Жюли Реше.

Сам процесс обучения основан на ошибках. Мы не просто учимся на них — не существует другого способа учиться, кроме как совершая ошибки. Во время обучения и приобретения нового жизненного опыта ошибки даже не неизбежны — они составляют суть процесса. Соответственно, если нет ошибок, нет и обучения и вообще мы мертвы.

Ошибки играют ключевую роль в обучении с точки зрения и психологии, и нейробиологии.

Психология о роли ошибок в процессе обучения

Кэрол Двек, профессор психологии в Стэнфордском университете, предложила теорию о существовании двух полярных подходов к обучению, которые соответствуют двум типам мышления: фиксированному (fixed mindset) и гибкому (growth mindset).

Люди с фиксированным мышлением считают, что обладают определенным уровнем интеллекта и не могут заметно его изменить. Они руководствуются принципом «выше себя не прыгнешь», а ошибку воспринимают как знак того, что они недостаточно способны. Те же, кто обладают гибким мышлением, ориентированы на процесс развития. Они полагают, что если приложат усилия и проявят трудолюбие и терпение, то смогут значительно улучшить свои способности. Ошибка для них — это повод учиться.

Теория Кэрол Двек основана на ее психологических экспериментах. В одном из них поучаствовали более 400 пятиклассников. Дети проходили несложный тест, состоящий из невербальных пазлов, после чего им сообщали результат. Половину детей хвалили за то, что они умные, а другую половину — за старание. Затем детям предложили выбрать между двумя тестами разной сложности. Около 90% детей, которых похвалили за ум, выбрали более простой тест, предпочтя остановиться на уже достигнутом и не потерять репутацию умных. Дети, которых похвалили за усилия, были более безжалостны к себе — они выбрали тест посложнее, который позволил им продемонстрировать свое стремление прилагать усилия.

Затем Двек предложила тем же пятиклассникам пройти очень сложный тест, рассчитанный на 8-й класс. Ученики, которых хвалили за старательность, настойчиво пытались решить задания и добивались значительных успехов. Те же, кого похвалили за ум, быстро разочаровывались в себе и переставали прилагать усилия. Свои ошибки они воспринимали как признак поражения и доказательство того, что не такие уж они и умные.

Таким образом, боязнь совершить ошибку отрицательно влияет на образовательный процесс, в то время как отсутствие этого страха и готовность работать над ошибками гарантирует эффективное обучение.

Согласившись с идеей Двек о разграничении фиксированного и гибкого мышления, психолог из Мичиганского университета Джейсон Мозер исследовал нейронные механизмы, лежащие в основе разных типов реакций на ошибки. Он проследил взаимосвязь между типом мышления человека и его реакцией на ошибки.

Участники его эксперимента должны были выполнять задания, в которых легко ошибиться. В это время Мозер с помощью энцефалограммы анализировал нейронные сигналы, участвующие в обработке ошибок: рефлекторную регистрацию ошибки ERN (error-related negativity) и осознанную реакцию на ошибку Pe (error positivity). Первый сигнал показывает конфликт между правильным и ошибочным ответом, он возникает приблизительно через 50 миллисекунд после допущения ошибки. Второй сигнал регистрируется через 100–600 миллисекунд после ответа и указывает на осознание ошибки и концентрацию внимания на ней.

Согласно исследованиям сигналы ERN и Pe, скорее всего, генерирует передняя поясная извилина коры — зона, которая участвует в мониторинге поведения и сигнализирует о том, что нужно усилить когнитивный контроль.

В эксперименте Мозера уровни сигналов ERN и Pe коррелировали с более сосредоточенными и более точными ответами, следующими за ошибками. Оказалось, что чем выше амплитуда ERN- и Pe-сигналов, тем более эффективен процесс обучения.

Мозер подтвердил теорию Кэрол Двек: его эксперимент доказал, что обладатели гибкого мышления больше сосредотачиваются на ошибках и демонстрируют большую точность ответов после ошибок, то есть лучше учатся. Амплитуда сигнала Pe у них в среднем равна 15 пунктам, тогда как у носителей фиксированного мышления — 5. Ошибившись, «гибкие» люди сразу же сосредотачиваются, обрабатывают ошибку и после этого демонстрируют прирост точности.

Работа Мозера показала, что ошибки являются важной составной обучения и развития. Если их избегают или воспринимают как показатель отсутствия способностей к определенному занятию, эффективность обучения заметно снижается.

Именно ошибки запускают нейроактивность, отражающую процесс обучения. На субъективном уровне мы воспринимаем ошибку как «что-то пошло не так», но именно это «не так» на нейронном уровне содействует наиболее активным процессам. Для обучения ценнее всего именно ошибки: этот процесс построен на провалах, а не на успехе. Упускать возможность неудачи, пытаясь всё делать правильно и безошибочно, — значит упустить возможность обучения и развития.

Ниже на схеме из эксперимента Мозера видна разница в уровне интенсивности реакции мозга на ошибку у людей с фиксированным и гибким мышлением.

