Comment fonctionne notre cerveau et que se passe-t-il dedans? Sur la base de ce qu'une personne prend des décisions et comment sont-elles conditionnées? Vyacheslav Demin, candidat aux sciences physiques et mathématiques, secrétaire scientifique du complexe Kurchatov des technologies NBIKS du Centre national de recherche "Kurchatov Institute", en a parlé lors d'une conférence au centre éducatif "Sirius". "Lenta.ru" publie des extraits de son discours.
Briser le fossé
Le cerveau se compose d'environ cent milliards de neurones, c'est-à-dire de cellules nerveuses qui reçoivent et se transmettent des informations à l'aide de signaux électriques et chimiques par le biais de processus (dendrites et axones). En se touchant, les neurones créent des réseaux de neurones. Le lieu de contact s'appelle une synapse. Il y a environ un quadrillion de synapses dans le cerveau (un quadrillion est un nombre suivi de 15 zéros, soit un million de milliards). Cela signifie que chaque neurone a environ 10 mille connexions - une illustration très révélatrice de la diversité et de la diversité des connexions d'une seule cellule nerveuse. Une substance qui aide à transmettre des informations est appelée un neurotransmetteur. La science connaît plusieurs centaines de ces substances.
Vyacheslav Demin
La communauté scientifique aborde la question de l'étude du cerveau sous différents angles. Il y a des neurophysiologistes qui considèrent des processus spécifiques au niveau neuronal, ils peuvent être classiquement appelés «matérialistes». D'autre part, il y a des neuropsychologues, ils peuvent être conditionnellement appelés "idéalistes", au centre de leur attention se trouve le monde des idées, l'espace des fonctions cognitives supérieures humaines responsables de la mémoire et de la pensée, de la conscience et du subconscient, des émotions et de la prise de décision, de l'attitude envers soi-même et les autres. … Il existe un écart explicatif fondamental entre la première approche et la seconde. Il est étudié par la cognitologie, une direction scientifique qui s'est récemment développée à la jonction de la neurophysiologie et de la neuropsychologie. Apparemment, c'est la cognitologie qui peut conduire à une percée dans la création de l'intelligence artificielle en premier lieu.
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Trouver la solution optimale
Qu'est-ce que penser? C'est une recherche constante de la solution optimale aux défis auxquels nous sommes confrontés. En règle générale, lors de la prise de la moindre décision, une personne a plusieurs options, avant chaque étape, elle se trouve à la croisée des chemins et le résultat n'est pas prédéterminé. La personne doit faire le meilleur choix. Autrement dit, à chaque seconde, chacun de nous construit un «arbre des possibilités» dans nos têtes, et parfois cet arbre est incroyablement ramifié.
Comment choisir le bon, surtout si l'algorithme de recherche est inconnu? L'intellect utilise ce qu'on appelle l'heuristique. Un exemple des échecs peut être utilisé pour illustrer cela. Sur le plateau, une telle disposition des pièces est possible lorsque Blanc, par exemple, n'a que le roi et les pions, mais que les pions sont placés de manière à ne pas permettre aux Noirs de passer. La personne comprend immédiatement que dans de telles conditions, le résultat le plus favorable et le plus probable du jeu pour les Blancs est un match nul.
Mais le programme informatique Deep Thought, qui a battu plus tard le champion du monde Garry Kasparov, a considéré les situations uniquement d'un point de vue mathématique. Elle a vu que le pion blanc pouvait prendre la tour noire, ce qui conduirait à un affaiblissement notable de l'adversaire et à une amélioration de la position du point. L'ordinateur ne s'est pas rendu compte qu'avec ce mouvement, il ouvrait un trou dans sa défense. En conséquence, il ne pouvait plus compter sur un match nul, reçut un échec et un mat et perdit la partie.
Photo: Carina Johansen / NTB Scanpix / Reuters
Par la suite, les programmeurs ont introduit un algorithme pour les actions dans de telles situations dans l'ordinateur, et la machine n'a plus commis de telles erreurs. L'intelligence naturelle, contrairement à l'intelligence artificielle, est capable de tirer des conclusions de manière indépendante, d'analyser les erreurs et de ne pas les répéter.
Représentation des connaissances
Le deuxième aspect de la pensée est la représentation de la connaissance. Nous regardons tous le monde à travers le prisme de la perception et formons dans notre tête un modèle de processus ou d'objet. Ces opinions sont individuelles. Et quand on réfléchit, on opère avec des modèles, et non avec de vraies données objectives.
