Коллектив авторов - Теории всего на свете

• Название: Теории всего на свете
• Автор: Коллектив авторов
• Издательство: Лаборатория знаний: Лаборатория Базовых Знаний
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-93208-210-2

«Напишите о вашем самом любимом, самом интересном, глубоком и изящном объяснении», – попросил издатель и писатель Джон Брокман известнейших ученых всего мира, работающих в разных областях науки, а потом собрал полученные эссе в книге, которую вы сейчас держите в руках. На ее страницах – рассказы о теориях, помогающих понять главные идеи физики и астрономии, экономики и психологии, биологии и многих других наук. Чтение это увлекательное, ведь среди авторов сборника – Джаред Даймонд, Нассим Талеб, Стивен Пинкер, Мэтт Ридли, Ричард Докинз и другие выдающиеся умы современности.

---

Этот несложный процесс дает возможность сформулировать целый ряд изящных объяснений, не являющихся интуитивно-очевидными.

Возьмем, к примеру, случайную гибель от передозировки наркотиков. Обычно наркоман склонен принимать свою отраву в определенной обстановке – скажем, у себя в ванной. Сама по себе эта обстановка является нейтральным стимулом, но после того, как в ней кто-нибудь несколько раз употребит свое зелье, ванная комната начнет выполнять функцию условного стимула: едва наркоман входит в ванную с наркотиком, его организм откликается на эту обстановку, готовясь усваивать препарат. Определенные физиологические реакции позволяют организму худо-бедно справиться с наркотиком, и эти реакции становятся «обусловленными» ванной – иными словами, становятся условным рефлексом. Теперь, чтобы как следует «заторчать», наркоман вынужден вводить себе такую дозу наркотика, чтобы она превозмогла эту подготовку, заранее предпринятую организмом. Но если бедняга принимает наркотик в другом месте (скажем, в ванной своего друга во время вечеринки), условный рефлекс не проявится, т. е. привычная физиологическая подготовка к приему наркотика не произойдет. Поэтому обычное количество наркотика подействует как более серьезная доза – возможно, превышающая ту, которую наркоман может выдержать без предварительной подготовки, осуществляемой его организмом. И хотя процесс классического обусловливания был описан для объяснения совсем других явлений, можно применить это описание и для того, чтобы объяснить, почему наркотическая передозировка происходит иногда случайно, когда привычная доза принимается в новой обстановке.

Сходным образом классическое обусловливание играет роль и в возникновении эффекта плацебо. Многие из нас регулярно принимают анальгетики (скажем, ибупрофен или аспирин). Эти вещества порой начинают давать эффект задолго до того, как вступят в действие их активные компоненты. В чем причина? В опыте предшествующего приема лекарства. Сам акт приема таблетки становится условным стимулом, который запускает процессы обезболивания, вызываемые собственно препаратом (эти процессы становятся условным рефлексом).

Классическое обусловливание может возникать и в результате применения кардиостимулятора (искусственного водителя сердечного ритма). Когда сердце начинает биться слишком часто, устройство подает на него электрический разряд, что заставляет орган сокращаться с нормальной скоростью. Пока сила разряда не откалибрована как следует, такой разряд может быть весьма болезненным и вести себя как безусловный стимул, вызывая страх – безусловный рефлекс. Поскольку в обстановке «стабильности» разряд не дается, пациент ассоциирует с ним разного рода случайные элементы обстановки, которые затем начинают действовать как условные раздражители. И когда появится любой из этих элементов, пациент будет испытывать острое, тревожное состояние, ожидая возможного разряда.

Тот же процесс объясняет, почему какой-то продукт кажется вам непривлекательным после того, как вы им отравились. Продукт может стать условным стимулом, и если вы затем его едите или даже думаете о том, чтобы его отведать, не исключено, что вы начнете чувствовать тошноту: так проявляется условный рефлекс. Скорее всего, вы начнете избегать этого продукта, и в результате у вас разовьется отвращение к нему. Собственно, даже просто совместный показ изображений определенных видов пищи (скажем, картофеля, поджаренного во фритюре) и фотографий, вызывающих омерзение (скажем, ужасно обожженного трупа), может изменить восприятие данного продукта, сделав его гораздо менее привлекательным.

Таким образом, открытие Павловым процесса выделения «слюны ожидания» легкоприменимо к широкому ряду явлений. При всем при том следует отметить, что его первоначальная концепция классического обусловливания оказалась все же не совсем верной. Он полагал, что поступающий в организм сенсорный сигнал напрямую связан с определенными реакциями, поэтому раздражители вызывают отклик автоматически. Теперь нам известно, что здесь не такая прямая связь: классическое обусловливание включает в себя множество когнитивных процессов, в том числе концентрацию внимания, а также процессы, лежащие в основе интерпретации и понимания. В сущности, классическое обусловливание – форма неявного обучения, позволяющая нам ориентироваться в жизни, затрачивая меньше когнитивных (познавательных) усилий, чем потребовалось бы, не обладай мы способностью к выработке условных рефлексов. Однако такая разновидность обусловливания имеет и побочные последствия, которые могут оказывать весьма мощный, неожиданный, а подчас даже и опасный эффект.