Кэрол Двек описала это различие так:

«Слева вы видите студентов с фиксированным мышлением. Активность практически отсутствует. Они бегут от ошибок. Они не хотят с ними связываться. Справа же вы видите студентов с гибким мышлением — тех, кто убежден, что способности можно развивать. Они полностью погружены в процесс. Их мозг охвачен идеей „пока нет“. Они глубоко вовлечены. Они обрабатывают ошибку. Они на ней учатся и исправляют ее».

Как ни странно, теория Двек о гибком и фиксированном мышлении и ключевой роли ошибок в его усовершенствовании крайне популярна. Вероятно, это связано с тем, что Двек предлагает путь к успеху (от фиксированного мышления к гибкому), утверждая, что способность нашего мозга к преобразованию ограничена только нашими внутренними барьерами, которые можно преодолеть, перестав бояться ошибок.

Но в действительности поводов для оптимизма в теории Двек мало, ведь она констатирует, что для освоения нового знания нет другого пути, кроме как пройти через изматывающую фазу ошибок, и чем больше растет гибкость, тем болезненнее эта фаза.

В мозге нашли «пусковой механизм» сознания

Func — Thu, 07 May 2020 08:47:35 GMT

Группа ученых под руководством Юрия Саальманна, доцента Университета Висконсина в Мэдисоне, провела серию экспериментов по стимуляции мозга макак, пытаясь определить области, которые отвечают за сознание. Мозг макаки очень схож с человеческим мозгом, что делает его подходящей моделью для экспериментов.

Команда проводила электрическую стимуляцию мозга обезьян, когда животные бодрствовали, спали и находились под наркозом. В отличие от прошлых исследований, ученые регистрировали активность из нескольких областей мозга одновременно. «Мы решили выйти за рамки классического подхода, когда регистрируются результаты только по одной области за один раз, — сказал Юрий Cаальманн. — Мы одновременно записывали показатели из нескольких областей, чтобы увидеть поведение нейронной сети».

Задача состояла в определении «минимальных механизмов», необходимых для активации сознания. Для этого исследователи проверили, может ли стимуляция определенных участков мозга заставить обезьян очнуться от наркоза. Электроды были специально сконструированы таким образом, чтобы имитировать мозговую активность, которую обезьяны проявляют во время бодрствования.

«Это позволило нам напрямую управлять сознанием животных и фиксировать изменения в коммуникативном и информационном потоке с очень высокой степенью пространственной и временной специфичности», — объяснила соавтор исследования Мишель Рединбо, исследователь из Висконсинского университета в Мэдисоне.

Когда команда электрически стимулировала часть мозга, называемую центральным латеральным таламусом, расположенную в переднем мозге, обезьяны просыпались: они открывали глаза, моргали, вытягивали руки, гримасничали, а приборы показывали измененные жизненные показатели.

«Мы обнаружили, что, стимулируя эту крошечную область мозга, мы можем разбудить животных и восстановить всю мозговую активность, которая обычно видна в коре головного мозга во время бодрствования, — сообщил Юрий Саальманн в интервью Cell Press. — Они вели себя точно так же, как если бы не спали. Когда мы выключили электрическую стимуляцию, животные сразу же вернулись в бессознательное состояние».

«Эта область мозга может функционировать как „двигатель сознания“, — считает Мишель Рединбо. — Хотя прошлые исследования показали, что электрическая стимуляция может пробудить мозг человека и животных, новые открытия уникальны, поскольку они показывают, какие специфические нейронные взаимодействия кажутся минимально необходимыми для активации сознания».

Команда заявила, что полученные результаты могут иметь много применений в будущем, но необходимы дополнительные исследования.

«Главная мотивация этого исследования — помочь людям с расстройствами сознания жить лучше, — сказала Мишель Рединбо в интервью Cell Press. — Мы должны начать с понимания минимального механизма, который необходим для активации сознания, чтобы правильная часть мозга могла быть вычислена клинически. Вполне возможно, что мы сможем использовать такие электроды для стимуляции глубокого мозга, чтобы вывести людей из комы. Результаты также могут быть полезны для разработки новых способов наблюдения за пациентами под клинической анестезией, чтобы убедиться, что они находятся в безопасном бессознательном состоянии».

Евгения Заковоротная

https://vk.com/@sysblok-v-mozge-nashli-puskovoi-mehanizm-soznaniya

Источники

Человеческий мозг предсказывает будущее

Func — Thu, 17 May 2018 11:14:49 GMT

Ученые Стэнфордского университета (США) обнаружили удивительную способность нашего мозга предсказывать исход будущих событий, например, результатов голосования или сбора средств на Kickstarter.

Для того чтобы понять, способны ли мы предвидеть колебания финансового рынка или поведение группы людей, Брайан Кнутсон и его команда сканировала мозг 30 добровольцев в то время, когда они принимали решение о вложении средств в 36 проектов на Kickstarter. Когда краудфандинговые кампании завершились, выяснилось, что 18 из них набрали достаточную сумму для реализации замысла. При этом каким-то образом участники эксперимента знали это заранее — ученые обнаружили активность в определенной области мозга в тех случаях, когда подопытные размышляли над успешным в будущем проектом.