Il y a une blague célèbre sur un verre à moitié rempli d'eau. L'optimiste pense qu'il est à moitié plein, le pessimiste à moitié vide. Mais il peut y avoir d'autres idées aussi. Par exemple, un programmeur dira que la capacité est deux fois plus élevée que nécessaire. Les données objectives initiales sont les mêmes, mais les modèles que les gens opèrent sur leur base sont différents. En conséquence, si une certaine tâche est associée au carnet de commandes, les solutions peuvent différer les unes des autres. Il est important de trouver une représentation appropriée, dans laquelle il existe un algorithme qui résout le problème. Dans une autre présentation infructueuse, le problème peut s'avérer extrêmement difficile ou totalement insoluble.
Par conséquent, la réflexion doit être combinée avec l'apprentissage, c'est-à-dire l'accumulation d'informations avec une généralisation ultérieure. Vous pouvez regarder le grand maître à l'infini, noter et mémoriser ses mouvements, puis les rejouer. Mais cela ne vous apprendra pas à jouer aux échecs. Au contraire, les tentatives pour comprendre le système ou les tactiques mêmes du jeu, qui donnent des idées sur la présentation générale des problèmes d'échecs par un grand maître, finiront par donner des résultats positifs avec le temps et la pratique. C'est apprendre.
Types de pensée
Comment se développe la pensée d'une personne? Dans l'enfance - à travers une présentation visuelle et efficace: «J'ai vu - j'ai fait une action». La pensée visuelle-figurative se forme progressivement: «J'ai vu - je me suis souvenu ou présenté des objets liés ou des options d'actions - j'ai réalisé une action». Les objets individuels sont remplacés par des catégories, des représentations, des liens séparés entre eux sont modélisés. La prochaine étape est la pensée verbale-logique complètement abstraite, lorsque pour le processus de pensée lui-même, il n'est plus nécessaire d'effectuer des actions, tout se passe dans l'imagination.
Au milieu du XXe siècle, le psychologue allemand Wolfgang Keller a mené une expérience. À côté de la cage du singe, il a mis une banane et a donné un bâton aux animaux. Ils ont presque immédiatement compris comment atteindre la banane avec un bâton et la pousser dans la cage. Cela s'est produit en raison de la pensée active visuelle: les singes ont pris un bâton et ont expérimenté, trouvant rapidement une solution.
Ensuite, la tâche s'est compliquée: la banane a été mise plus loin, et les singes ont reçu deux bâtons, à partir desquels on pouvait en assembler un long. Ce puzzle était accablant pour la grande majorité. Les singes étaient furieux, mais ne savaient pas quoi faire, sautaient autour de la cage, frappaient les barreaux avec un bâton.
Les plus intelligents s'assirent, réfléchirent et après un moment comprirent ce qu'il fallait faire. Ce moment de transition vers la pensée visuelle-figurative est appelé "commutation gestalt": le singe a arrêté les actions actives, mais chaotiques et inefficaces et a commencé à penser. En d'autres termes, une pensée est une «action réduite», c'est-à-dire une action transférée dans l'imaginaire.
Photo: Depositphotos
C'est ainsi que surgit la pensée universelle: si l'algorithme choisi ne convient pas, le cerveau cherche une nouvelle idée et de nouvelles connexions possibles, voyage le long de «l'arbre des possibilités» jusqu'à trouver une option appropriée. La solution trouvée affecte alors l'environnement extérieur (votre banane) et va (éventuellement avec la nouvelle représentation trouvée) vers la base de connaissances, enrichissant l'expérience personnelle.
Les émotions jouent un rôle important dans la pensée universelle. Ils modulent la cible, la modifient. Imaginez un robot en train d'accomplir une tâche. Soudain, tout commence à exploser devant. La machine ne ressent pas la peur, donc ni l'objectif ni la ligne de comportement ne changent. Explosion - le robot est détruit. Et la personne à sa place essaierait de sauver sa vie pour ensuite terminer la tâche initiale.
Où les informations sont traitées
La première tâche du cerveau est la reconnaissance des formes. Que se passe-t-il si vous voyez, disons, le visage d'une personne? Les informations pénètrent dans la pupille et sont projetées sur la rétine. Le signal est transmis au cortex visuel primaire. Il est situé plus près de l'arrière de la tête et est chargé de ne reconnaître que les objets géométriques les plus simples, tels que, par exemple, des lignes avec différents angles d'inclinaison. Les informations sont filtrées et transmises au cortex visuel secondaire, où des modèles plus complexes sont reconnus, par exemple des demi-cercles.
En outre, les informations traitées sont transmises à la région temporelle du cortex cérébral (c'est la soi-disant voie ventrale de traitement des informations visuelles), où des éléments simples tels que le nez, l'œil et l'oreille sont reconnus. Comment cela peut-il arriver? Il y a des neurones qui ne répondent qu'au nez, il y a des neurones qui ne répondent qu'à l'œil, et ainsi de suite. En même temps, il existe des neurones sans spécialisation particulière, et ils peuvent répondre à la fois au nez et à l'œil.
