Как мозг обрабатывает информацию и конструирует реальность
Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны (DARPA) в рамках своей инициативы Advanced Research Concepts (ARC) предпринимает амбициозные усилия, направленные на революцию в нашем понимании того, как мозг обрабатывает информацию и конструирует реальность.
Программа, получившая название INSPIRE (Исследование того, как неврологические системы обрабатывают информацию в реальности), направлена на поиск исследовательских предложений, которые бросают вызов традиционным цифровым моделям функционирования мозга.
Документы, полученные в ходе опроса, показывают, что в рамках программы INSPIRE DARPA ищет исследователей, готовых бросить вызов общепринятым объяснениям того, как мозг хранит и обрабатывает информацию для построения реальности, что потенциально может по-новому определить области нейронауки, искусственного интеллекта и нейротехнологий.
“Область нейронауки опирается на всеобъемлющую идею о том, что мозг обрабатывает информацию цифровым способом, основываясь на частоте возбуждения нейронов”, - говорится в документах DARPA. “Однако имеющиеся данные показывают, что только цифровых моделей недостаточно для объяснения вычислительной мощности и сложности мозга и что неврологические системы хранят информацию другими способами, которые могли бы пролить свет на то, как мозг представляет реальность”.
На протяжении десятилетий нейронаука в основном исходила из предположения, что мозг обрабатывает информацию в цифровом виде с помощью электрических импульсов и частоты возбуждения нейронов, как компьютер. Эта концепция повлияла на бесчисленные исследования и развитие нейротехнологий. Однако последнее предложение DARPA в рамках программы INSPIRE побуждает исследователей оспорить это фундаментальное предположение.
Недавние достижения в области нейробиологии выявили пробелы в подходе, основанном исключительно на цифровых технологиях. Открытие специализированных нейронов, таких как ячейки сетки, ячейки пространства и ячейки времени, позволяет предположить, что способность мозга отображать пространство и время не может быть полностью объяснена только цифровыми моделями.
Запрос DARPA показывает, как эти нейроны представляют процессы в реальном времени, и подчеркивает необходимость более детальных теорий о том, как мозг конструирует реальность.
Кроме того, такие странные явления, как “эффект плацебо”, еще больше опровергают идею о том, что работу мозга можно полностью понять только с помощью цифровых моделей. Эффект плацебо, при котором человек испытывает реальные физиологические или психологические улучшения в результате лечения без активных терапевтических ингредиентов, подчеркивает способность мозга обрабатывать убеждения, ожидания и восприятие способами, которые не поддаются простым механистическим объяснениям.
Этот феномен говорит о том, что возможности мозга выходят за рамки простого запуска нейронов и обработки двоичной информации, поскольку он задействует более глубокие и сложные системы саморегуляции и интерпретации.
Другие феномены, такие как спонтанная ремиссия или ощущение фантомных конечностей, также указывают на ограниченность чисто цифровых возможностей в объяснении невероятной сложности мозга.
Эти примеры демонстрируют, что мозг не обязательно является пассивным наблюдателем, подчеркивая необходимость в более тонких моделях, позволяющих охватить нелинейные, иногда загадочные способы обработки реальности разумом.
Согласно DARPA, исполнители INSPIRE должны изучить новые теоретические основы, выходящие за рамки скорострельности и цифровой обработки данных. Эти теории могут привести к созданию более сложных нейротехнологий, позволяющих лучше понять процессы познания, восприятия и даже заболевания, влияющие на работу мозга.
Одним из интригующих аспектов программы INSPIRE является ее использование экспериментальных подходов, выходящих за рамки традиционных моделей на животных. DARPA рекомендует использовать органоиды мозга — миниатюрные, выращенные в лабораторных условиях версии человеческого мозга - наряду с вычислительными и математическими моделями для изучения того, как мозг обрабатывает информацию.
Органоиды мозга предоставляют беспрецедентные возможности для точности и контроля в экспериментах, позволяя исследователям исследовать вопросы, на которые модели животных еще не дали ответов. INSPIRE особенно интересует, как эти органоиды могут выполнять задачи, которые раскрывают новые способы хранения и обработки информации мозгом. Это может включать в себя обучение органоидов новым задачам или изучение того, как травмы и болезни влияют на нервные системы на уровне обработки информации.