Помог биологам обнаружить эту нейронную активность алгоритм, который они разработали и протестировали на аналогичных проектах. Он оказался способен предсказывать, какие из кампаний на Kickstarter получат финансирование, с точностью 59,1%. Люди показали чуть худший результат. Их прогноз совпал с реальностью только в 52,9% случаев. Команда Кнутсона была так поражена открытием, что повторила опыт с другими участниками и получила тот же результат, пишет New Scientist.

Точного объяснения этого феномена у ученых нет. Возможно, дело в том, что человек при принятии решения взвешивает разные факторы, и не всегда прислушивается к «мнению» прилежащего ядра — группы нейронов мозга, которая и отвечает за предсказания, когда размышляет о финансировании проекта и о том, поддержат ли его другие люди. Поскольку активность этой области мозга происходит в самом начале процесса принятия решения, она не выходит на поверхность сознания и не всегда становится определяющей. Однако в среднем люди скорее склонны к ней прислушиваться.

Исследовав зрительную кору головного мозга, ученые нидерландского университета пришли к выводу, что мы в буквальном смысле можем предвидеть будущее — восполнять пробелы в том, что происходит перед нашими глазами, еще до того, как событие совершилось.

Источник: Scanning your brain can predict what will happen in the future

https://www.newscientist.com/article/2144723-scanning-your-brain-can-predict-what-will-happen-in-the-future/

Шмелей научили играть в футбол

Func — Sun, 23 Jul 2017 07:50:03 GMT

Учёные натренировали шмелей играть в футбол — таким необычным способом они продемонстрировали, что насекомые могут обучиться даже тем задачам, которые совершенно бесполезны в дикой природе. Быстрее всего шмели осваивали игру, наблюдая за сородичами, причём испытуемые не просто копировали чужое поведение, а находили более эффективный способ достичь цели. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

В ходе предыдущих исследований насекомые показали, что способны к примитивным формам концептуального обучения и социальному обучению. Но в большинстве экспериментов учёные использовали элементы, которые встречаются в дикой природе, и нельзя было исключить вероятность того, что испытуемые успешно решают задачи, потому что в той или иной форме сталкивались с ними раньше.

Учёные из Лондонского университета королевы Марии (Queen Mary University of London) разработали серию экспериментов, максимально далёких от привычной жизни земляных шмелей (Bombus terrestris). Они поместили насекомых на небольшую круглую платформу, на которой лежал жёлтый деревянный шарик. Если шмель сдвигал шар в небольшой круг в центре платформы, он получал награду — каплю сладкого раствора. Первую группу испытуемых экспериментаторы тренировали сами. Они передвигали «модельного шмеля» — пластиковую фигурку, прикреплённую к прозрачной палочке — и показывали насекомым, что нужно делать.

Убедившись, что шмели в состоянии освоить задачу, учёные приступили ко второй стадии эксперимента. На этот раз они помещали тренированное насекомое на платформу, на которой на расстоянии 2, 4 и 7 сантиметров от центра находились три жёлтых шарика. Двигать можно было только самый дальний — остальные были намертво приклеены. Пока шмель-инструктор тащил дальний шарик к центру и получал награду, за ним наблюдала необученная особь. Затем таких «наивных» насекомых по одному сажали на другую площадку, по которой можно было свободно передвигать все три шарика. Исследователи хотели проверить, будут ли шмели просто копировать поведение сородичей или найдут более эффективный способ получить награду.

К радости учёных, насекомые не только разобрались, что от них требуется, пока смотрели на товарищей, но и быстро сообразили, как облегчить себе задачу. Шмели выбирали ближайший к центру шар и получали сладкий раствор без особенных усилий. «Они не просто слепо копируют, они совершенствуют», — комментирует один из авторов работы, эколог Олли Лоукола (Olli Loukola). «Это и правда напоминает эмуляцию цели», — говорит Кэнь Чэн (Ken Cheng), имея в виду действия, направленные на достижение цели, а не на подражание. Чэн изучает работу нервной системы животных в Университете Маккуори (Macquarie University), он не принимал участия в исследовании.

Интересно, что шмели учатся гораздо успешнее, когда наблюдают за сородичами. Для сравнения учёные показывали другой группе насекомых, что нужно делать, двигая шарик с помощью магнита, расположенного под платформой. Эти особи тоже в конце концов решали задачу, но на это уходило почти в два раза больше времени (84 секунды против 47), а попытки реже оказывались успешными (78 против 99). Меньше всего сладкой воды досталось шмелям, которых вообще не обучали — они выполняли задачу в три раза хуже, чем те, у кого был живой инструктор. «Социальная информация очень помогла», — говорит один из авторов исследования, Клинт Перри (Clint Perry).

Исследователи и раньше знали, что шмели способны к социальному обучению. В октябре прошлого года эта же научная группа опубликовала статью о том, как насекомые учили друг друга дёргать за кольца, чтобы получить нектар. Но если тогда учёные тренировали шмелей поэтапно, шаг за шагом, то теперь такого подробного инструктажа не требовалось. Испытуемые просто наблюдали, применяли и совершенствовали технологию. «Результаты как бы говорят, что маленькие мозги не обязательно проще устроены, — говорит Перри. — Эти миниатюрные мозги могут достичь гораздо большего, чем нам кажется».

