Поширене уявлення про те, що людський мозок розвивався шляхом нашарування «розумної» кори на примітивний «рептильний мозок», може виявитися хибним. Нове дослідження, опубліковане в журналі Science Advances, пропонує зовсім інше пояснення еволюції мозку — замість послідовного нарощування нових структур він змінювався завдяки перерозподілу ресурсів між різними типами нейронних мереж.
Дослідники з Технологічного інституту Джорджії проаналізували будову мозку багатьох видів тварин, а також використали моделі штучного інтелекту, щоб зрозуміти, як еволюція змінювала організацію нервової системи. Їхні висновки ставлять під сумнів популярну концепцію «рептильного мозку», яка десятиліттями використовувалася для пояснення людської поведінки.
За словами керівника дослідження Набіла Імама, еволюційні біологи давно сумнівалися у правильності моделі, запропонованої ще у 1950-х роках. Вона стверджувала, що мозок людини складався з окремих шарів: найдавнішого, який відповідає за інстинкти, середнього — за емоції, та новітнього — за логічне мислення. Нові дані свідчать, що така схема надто спрощує реальну картину.
Вчені виявили, що так звана лімбічна система, яку часто пов’язують із емоціями, насправді виконує значно ширший спектр функцій. Вона бере участь у формуванні пам’яті, обробці запахів, просторовій навігації та багатьох інших процесах. Ба більше, її різні ділянки еволюціонують узгоджено, а не як окремі незалежні структури.
Порівняння мозку 182 видів показало цікаву закономірність: у тварин із добре розвиненою лімбічною системою кора великих півкуль зазвичай менш розвинена, і навпаки. Це свідчить не про поступове нарощування нових відділів мозку, а про своєрідний компроміс. Оскільки мозок споживає багато енергії та має обмежений об’єм, еволюція змушена «розподіляти бюджет» між різними нейронними системами залежно від потреб конкретного виду.
Щоб перевірити цю гіпотезу, дослідники створили моделі штучного інтелекту з різною архітектурою. Одні були оптимізовані для обробки просторової інформації, наприклад зору чи слуху, інші — для розпізнавання запахів і роботи з пам’яттю. Результати підтвердили, що різні типи організації нейронних мереж краще підходять для різних завдань.
Моделювання також показало, що коли умовне середовище вимагало покладатися переважно на нюх, система, аналогічна лімбічній, збільшувалася, а коли важливішим ставав зір — активніше розвивалася кора головного мозку. Саме такий механізм, на думку авторів роботи, і пояснює різноманітність будови мозку у сучасних тварин.
Науковці вважають, що їхні результати можуть мати значення не лише для нейробіології, а й для розвитку штучного інтелекту. Сучасні нейромережі здебільшого навчаються на величезних обсягах даних, тоді як біологічний мозок від самого початку має вроджену архітектуру, яка спрямовує процес навчання.
Якщо інженерам вдасться відтворити подібний принцип у системах штучного інтелекту, вони можуть стати ефективнішими та вимагати значно менше даних для навчання. Таким чином, дослідження не лише змінює уявлення про еволюцію людського мозку, а й відкриває нові перспективи для створення інтелектуальних машин нового покоління.