Три заметки
На Постнауке глава из книги Криса Фрита "Мозг и душа. Как нервная деятельность формирует наш внутренний мир". Сама книга давно в очереди на прочтение и только смутное ощущение в момент выбора следующего чтения, что прямо сейчас я это не потяну, заставляет ее откладывать. Но вот попавшуюся на сайте главу прочел не просто с интересом, а и через свой специальный интерес. Глава была посвящена тому, как мозг распознает и оценивает окружающую реальность с приложением к этому процессу теоремы Байеса. Если коротко, то это выглядит приблизительно так: в мозгу возникает предположение, исходящее из предыдущего опыта, потом из предположения возникает предсказание того, что будет дальше. Если предсказание подтверждается, то модель считается соответствующей реальности и предъявляется сознанию. Там это описано подлиннее с примерами и формулами, но меня зацепил следующий абзац:
Наше восприятие зависит от априорных убеждений. Это не линейный процесс, вроде тех, в результате которых возникают изображения на фотографии или на экране телевизора. Для нашего мозга восприятие - это цикл. Если бы наше восприятие было линейным, энергия в виде света или звуковых волн достигала бы органов чувств, эти послания из окружающего мира переводились бы на язык нервных сигналов, и мозг интерпретировал бы их как объекты, занимающие определенное положение в пространстве. Именно этот подход и сделал моделирование восприятия на компьютерах первого поколения такой сложной задачей. Мозг, пользующийся предсказаниями, делает все почти наоборот. Наше восприятие на самом деле начинается изнутри - с априорного убеждения, которое представляет собой модель мира, где объекты занимают определенное положение в пространстве. Пользуясь этой моделью, наш мозг может предсказать, какие сигналы должны поступать в наши глаза и уши. Эти предсказания сравниваются с реальными сигналами, и при этом, разумеется, обнаруживаются ошибки. Но наш мозг их только приветствует. Эти ошибки учат его восприятию. Наличие таких ошибок говорит ему, что его модель окружающего мира недостаточно хороша. Характер ошибок говорит ему, как сделать модель, которая будет лучше прежней. В итоге цикл повторяется вновь и вновь, до тех пор, пока ошибки не станут пренебрежимо малы. Для этого обычно достаточно всего нескольких таких циклов, на которые мозгу может потребоваться лишь 100 миллисекунд.
Система, которая строит подобным образом модели окружающего мира, стремится использовать всю доступную информацию для совершенствования своих моделей. Ни зрению, ни слуху, ни осязанию не оказывается предпочтений, так как все они могут быть информативны. Кроме того, эта система стремится делать предсказания о том, как сигналы, поступающие от всех органов чувств, изменятся в результате нашего взаимодействия с окружающим миром. Поэтому, когда мы видим бокал вина, наш мозг уже делает предсказания о том, какие ощущения возникнут, когда мы возьмем его в руку, и какой вкус будет у этого вина.
Есть такое впечатление, что при аутических расстройствах вот это самое априорное убеждение для некоторых ситуаций или отсутствует, или недоступно, и цикл итераций по приближению реальности приходится начинать с более простых уровней. Попался недавно, уже успел забыть где, такой образ - все задачи, и сложные, и простые, решаются как в первый раз приблизительно с одной и той же скоростью, так и получается туповатый для повседневности и чуть ли не гений для задач, с которыми никто раньше не сталкивался.
Второй абзац с бокалом тоже не зря прихватил. В пространственных задачах та же сложность: промахнуться по тому бокалу и сбить его - обычное дело.
Узнал, кстати, недавно, как называется еще одна особенность РАС.
Misophonia - особая форма неприятия звуков, при которой снижается толерантность к определенным звукам. Мизофония считается неврологическим расстройством, она часто выявляется у больных фобиями, депрессиями и различными расстройствами слуха.
Что характерно комментатор к статье написал про скрип пенопласта по стеклу и плач младенца, хотя детский плач в заметке не был упомянут вообще, а пенопласт у автора скорее не скрипел, а громко шуршал. Где-то уже писал у себя, что люди за пределами своего опыта понимать ощущения других практически неспособны. Так вот об ощущениях. Чуть слышный шорох может вывести аутиста из строя едва ли не так же эффективно, как скажем, громкий разговор.
Если брать в качестве гипотезы причины расстройства потерю связности, то с этой точки зрения интересна недавняя новость.
Сильные связи образуются между нейронами, чьи интересы и поведение совпадают. А если не совпадают, то может вообще не образуются?