Источник

Шмели перенимают новые знания от товарищей

Func — Sun, 23 Jul 2017 07:43:32 GMT

Международная группа этологов провела серию интересных экспериментов на шмелях. В этих экспериментах шмели должны были освоить нехарактерный для них поведенческий алгоритм — научиться вытягивать из-под низкого столика за ниточку кормушку с сиропом.

Суть экспериментов состояла в следующем. Сначала необученных шмелей тренировали выполнять необычное для них действие — вытягивать за ниточку из-под прозрачной плексигласовой крышки кормушку с сиропом. Обучение проходило в четыре этапа (рис. 2), и в результате больше половины шмелей смогли освоить этот трюк.

Рис. 2. Этапы обучения шмелей новому навыку. На нулевом этапе шмели учились связывать получение корма с обликом экспериментальной кормушки — синего искусственного цветка. На первом этапе цветок был наполовину задвинут под крышку столика, и можно было вытянуть его одним движением за ниточку. На втором этапе цветок задвигали под столик на 75%, на третьем — целиком, а на последнем из-под стола торчала только ниточка (на видео из дополнительных материалов к обсуждаемой статье можно увидеть, как шмель справляется с 4 этапом). Из 40 шмелей 32 перешли на второй этап, обучившись манипулировать ниточкой с помощью передних лапок и челюстей, на третий и четвертый этапы перешли 29 и 28 шмелей соответственно. Полностью прошли обучение 23 шмеля. Рисунок из обсуждаемой статьи в PLoS Biology

Без обучения шмели не могли пройти этот тест: лишь два шмеля из около трехсот испытанных смогли вытащить кормушку за ниточку без всяких промежуточных тренировочных этапов.

Итак, экспериментаторы научили шмелей необычному трюку, который случайным образом они бы вряд ли выполнили. Далее им нужно было проверить, могут ли шмели научить друг друга чему-нибудь. Для этого рядом с кормушкой ставили прозрачную коробочку со шмелем, который до того в тренировках не участвовал, а к кормушке выпускали обученного шмеля. «Ученик» мог видеть действия умелого товарища. Затем и его самого выпускали к кормушке.

Более половины (60%) учеников-наблюдателей справлялись с задачей с первого раза. Правда, им требовалось для ее выполнения существенно больше времени, чем учителю. Но это понятно — они ведь только видели, как кормушка вытягивается за ниточку, но сами манипуляции лапками и челюстями ученику приходилось осваивать самостоятельно. Как показал анализ видеозаписей, шмель-ученик осваивал новый трюк методом проб и ошибок: имея в виду конечную цель, он пробовал разные манипуляции, и в конечном итоге находил успешный вариант (см. видео, на котором ученик выполняет задание, вылетев после наблюдения за демонстратором; видно, что задача дается ему не сразу, а только после нескольких неудачных целенаправленных попыток)

Шмель-учитель оказывается важным элементом обучения: если убрать демонстратора из схемы и просто вытягивать кормушку за ниточку, то шмель-наблюдатель не воспримет успешный алгоритм действия. Он будет суетиться вокруг столика с кормушкой, пытаясь залезть под него. Ни один из наблюдателей в эксперименте без учителя не справился с задачей.

Ученые попытались выяснить, насколько осмысленно обучение — то есть действительно ли ученики «понимают», зачем им нужна веревочка, или все-таки не очень. В частности, это проверяли, меняя направление веревки. Эта серия экспериментов показала, что если веревка лежит так же, как и в период обучение, то почти все (92%) шмели-ученики сразу летят к ней. А вот если направление веревки было другим, то сразу к ней летело всего 28,5% шмелей. Это мало отличается от случайного выбора из четырех вариантов (25%). Получается, что шмелям важнее, «где тянуть», чем «что тянуть».

В целом, совокупность экспериментов свидетельствует о том, что шмели могут набираться знаний, глядя на действия успешного демонстратора. Примерно так обучаются искусству приготовления суши: ученики просто находятся рядом и наблюдают, как день за днем мастер готовит суши (см. книгу Франса де Вааля The Ape and the Sushi Master: Cultural Reflections by a Primatologist).

Важно было проверить, как распространяется новое знание в шмелином обществе, будет ли оно передаваться от особи к особи. Если этого нет, то речь может идти не о культуре или социальном научении, а лишь о выработке условного рефлекса, пусть и очень хитроумного. В три колонии шмелей посадили по одному обученному демонстратору и затем выпускали шмелей случайными парами к кормушке с ниточками. Через некоторое время большинство особей в колонии освоили новый трюк. Так как все парные полеты записывались и все шмели имели индивидуальные метки, то можно было легко проследить, как идет распространение знаний. Обучать, как выяснилось, могли не только первоначальные носители знаний, но и их ученики, и ученики учеников (рис. 3). И даже больше — во время эксперимента один из трех изначальных демонстраторов умер, но распространение навыка в этой колонии все равно продолжалось. И это — доказательство возможности поддержания нового поведенческого алгоритма в череде восприемников даже после исчезновения первого носителя навыка.