En conséquence, l'activité de l'ensemble de ces cellules est transmise au cortex orbitofrontal du cerveau dans les lobes frontaux. Là, l'image est réunie et vous reconnaissez le visage dans son ensemble. Au fur et à mesure de leur progression, les informations sont compressées, chaque fois qu'elles sont codées par un plus petit nombre de neurones - elles semblent être archivées. Dans les lobes antérieurs du cerveau, l'entrepôt de diverses images de haut niveau est codé, avec lequel une personne fonctionne finalement.
Le cerveau n'est pas indépendant dans ses actions. Elle est menée par le thalamus, un organe apparié qui se termine dans le mésencéphale de la moelle épinière. Dans le thalamus, des fils sont attachés à chaque section du cortex. Tirant pour eux, il active certains domaines qui sont actuellement responsables de la solution optimale de la tâche en cours.
Mais même le chef d'orchestre n'est pas indépendant. Le thalamus est contrôlé par les soi-disant noyaux basaux (ganglions). Les neurones clés de ces noyaux dépendent fortement de la dopamine, un neurotransmetteur qui provoque un plaisir aigu chez l'homme.
Nous sommes tous dépendants de la dopamine, même si c'est triste de l'admettre, les noyaux basaux veulent toujours beaucoup de dopamine. Mais il se démarque en réponse à la valeur subjective d'une décision particulière dont une certaine zone du cortex est responsable.
Cerveau humain
Image: Diomedia
Si la valeur d'activation d'une section du cortex est élevée, c'est-à-dire que cette décision est supposée optimale pour nous dans la situation actuelle, alors plus de dopamine sera libérée et nous ressentirons de la joie. Qu'est-ce qui détermine la valeur? Tout d'abord, notre expérience. Un petit enfant a une expérience minimale et il se réjouit de presque tout dans le monde, de n'importe quel cube. En étant curieuse, une personne essaie différentes options, renforce celles qui apportent des bénéfices subjectifs et, par conséquent, libère de la dopamine, et évite celles qui, au contraire, provoquent des sensations désagréables ou douloureuses. Au fur et à mesure que vous mûrissez et acquérez de l'expérience, la barre de valeur augmente.
Deuxièmement, la valeur est déterminée par les émotions (et pas seulement par les émotions positives): plus elles sont brillantes, plus la valeur est élevée. Par conséquent, un autre régulateur neurophysiologique suit - les zones du cerveau responsables des émotions (amygdales, hippocampe, lobes antérieur et temporal du cortex, et autres).
Il s'avère que le cerveau, en train de trouver la solution optimale à la tâche qui l'attend, fonctionne comme un système autorégulé. D'une part, il utilise la connaissance de l'expérience (c'est-à-dire des parties correspondantes du cortex), d'autre part, il pèse ces décisions à travers le système de l'expérience des émotions (y compris la même partie et d'autres parties du cortex et des organes du système limbique du cerveau). Tout cela est collecté par les noyaux basaux, et à travers le thalamus, le «feu vert» est donné pour activer la zone du cortex qui apporte la plus grande récompense aux neurones dopaminergiques dans les structures cérébrales basales et autres.
Cervelet
Le cervelet joue un rôle extrêmement important. On pense qu'il est responsable de la coordination des mouvements, du sens de l'équilibre et de l'équilibre. Mais on sait que dans le cervelet, qui ne représente qu'environ 10% du volume du cerveau, pour une raison quelconque, il y a environ deux fois plus de neurones que dans le reste du cerveau - 70 milliards contre 30. Est-ce vraiment que tant de cellules nerveuses sont nécessaires uniquement pour coordonner les mouvements?
Les scientifiques n'ont commencé que récemment à comprendre que le cervelet est responsable non seulement des mouvements, mais en général de tous les automatismes, y compris les «actions raccourcies» - des modèles de réponses mentales issues de la base de connaissances. Par exemple, il ne sera pas difficile pour un athlète entraîné d'effectuer un saut périlleux arrière avec une vis à 360 degrés. Il le fera sans hésitation, car son cervelet extraira les informations du stockage au bon moment, le cerveau recevra les commandes nécessaires et le corps exécutera automatiquement cet élément acrobatique. L'athlète ne pense pratiquement pas, son subconscient travaille.
La même chose semble être le cas avec d'autres automatismes, par exemple avec la parole. Une personne pense en images supérieures et le cervelet lui-même décide de la meilleure façon de le revêtir d'un moyen de communication. En même temps, bien sûr, des centres de traitement de la parole établis de longue date et de manière fiable dans le cortex cérébral sont impliqués, mais en lien étroit avec le cervelet, qui propose en permanence des solutions d'automatisme toutes faites et / ou corrige les erreurs inévitablement survenues en fonction de ces derniers.
