«Рептильный мозг» не выдерживает проверки: эволюция шла не слоями, а перераспределением места

Важный выбор часто описывают как схватку разума с чувством, а саму схватку — как противостояние двух частей мозга: нового развитого центра рассуждения и древнего «мозга ящерицы», работающего на инстинктах. Эволюционная история мозга, судя по новым данным, устроена сложнее.

Набиль Имам, преподаватель Школы вычислительных наук и инженерии Технологического института Джорджии, формулирует претензию к исходной теории прямо: в пятидесятых предположили, что мозг эволюционировал слоями — от базовых телесных функций к эмоциям в рептильном мозге и дальше к сложному рассуждению у человека, — но эволюционный биолог задачу так не ставит.

Новая работа предлагает описывать эволюцию мозга через проводку, а не через надстройку новых областей над старыми.

Почему прежняя схема не сходится

Выражения вроде «логического мозга» и «мозга ящерицы» обозначают группы областей с совершенно разными задачами. Неокортекс — внешний слой, участвующий в зрении, восприятии, рассуждении и прочих сложных способностях, — определяется внятно.

С «рептильным мозгом» хуже. Так называют лимбическую систему, которая в широком смысле ведает эмоциями, но содержит и отдельные области, занятые памятью, обонянием и навигацией. По словам Имама, хорошей теории о том, что общего между этими разными контурами и почему их объединяют в одну систему, до сих пор не было.

Исследователи зашли с другой стороны: стали смотреть не на отдельные области, а на то, как лимбическая система и неокортекс меняются вместе по ходу эволюции разных видов.

Проступила закономерность. Когда одна часть лимбической системы относительно велика, остальные её части тоже крупнее — а неокортекс при этом меньше. Значит, области не эволюционируют независимо: происходит согласованное расширение, а лимбическая система ведёт себя как единая сеть, а не как набор несвязанных структур.

Два способа проложить проводку

Объяснение авторы строят на разнице в устройстве связей, складывающемся ещё до рождения.

Контуры неокортекса организованы как пространственные карты: области, обрабатывающие соседние части тела — например, большой и указательный пальцы, — расположены рядом. Так же устроены системы, ведающие зрением и слухом.

Лимбическая система разложена иначе. Её проводка работает скорее как штрихкод: определённый запах или сложное воспоминание представлены распределённым узором активности, а не точкой на карте.

Чтобы проверить, заложена ли эта разница в архитектуре или возникает из опыта, исследователи обратились к нейросетям. Сеть с локальными пространственными связями естественно подошла для обработки зрения, слуха и осязания. А для распознавания запахов и работы памяти потребовались распределённые сети штрихкодового типа.

Конкуренция за место

Дальше оставалось понять, почему относительный размер этих систем так последовательно меняется от вида к виду.

Основная мысль в том, что ресурсы мозга ограничены. Место и энергия конечны, и отбор поддерживает ту схему проводки, которая полезнее для выживания в конкретной среде. Проверили это на многомодальной искусственной сети, где пространственная и распределённая системы боролись за место. Когда среда вознаграждала обоняние, вся распределённая система расширялась, а неокортекс сжимался. Когда выгодным становилось зрение, картина переворачивалась.

В природе это видно на примерах. У девятипоясного броненосца, сильно зависящего от обоняния, лимбическая система крупная. У беличьей обезьяны, полагающейся на зрение, мозгом правит неокортекс.

По 182 видам, вошедшим в работу, вывод складывается такой: эволюция мозга — не добавление всё более новых слоёв логики, а перераспределение места между разными схемами проводки в зависимости от того, что помогает животному выжить.

Что это значит для расхожей формулы

Фраза «рептильный мозг перехватил управление» после такой картины теряет анатомическую опору. Она описывает субъективное переживание — импульсивную реакцию, о которой человек потом жалеет, — но не устройство мозга и не борьбу древнего с новым. Ни отдельного древнего центра эмоций, ни надстроенного над ним центра разума в этой модели нет.

Для тех, кто объясняет людям их поведение, разница существенная. Объяснение через слои даёт удобную метафору и ложное следствие: будто есть внутренний зверь, которого надо перебороть более новой частью себя. Модель конкуренции за место такого противника не предполагает.

Побочный вывод для искусственного интеллекта

Тот же принцип авторы примеряют к технике. Нынешние нейросети обучают огромными объёмами данных — это, по выражению Имама, чистое воспитание. Мозг же не чистый лист: в нём смешаны природа и воспитание, и природа здесь — та самая предзаданная архитектура. Если перенести её в искусственные системы, они, возможно, станут учиться ближе к биологическому образцу и потребуют заметно меньше данных и энергии.