Рис. 3. В такой последовательности шмели одной из колоний перенимали навык вытягивания кормушки из-под столика. Первый демонстратор обозначен желтым, его успешные ученики — оранжевым, их ученики — розовым, а их ученики — голубым. Толщина линий показывает число совместных полетов к кормушке, осуществленных данной парой, а размер кружков — число парных полетов, осуществленных данной особью. Номера — обозначения особей. Рисунок из обсуждаемой статьи в PLoS Biology

Ученые заключают, что способность особей к передаче друг другу сложных навыков, минуя генетическое наследование, служит основой для появления культуры. Эта способность проявляется тогда, когда конкретный навык становится важным и осуществимым. Если бы в случае английских синиц — любительниц утреннего молока — крышки оказались бы не из фольги, а из железа, или если бы лишь редкие англичане заказывали молочнику утреннее молоко, то у синиц не было бы ни возможности, ни стимула распространять и поддерживать необычный поведенческий алгоритм. А если бы англичане решили закрывать свои цветы низкими столиками, снабжая цветочки нитями, то английские пчелы наверняка прославились бы привычкой вытягивать себе цветы из-под столика. Механизм культурной передачи состоит из нескольких простых элементов — способности к обучению, действиям методом проб и ошибок, повышенному вниманию к поведению особей своего вида. Данные элементы свойственны многим, если не всем животным. Потому представления о процессе становления человеческой культуры на базе эволюционного развития простых поведенческих элементов, имеющихся у многих животных, видятся очень продуктивными.

Источник: S. Alem, C. J. Perry, X. Zhu, O. J. Loukola, T. Ingraham, E. Søvik, L. Chittka. Associative Mechanisms Allow for Social Learning and Cultural Transmission of String Pulling in an Insect // PLoS Biology. 2016. DOI: 10.1371/journal.pbio.1002564.

Елена Наймарк

Источник

Открытие 2004 года: шмели способны учиться друг у друга

Func — Sun, 23 Jul 2017 07:38:28 GMT

Так же, как путешественники выясняют, какой ресторан хорош по числу машин на его стоянке, шмели решают, на какой цветок лететь, наблюдая — к каким цветам больше «посетителей» — открыли Бредли Уорден (Bradley D. Worden) и его коллеги из университета Аризоны (University of Arizona).

Живой шмель (слева) питается у хлопкового фитиля с сахарной водой на искусственном цветке. Справа — модель шмеля, словно бы кормящегося тут же (фото Brad Worden).

Это первое свидетельство того, что насекомые могут учиться, только лишь наблюдая за поведением других насекомых.

Шмели, которые видели приём пищи «коллег» на зелёных искусственных цветах, имели в два раза больше шансов полететь затем именно на эти зелёные цветы, вместо привлекательных для них оранжевых, когда приходила их очередь собирать нектар.

Это удивительно — сложное поведение и, более того, способность к обучению происходят от очень маленького мозга.

«Слова Чарльза Дарвина были вдохновением для исследования, — сообщил Уорден, — он как-то предположил, что медоносные пчёлы наблюдали за шмелями и учились у них».

Наблюдая за насекомыми в поле, Уорден также пришёл к выводу, что пчёлы видят и копируют поведение других пчёл.

«Пчёлы и шмели — социальные существа, — говорит биолог. — Мы знаем, что они общаются друг с другом, по крайней мере, в гнезде (улье), но никто никогда не смотрел — а вне колонии, обращают ли пчёлы внимание на то, что делают другие?». Так родился эксперимент, проверяющий размышления Дарвина.

С помощью нескольких «цветов» — зелёных и оранжевых, со сладкой водой и без, в разных комбинациях, а также при помощи прозрачного устройства, позволяющего одним пчёлам наблюдать за действиями других, но не позволяющего сразу вылететь вслед за ними — учёные установили, что насекомым не безразлично — на какие именно цветы садятся их товарищи.

Чтобы исключить влияние запаха насекомых, исследователи повторили опыт с искусственными подсадными шмелями.

В то время как пчёлы выполняют танец, чтобы показать другим пчёлам в улье расположение хороших цветов, шмели так не поступают. Уорден размышляет, что наблюдение за собратьями в поле может быть особенно важным именно для шмелей.

Оригинальное суждение Дарвина, что одна разновидность пчелы может наблюдать и учиться у другой разновидности — ещё нуждается в проверке. Но такое наблюдение действительно расширило бы источники информации колонии о полезных цветах – полагают авторы работы.

Эксперименты Б. Либета о "свободе воли"

Func — Thu, 20 Jul 2017 10:41:14 GMT

-> Возможно, эксперименты со свободой воли и не в состоянии ответить на вопрос, действительно ли мы являемся хозяевами своей судьбы, но они демонстрируют, насколько мало нам известно о собственном уме, подчеркивает корреспондент BBC Future.

