Десятилетиями поп-культура представляла наш процесс принятия решений как клеточный бой между холодным, рациональным «логическим мозгом» и импульсивным, древним «мозгом ящерицы». Но согласно новому исследованию, это примерно так же точно, как советы из печенья с предсказаниями.

Набиль Имам, доцент Школы вычислительной науки и инженерии Технологического института Джорджии и преподаватель Института нейронауки, нейротехнологий и общества (INNS), не верит в слоистую теорию мозга 50-х годов. «Так эволюционный биолог не стал бы думать об этой проблеме», — сказал он, мягко поджигая любимую метафору.

Исследование, опубликованное в Science Advances, предполагает, что эволюция мозга не заключается в наложении новых областей на старые, как в неврологической башне из дженги. Вместо этого речь идет о проводке — и о жесткой конкуренции за ограниченное пространство мозга.

Имам и его коллеги сравнили биологические мозги и искусственные нейронные сети, обнаружив, что эволюция может распределять пространство мозга между двумя конкурирующими стратегиями проводки: пространственными картами (как в неокортексе, которые обрабатывают зрение, звук и осязание) и распределенными сетями «в стиле штрих-кода» (как в лимбической системе, которые обрабатывают обоняние, память и эмоции). Обе стратегии устанавливаются до рождения, что делает мозг не столько чистым листом, сколько уже меблированной квартирой.

Лимбическая система — которую часто лениво объединяют в «рептильный мозг» — контролирует эмоции, но также содержит области для памяти, обоняния, навигации и эмоциональной регуляции. «Почему люди группируют все эти разные области в одну большую систему?» — задался вопросом Имам. Хороший вопрос, учитывая, что теория 70-х годов не совсем выдерживает критики.

Исследователи изучили, как лимбическая система и неокортекс изменяются вместе у 182 видов. Они обнаружили четкую закономерность: когда одна часть лимбической системы была относительно большой, другие лимбические области тоже были большими, в то время как неокортекс уменьшался. Это предполагает скоординированное расширение, а не независимую эволюцию.

Чтобы проверить, что движет этим, они использовали модели ИИ. Сети с локализованными пространственными связями преуспевали в зрении, звуке и осязании, в то время как распределенные сети «штрих-кода» были лучше для обоняния и памяти. Затем они создали мультимодальную сеть, где обе системы конкурировали за «недвижимость». Когда смоделированная среда вознаграждала обоняние, распределенная система расширялась, а неокортекс сжимался; когда предпочиталось зрение, происходило обратное.

Этот компромисс объясняет реальные странности: девятипоясный броненосец, существо, зависящее от обоняния, может похвастаться большой лимбической системой, в то время как беличья обезьяна, полагающаяся на зрение, имеет мозг с преобладанием неокортекса.

Последствия выходят за рамки биологии. Если инженеры смогут имитировать эту предварительно настроенную архитектуру в ИИ, они смогут создавать системы, которые учатся больше как биологические мозги, требуя меньше данных и энергии. «Сегодняшние искусственные нейронные сети обучаются на огромных объемах данных — это вопрос воспитания», — сказал Имам. «Но мозг не является чистым листом... Это смесь природы и воспитания, и природа — это предварительно настроенная архитектура».

Эта работа, совместная с Корнеллским университетом и поддержанная Национальным научным фондом, предполагает, что эволюция мозга — это не столько восхождение по лестнице логики, сколько перераспределение ресурсов в нейронном перетягивании каната. И эта метафора нам по душе.