Эксперимент, правда, проводился над нейронами, относящимся к одному фрагменту, занятому одной функцией.
Связи между нервными клетками отличаются по своей силе - один и тот же входной сигнал вызывает слабый ответ в клетке, с которой установлена слабая связь, и более мощный ответ - в клетке, связь с которой более прочная. До сих пор было не очень понятно, почему нейроны формируют и поддерживают более сильные связи с одними клетками и более слабые - с другими, и каковы роли сильных и слабых связей. В свежем исследовании, опубликованном в журнале Nature [1], показано: нейроны ведут себя прямо как люди, образуя сильные связи с теми, чьи интересы и поведение сильнее всего напоминают их собственные. Более сильные связи были образованы клетками, реагирующими на сходные стимулы («общие интересы»), а также между клетками, чьи активности наиболее сходны («похожее поведение»). Сильные связи, которых было меньшинство, отвечали за специфичность системы нейронов к входному сигналу, а слабые связи создавали «общий тонус», необходимый, чтобы система могла перестроиться под влиянием изменившихся обстоятельств.
<...>
Используя такую модель, ученые смогли выяснить, каковы вклады связей разной силы в свойства нейронной структуры. Если из модели убирали 25% самых сильных связей, система теряла чувствительность к входным данным и слабее реагировала на предпочтительные паттерны. Если же, наоборот, убирали 75% самых слабых связей, то уменьшалась только общая амплитуда ответов, а специфичность сохранялась прежней.
Получается, что сильные связи между нейронами обеспечивают специфичность системы по отношению к входным сигналам, а более слабые связи только создают «общий тонус». Однако слабые связи тоже важны, поскольку обеспечивают субстрат для пластичности: если какой-то стимул вдруг станет важным, соответствующие слабые связи могут укрепиться, благодаря чему специфичность всего ансамбля нейронов изменится.
В общем если предположить изначально более слабое различие между нейронами, то соответствующий участок будет не так эффективно распознавать нужные паттерны среди шума, но это относится именно к участку, занятому одной функцией. А вот если по тому же принципу будут образовываться связи между отделами, то отсутствие сильных связей может привести к потере информации и выключенности некоторых цепочек, которые в норме должны бы обеспечивать более высокие функции. Но это уже чистая спекуляция.
В комментариях к одной статье на хабре попалась такая фраза, что нейромедиаторы в синаптических щелях тоже довольно разнообразны и специфичны. Научпоп в такие глубины обычно не опускается. Если вспомнить, что одной из гипотез о причинах расстройств является специфическая активность некоторых рецепторов нейромедиаторов, то возможно стоит заняться "железом" поплотнее.
Наше восприятие зависит от априорных убеждений. Это не линейный процесс, вроде тех, в результате которых возникают изображения на фотографии или на экране телевизора. Для нашего мозга восприятие - это цикл. Если бы наше восприятие было линейным, энергия в виде света или звуковых волн достигала бы органов чувств, эти послания из окружающего мира переводились бы на язык нервных сигналов, и мозг интерпретировал бы их как объекты, занимающие определенное положение в пространстве. Именно этот подход и сделал моделирование восприятия на компьютерах первого поколения такой сложной задачей. Мозг, пользующийся предсказаниями, делает все почти наоборот. Наше восприятие на самом деле начинается изнутри - с априорного убеждения, которое представляет собой модель мира, где объекты занимают определенное положение в пространстве. Пользуясь этой моделью, наш мозг может предсказать, какие сигналы должны поступать в наши глаза и уши. Эти предсказания сравниваются с реальными сигналами, и при этом, разумеется, обнаруживаются ошибки. Но наш мозг их только приветствует. Эти ошибки учат его восприятию. Наличие таких ошибок говорит ему, что его модель окружающего мира недостаточно хороша. Характер ошибок говорит ему, как сделать модель, которая будет лучше прежней. В итоге цикл повторяется вновь и вновь, до тех пор, пока ошибки не станут пренебрежимо малы. Для этого обычно достаточно всего нескольких таких циклов, на которые мозгу может потребоваться лишь 100 миллисекунд.
Система, которая строит подобным образом модели окружающего мира, стремится использовать всю доступную информацию для совершенствования своих моделей. Ни зрению, ни слуху, ни осязанию не оказывается предпочтений, так как все они могут быть информативны. Кроме того, эта система стремится делать предсказания о том, как сигналы, поступающие от всех органов чувств, изменятся в результате нашего взаимодействия с окружающим миром. Поэтому, когда мы видим бокал вина, наш мозг уже делает предсказания о том, какие ощущения возникнут, когда мы возьмем его в руку, и какой вкус будет у этого вина.