Речь пойдет об одном из самых известных экспериментов в области нейробиологии, до сих пор вызывающем ожесточенные научные споры. В 1983 г. американский психолог Бенджамин Либет показал, что наше ощущение свободы воли на самом деле, возможно, является иллюзией.

В эксперименте, поставленном Либетом, было три важных компонента: ситуация выбора, измерение активности головного мозга и часы.

Ситуация выбора заключалась в том, что испытуемому предлагалось на выбор пошевелить левой или правой рукой. В оригинальной версии эксперимента участники шевелили запястьем; в некоторых последующих версиях нужно было поднять палец на левой или правой руке.

частников эксперимента Либета предупредили о том, "что желание пошевелить рукой должно возникнуть спонтанно", и что они не должны ни планировать движение заранее, ни концентрироваться на том, в какой именно момент его произвести.

Точный момент шевеления запястьем фиксировался по сокращению мышц при помощи прикрепленных к рукам датчиков.

Изменения мозговой активности замерялись при помощи электродов, прикрепленных к голове над двигательной областью коры головного мозга (примерно над теменем).

Когда человек решает произвести движение, в мозге возникают электрические сигналы - так называемый потенциал готовности. Причем сигналы различаются для правой и левой половин, и эта разница очевидна при анализе мозговой активности.

Часы были сконструированы таким образом, чтобы испытуемые могли определять время с точностью до долей секунды. Световая точка на циферблате пробегала полный круг каждые 2,56 секунды. Определив положение точки на циферблате, можно было определить и точное время.

Если исходить из предположения, что человек способен определить положение точки с точностью до угловой величины в 5 градусов, то такие часы можно использовать для измерения времени с точностью до 36 миллисекунд, то есть 36 тысячных секунды.

Либет ввел в свой эксперимент еще один фактор. Участников попросили, пользуясь часами, сообщить о точном времени, когда они приняли решение пошевелить запястьем.

Анализ мозговой активности испытуемых показал, что решение пошевелить запястьем, как правило, принималось ими до того, как они осознавали, что произвели это движение.

Физиологи к тому времени уже несколько десятилетий знали, что потенциал готовности в мозге возникает за доли секунды до того, как человек производит движение.

То же самое выявил и эксперимент Либета - потенциал готовности возникал за доли секунды до того, как регистрировалось движение запястьем.

Однако самое удивительное выяснилось при анализе сообщений участников о том, когда именно они, по их мнению, решали произвести движение. Это происходило в промежутке между возникновением потенциала готовности и собственно движением.

Иными словами, субъективное ощущение принятия решения пошевелить запястьем возникало позже, чем потенциал готовности. В каком-то смысле решение уже было принято до того, как испытуемые это осознавали.

В действительности ли участники эксперимента сознательно принимали решение, или же их ощущение свободы выбора было всего лишь иллюзией? Споры об этом продолжаются и поныне.

Эксперимент Либета - не единственное научное исследование, дающее пищу для споров о свободе воли в контексте нейробиологии, но его простота и наглядность не дают покоя и тем, кто полагает, что принадлежность человека к биологическим существам налагает определенные ограничения на наше волеизъявление, и тем, кто думает, что свобода воли не настолько зависит от биологии.

Отчасти удивление, которое вызывают результаты эксперимента Либета, связано с двумя весьма распространенными убеждениями относительно природы ума.

Первое из них - это интуитивное ощущение того, что человеческий ум существует отдельно от материального тела.

Именно из-за этого дуализма люди склонны представлять себе ум как нечто чистое и абстрактное, не стесненное биологической оболочкой.

Данную иллюзию легко разрушить, если вспомнить о том, что люди, испытывающие голод, частенько бывают не в духе, но все же это убеждение очень прочно укоренилось в нашем сознании. Иначе нас не удивляло бы то, что нашим мыслям и переживаниям соответствуют электрические импульсы в головном мозге.

Если бы мы действительно искренне верили в то, что ум находится в мозге, мы бы воспринимали как должное тот факт, что каждое изменение состояния ума сопровождается мозговой активностью.

Второе распространенное убеждение - это уверенность в том, что мы достаточно знаем о собственном уме.

Мы верим в то, что возникающее у нас субъективное чувство принятия решений - достоверный источник информации о том, каким именно образом эти решения принимаются.

Ум подобен машине: пока он работает без сбоев, мы находимся в счастливом неведении относительно механизмов его функционирования. Лишь столкнувшись с ошибками или противоречиями, мы догадываемся заглянуть под капот.

Почему я не обратил внимания на эту деталь? Как я мог забыть имя того человека? Или же: почему ощущение принятия решения возникает после возникновения потенциала готовности?

Нет причин полагать, что наше восприятие собственного ума является абсолютно объективным. Напротив, психология дает нам большое количество примеров того, как часто мы ошибаемся.

Ощущение принятия решения, возникающее в эксперименте Либета, может быть совершенно иллюзорным - возможно, на самом деле решение каким-то образом принимает мозг без осознанного участия его владельца.

Или же просто имеет место задержка между процессом принятия решения и возникновением соответствующего ощущения.