Основной задачей DARPA является исследование и разработка новейших технологий для вооруженных сил США. Остается неясным, как результаты программы INSPIRE могут быть использованы для обеспечения национальной безопасности. Однако потенциальное влияние исследований программы выходит далеко за рамки обороны.
Лучшее понимание того, как мозг конструирует реальность, может привести к прорывам в области искусственного интеллекта, машинного обучения и робототехники - областях, которые все больше зависят от моделей человеческого познания.
Одной из ключевых целей конкурса является поиск новых методов точного измерения нейронных функций, которые потенциально могли бы использоваться в интерфейсах мозг-компьютер следующего поколения (BCI).
DARPA отмечает, что многие современные нейротехнологии основаны на инструментах, отслеживающих частоту возбуждения нейронов. Однако этих моделей недостаточно для объяснения всей сложности восприятия, памяти и принятия решений.
“INSPIRE ARC призывает исполнителей вернуться к основам и рассмотреть новые, меняющие парадигму вопросы о том, как мозг и неврологические системы конструируют реальность”, - пишет DARPA.
Раскрывая новые теории функционирования мозга, программа INSPIRE может заложить основу для более продвинутого поколения технологий, способных взаимодействовать с нейронными системами ранее невообразимыми способами.
В то время как в заявке DARPA делается упор на теоретические инновации, большое значение также придается практическому применению. Программа поощряет экспериментальную, вычислительную и теоретическую работу, которая может быть подтверждена тщательным экспериментированием.
Исследователи, заинтересованные в программе INSPIRE, должны четко сформулировать свои исследовательские гипотезы, методологии и ожидаемые результаты. DARPA организовало конкурс таким образом, чтобы способствовать сочетанию фундаментальных научных и прикладных исследований, которые могли бы включать разработку новых математических моделей для интерпретации данных о мозге или внедрение новых вычислительных методов для изучения нецифровых нейронных представлений.
В частности, в конкурсе выделяются четыре области, представляющие интерес:
- Точное измерение функциональных нейронных единиц, выходящих за рамки скорости срабатывания.
- Обучение органоидов мозга новым задачам для изучения механизмов обучения.
- Исследование того, как болезнь или травма влияют на обработку информации в мозге.
- Создание вычислительных моделей, которые выходят за рамки существующих рамок, потенциально объединяя новые или существующие данные для получения более глубокого понимания.
Программа INSPIRE реализуется под эгидой инициативы DARPA "Передовые исследовательские концепции" (ARC).
Согласно DARPA, целью ARC является поиск ответов на “вопросы о высоком риске и высокой прибыли”, "что, если", которые могут привести к революционным достижениям в науке и технике. Эта инициатива обеспечивает гибкую краткосрочную основу, позволяющую ученым сосредоточиться на исследовательских идеях, меняющих парадигму, которые бросают вызов традиционному мышлению и открывают совершенно новые возможности для открытий.
Поощряя исследователей к переосмыслению традиционных моделей функционирования мозга, программа INSPIRE, безусловно, соответствует миссии ARC по расширению границ научных исследований. Приведут ли эти усилия к революционным открытиям, которые изменят неврологию, технологии и наше понимание реальности, еще предстоит выяснить.
Для исследователей со смелыми идеями, бросающими вызов существующему положению вещей, программа INSPIRE предлагает платформу для изучения концепций, меняющих парадигму. Из тендерных документов становится ясно, что DARPA готово сотрудничать с учеными, чтобы обеспечить по-настоящему инновационные идеи ресурсами, необходимыми для их успеха, даже если они не совсем соответствуют традиционным моделям финансирования.
Процесс подачи заявки на участие в программе INSPIRE начинается с подачи тезисов, за которыми, возможно, последует приглашение представить более подробное предложение. DARPA будет оценивать эти заявки на постоянной основе, крайний срок подачи установлен на 31 января 2025 года.
Автор: Тим Макмиллан - отставной сотрудник правоохранительных органов, журналист-расследователь и один из основателей журнала The Debrief. Его статьи обычно посвящены обороне, национальной безопасности, разведывательному сообществу и темам, связанным с психологией.