Природа умнее нас

Теренс Дж. Сейновски

Специалист по вычислительной нейрофизиологии, профессор Института Солка; автор книги The Computational Brain («Мозг-вычислитель»)

Мы полагаем, что важнейшие решения в нашей жизни – какую работу выбрать, где жить, на ком жениться – мы принимаем сознательно. Однако целый ряд свидетельств, полученных биологами, указывает на противоположное: процесс принятия решений происходит в древней системе мозга, именуемой базальными ядрами, и в их мозговые цепи наше сознание доступа не имеет.

Научный путь, приведший к такому выводу, начался с исследования пчел. Рабочие пчелы летят на весеннее поле за нектаром, который они идентифицируют по цвету, запаху и форме цветка. Цепь обучения в пчелином мозгу замыкается на VUMmx1 – единичный нейрон: он получа ет сенсорный сигнал, а чуть позже – сообщение о степени ценности нектара, таким образом учась предсказывать нектарную ценность данного цветка в следующий раз, когда пчела с ним встретится. Эта отсрочка играет важную роль. Здесь важнее всего именно предсказание, а не просто ассоциация. Та же идея является стержнем темпорально-дифференциального (ТД-) обучения, которое включает в себя освоение последовательности решений, приводящих к определенной цели, и особенно эффективно в нестабильных и ненадежных средах – скажем, в мире, где мы живаем.

В глубине среднего мозга у нас таится небольшой набор нейронов, который имелся и у наших самых ранних позвоночных предков; он подает сигналы и корковой мантии, и базальным ядрам. Нейроны эти вырабатывают нейротрансмиттер под названием допамин: он оказывает огромное влияние на наше поведение. Допамин именуют «молекулой вознаграждения», но еще важнее награды способность этих нейронов предсказывать награждение: насколько я буду рад, если получу эту работу? Допаминовые нейроны, играющие центральную роль в мотивационных процессах, реализуют ТД-обучение – как и нейрон VUMmx1.

ТД-обучение решает проблему отыскания кратчайшего пути к цели. Этот алгоритм действует в реальном времени, поскольку обучение происходит посредством непрерывного исследования и посредством выявления ценности промежуточных решений на пути к цели. При этом создается некая «функция внутренней ценности», которую можно использовать для предсказания последствий действий. Допаминовые нейроны оценивают текущее состояние всей коры в целом и сообщают мозгу, каков оптимальный план действий, исходя из текущего состояния. Во многих случаях оптимальным вариантом является догадка, но поскольку эффективность догадок можно улучшать, ТД-обучение со временем вырабатывает функцию ценности прогностических возможностей. Допамин служит источником «нутряного предчувствия», которое у нас иногда бывает: из этого вещества и делается интуиция.

Когда вы рассматриваете различные варианты действий, мозговые цепочки оценивают каждый сценарий, и прогнозируемая ценность каждого решения оценивается по промежуточному содержанию допамина для каждого случая. Уровень допамина связан также с уровнем мотивации, так что высокое содержание допамина не только указывает на высокий уровень ожидаемого вознаграждения, но и подразумевает, что вам потребуется более высокий уровень мотивации, чтобы достигнуть цели. С двигательной системой в буквальном смысле то же самое: более высокий уровень допаминового тонуса обеспечивает более быстрые движения. Кокаин и амфетамины вызывают такое сильное привыкание именно вследствие повышения допаминовой активности при их приеме: они словно взламывают внутреннюю мотивационную систему мозга. Снижение содержания допамина в организме приводит к агедонии – неспособности испытывать удовольствие. Утрата допаминовых нейронов ведет к развитию болезни Паркинсона – неспособности самостоятельно действовать и мыслить.

ТД-обучение обладает такой высокой эффективностью, поскольку позволяет объединять ценностную информацию множества разных аспектов – к примеру, сравнивая яблоки и апельсины. Оно играет такую важную роль, ибо рациональное принятие решений бывает весьма затруднительным, когда мы имеем дело с большим количеством переменных параметров и неизвестных величин. Обладание внутренней системой, умеющей быстро снабжать нас удачными догадками, несет в себе громадные преимущества и может даже спасти нам жизнь в тех случаях, когда срочно требуется решение. ТД-обучение зависит от нашего жизненного опыта, от былых переживаний. Оно извлекает самое существенное из этого опыта даже спустя долгое время после того, как отдельные подробности уже забылись.