Сам по себе факт того, что наше восприятие момента принятия решения не соответствует истинному моменту, не обязательно означает, что мы так или иначе не принимали непосредственного участия в этом процессе.

Об эксперименте Либета с каждым годом выходит все больше научных статей. Он дал жизнь целой академической отрасли, изучающей свободу воли с нейробиологической точки зрения.

Нет недостатка и в критике применимости эксперимента к повседневной свободе выбора. Даже сторонники Либета вынуждены признать, что ситуация, использованная в его эксперименте, возможно, слишком искусственна для того, чтобы достоверно моделировать реальные ситуации выбора, с которыми все мы сталкиваемся каждый день.

Но этот простейший эксперимент продолжает питать научные споры и побуждать ученых к выдвижению новых гипотез относительно связи между свободой выбора и мозговой деятельностью.

А все потому, что Либет наглядно показал, насколько более сложен человеческий ум, чем он нам представляется.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Том Стаффорд BBC Future

Кен Уилбер о трех языках описания реальности.

Func — Mon, 17 Jul 2017 07:54:07 GMT

-> Как утверждает известный американский философ и психолог Кен Уилбер (автор т.н. интегрального подхода) для того, чтобы более-менее полно описать любой достаточно сложный феномен реальности, необходимо использовать три различных языка, которые Уилбер называет «это-язык», «я-язык» и «мы-язык».

«Это-язык» – объективный, нейтральный язык эмпирических и аналитических наук – от физики и биологии до экологии, социологии и теории систем. Это-язык описывает объективные, «внешние» стороны явлений и отношения между ними. «Я-язык» – язык описания субъективных процессов и восприятий. Если это-язык служит для описания феномена «снаружи», то я-язык – для описания «изнутри». «Мы-язык» – интерсубъективный, он предназначен для описания коллективного мировоззрения, ценностей в рамках той или иной культуры. Для того, чтобы хоть немного приблизиться к пониманию феномена сознания, нам нужно описать все три его стороны: объективную, субъективную и интерсубъективную. Описание сознания на это-языке – это то, чем занимается современная нейронаука. К описаниям на я-языке тяготеет классическая психология, которая фокусируется на эмоциях и переживаниях. На мы-языке говорим об интеллекте – мере того, насколько эффективно сознание способно справляться с задачами, которые считаются ценными в данной культуре. Ни один из этих языков не является более важным, чем другие, и ни один из них невозможно выразить через термины остальных.Приведем следующую обширную выдержку из его книги "Краткая история всего":

Глава 8 Добро, истина и красота

В: Я хочу перейти к более высоким, или надличностным, стадиям развития сознания. Но, прежде чем мы сделаем это, давайте выясним вот что: вы сказали, что есть очень простой способ подвести итог разговору об этих четырех секторах, об их истинах и критериях законности, обо всем этом!

КУ: Да. Вот основные различия: все на правой стороне может быть описано на языке «это». Все содержимое верхнего левого сектора может быть описано на языке «я». И все, что присутствует в левом нижнем секторе, может быть описано на языке «мы».

В: Я, мы и это. Это достаточно просто.

Большая Тройка

В: Эти три языка перечислены на внутренних углах рисунка 7—1.

КУ: Да. Язык «это» — объективный, нейтральный, приспособленный для описания поверхностей без глубины. Это стандартный язык эмпирических, аналитических и системных наук, от физики и биологии до экологии и кибернетики, от позитивистской социологии до бихевиоризма и теории систем.

Другими словами, это монологический язык. Он представляет собой монолог по поводу поверхностей, по поводу «это». Это-язык описывает объективные внешние стороны явлений и отношения между ними, наблюдаемые поверхности и модели, которые могут быть замечены при помощи органов чувств или их инструментальных расширений, не зависимо от того, находятся ли эти эмпирические поверхности «внутри» нас, как, например, мозг или легкие, или «вне» нас, как, например, экосистемы. Даже информация, проходящая по информационным каналам, может быть описана на это-языке. Информация, на самом деле, определяется как отрицательная энтропия. Вашего присутствия для описания языка информации не требуется.

Язык «я», с другой стороны, обязательно предполагает ваше присутствие, ваше сознание, ваше субъективное понимание. Все в верхнем левом секторе может быть описано на языке «я», на языке внутренней субъективности. Субъективный компонент любого холона — это «я»-компонент.

Конечно, это «я», самость или субъективность становится все более развитой с увеличением глубины — у обезьяны больше самости, чем у червя, — но суть в том, что этот компонент «я» в любом случае не может быть описан на языке «это». Подобное описание превратило бы субъект в простой объект, все мы инстинктивно сопротивляемся этому, и сопротивляемся довольно настойчиво. Субъекты должны быть поняты, тогда как объектами просто управляют.

В: Техники из лаборатории...

КУ: Да, это один из примеров. Ваше «я» рассматривается как «это». Относится ли это к индивидам или к коллективным субъектам большой и прекрасной сети, люди инстинктивно понимают, что такое пренебрежение опасно.

В: А каков третий язык?