Есть такое впечатление, что при аутических расстройствах вот это самое априорное убеждение для некоторых ситуаций или отсутствует, или недоступно, и цикл итераций по приближению реальности приходится начинать с более простых уровней. Попался недавно, уже успел забыть где, такой образ - все задачи, и сложные, и простые, решаются как в первый раз приблизительно с одной и той же скоростью, так и получается туповатый для повседневности и чуть ли не гений для задач, с которыми никто раньше не сталкивался.
Второй абзац с бокалом тоже не зря прихватил. В пространственных задачах та же сложность: промахнуться по тому бокалу и сбить его - обычное дело.
Узнал, кстати, недавно, как называется еще одна особенность РАС.
Misophonia - особая форма неприятия звуков, при которой снижается толерантность к определенным звукам. Мизофония считается неврологическим расстройством, она часто выявляется у больных фобиями, депрессиями и различными расстройствами слуха.
Что характерно комментатор к статье написал про скрип пенопласта по стеклу и плач младенца, хотя детский плач в заметке не был упомянут вообще, а пенопласт у автора скорее не скрипел, а громко шуршал. Где-то уже писал у себя, что люди за пределами своего опыта понимать ощущения других практически неспособны. Так вот об ощущениях. Чуть слышный шорох может вывести аутиста из строя едва ли не так же эффективно, как скажем, громкий разговор.
Если брать в качестве гипотезы причины расстройства потерю связности, то с этой точки зрения интересна недавняя новость.
Сильные связи образуются между нейронами, чьи интересы и поведение совпадают. А если не совпадают, то может вообще не образуются?
Эксперимент, правда, проводился над нейронами, относящимся к одному фрагменту, занятому одной функцией.
Связи между нервными клетками отличаются по своей силе - один и тот же входной сигнал вызывает слабый ответ в клетке, с которой установлена слабая связь, и более мощный ответ - в клетке, связь с которой более прочная. До сих пор было не очень понятно, почему нейроны формируют и поддерживают более сильные связи с одними клетками и более слабые - с другими, и каковы роли сильных и слабых связей. В свежем исследовании, опубликованном в журнале Nature [1], показано: нейроны ведут себя прямо как люди, образуя сильные связи с теми, чьи интересы и поведение сильнее всего напоминают их собственные. Более сильные связи были образованы клетками, реагирующими на сходные стимулы («общие интересы»), а также между клетками, чьи активности наиболее сходны («похожее поведение»). Сильные связи, которых было меньшинство, отвечали за специфичность системы нейронов к входному сигналу, а слабые связи создавали «общий тонус», необходимый, чтобы система могла перестроиться под влиянием изменившихся обстоятельств.
<...>
Используя такую модель, ученые смогли выяснить, каковы вклады связей разной силы в свойства нейронной структуры. Если из модели убирали 25% самых сильных связей, система теряла чувствительность к входным данным и слабее реагировала на предпочтительные паттерны. Если же, наоборот, убирали 75% самых слабых связей, то уменьшалась только общая амплитуда ответов, а специфичность сохранялась прежней.
Получается, что сильные связи между нейронами обеспечивают специфичность системы по отношению к входным сигналам, а более слабые связи только создают «общий тонус». Однако слабые связи тоже важны, поскольку обеспечивают субстрат для пластичности: если какой-то стимул вдруг станет важным, соответствующие слабые связи могут укрепиться, благодаря чему специфичность всего ансамбля нейронов изменится.
В общем если предположить изначально более слабое различие между нейронами, то соответствующий участок будет не так эффективно распознавать нужные паттерны среди шума, но это относится именно к участку, занятому одной функцией. А вот если по тому же принципу будут образовываться связи между отделами, то отсутствие сильных связей может привести к потере информации и выключенности некоторых цепочек, которые в норме должны бы обеспечивать более высокие функции. Но это уже чистая спекуляция.
В комментариях к одной статье на хабре попалась такая фраза, что нейромедиаторы в синаптических щелях тоже довольно разнообразны и специфичны. Научпоп в такие глубины обычно не опускается. Если вспомнить, что одной из гипотез о причинах расстройств является специфическая активность некоторых рецепторов нейромедиаторов, то возможно стоит заняться "железом" поплотнее.