КУ: Третий язык, или язык «мы», относится к левому нижнему сектору, к культурному, или интерсубъективному, измерению. Верхний левый сектор представляет собой видение мира с точки зрения «я»; нижний левый сектор — это мир с точки зрения «мы». Это коллективное мировоззрение, которое наследуется вместе с определенным временем и местом рождения в какой-то культуре. Конечно, мировоззрения развиваются, и поэтому мы уже рассматривали архаичное, магическое, мифическое и рациональное мировоззрения.

Итак, у нас есть эти три фундаментальных языка, и они весьма различны, так как относятся к различным областям. Нежелание различать эти языки вызвало огромное количество споров и неразберихи.

В: Вы называете их «Большой Тройкой».

КУ: Да. Большая Тройка — это упрощенная версия четырех секторов, в которой оба сектора правой стороны рассматриваются как объективное внешнее «это». Поэтому для простоты эти четыре сектора можно иногда считать как три, как Большую Тройку — я, мы и это.

Значит, когда мы говорим, что каждый индивидуальный холон состоит из четырех секторов, в более простой форме представляет собой Большую Тройку, мы имеем в виду, что у каждого холона есть эти аспекты или стороны, которые могут быть описаны только на различных языках. И причина, по которой мы не можем свести ни один из этих языков к другим, есть та же самая причина, по которой мы не можем сводить ни один из секторов к другим. Поэтому мы можем описать холон адекватно и полно только в том случае, если мы используем все три языка для описания всех его секторов. Не следует ставить один сектор или один язык в привилегированное положение, что, конечно же, обычно и происходит.

В: Итак, Большая Тройка. Вы указали на огромное число соответствий внутри этой тройки, например, мораль, наука и искусство, или платоновские понятия Благо, Истина и Прекрасное.

КУ: Да. Вот только некоторые из многочисленных форм Большой Тройки:

(верхний левый сектор):

сознание, субъективность,

самость и самовыражение

(включая искусство и эстетику), правдивость, искренность.

Мы

(нижний левый):

этика, мораль, мировоззрение,

общий контекст, культура;

интерсубъективное значение,

взаимное понимание,

общепринятое, справедливость.

Это

(правая сторона):

наука и техника, объективная природа,

эмпирические формы

(включая мозг и социальные системы),

логическая истина

(функциональное соответствие).

Наука — эмпирическая наука — имеет дело с объектами, с «этим», с эмпирическими закономерностями. Мораль и этика касаются «нас» и нашего интерсубъективного мира. Искусство связано с прекрасным с точки зрения наблюдателя, «Я». И, по существу, это укладывается в платоновские представления о Благе (мораль, «мы»), Истине (в смысле логической, или объективной истины) и Прекрасном (эстетическое измерение, которое воспринимается каждым «Я»).

Большая Тройка — это также три мира Карла Поппера: физический (это), ментальный (я) и мир культуры (мы). Кроме того, Большая Тройка — три требования достоверности Хабермаса: объективная истина, субъективная правда и интерсубъективная справедливость.

В качестве примера огромной исторической важности, Большая Тройка обнаруживается в очень влиятельной трилогии Канта — «Критика чистого разума» (объективная наука), «Критика практического разума» (наука о морали) и «Критика способности суждения» (эстетическое суждение и искусство). Можно привести множество примеров, но все они будут иллюстрацией общего принципа Большой Тройки.

В: Хорошо, я хочу очень ненадолго вернуться к фундаментальной парадигме Просвещения, а также ко всей эпохи «современности», и я хочу, чтобы вы объяснили ее с позиции Большой Тройки.

Я думаю, что это очень важно, потому что все подходы в рамках «новой парадигмы» утверждают, что они смогли преодолеть парадигму Просвещения, а вы продолжаете считать, что все они являются полным продолжением этой парадигмы. Вы считаете, например, что теория систем по-прежнему следует парадигме Просвещения. Итак, в терминах Большой Тройки, что такое фундаментальная парадигма Просвещения?

КУ: О, это довольно легкая задача. Фундаментальная парадигма Просвещения сводила все «я» и все «мы» к «это». Господствовавшая в эпоху Просвещения точка зрения утверждала, что всю действительность можно описать на «это»-языке, который один может быть «подлинно реальным». При этом Большая Тройка сводилась к одной большой поверхности, описываемой при помощи «это»-языка. Другими словами, все измерения левой стороны сводились к правой стороне — тонкий редукционизм. Это понятно?

В: Произошел отказ от сознания и морали в пользу науки?

КУ: Да, в некотором смысле так. Но лучший способ понять отрицательные стороны современности и Просвещения состоит в том, чтобы сначала понять положительные их стороны. Каждая стадия эволюции, как вы помните, развивается «диалектически», каждое новое развитие приносит как хорошие новости, так и плохие. И мы уделили внимание некоторым плохим новостям, но это не имеет почти никакого смысла, если мы не будем говорить о соответствующих хороших новостях. Поэтому я хотел бы кратко рассказать о хороших новостях, иначе мы будем заниматься просто антимодернистской риторикой, которая никуда нас не п