В области познания людям нет равных. В конце концов, ни один другой вид не осваивал космос, не создавал вакцины и не придумывал стихи. Вопрос, каким образом человеческий мозг на это способен, до сих пор остается открытым и привлекает бесконечное внимание ученых. Наше понимание работы мозга уже много раз менялось и продолжает меняться до сих пор. Современные теоретические модели описывают мозг как «распределенную систему обработки информации». Это означает, что в нем есть отдельные компоненты, которые тесно связаны между собой посредством нейронных связей. Чтобы взаимодействовать друг с другом, области обмениваются информацией через систему входных и выходных сигналов. Однако это лишь малая часть большой и сложной картины. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Neuroscience, на основе данных, полученных от разных видов животных и в результате анализа в рамках различных нейронаучных дисциплин, ученые показали, что мозг не ограничивается одним типом обработки информации. Кстати, способ обработки информации в мозге человека отличается от способа обработки в мозге примата, что может объяснить, почему когнитивные способности нашего вида настолько высоки. Чтобы проследить, как мозг обрабатывает информацию, ученые позаимствовали понятия из основ математической теории информации — научной сферы, которая занимается измерением, хранением и передачей цифровой информации, имеющей решающее значение для таких технологий, как интернет и искусственный интеллект. Они обнаружили, что различные области мозга на самом деле используют разные стратегии взаимодействия друг с другом. Некоторые области мозга обмениваются информацией с другими очень однотипно, по системе «вход и выход». Это гарантирует, что сигналы передаются воспроизводимым и надежным образом. Это относится к областям, которые специализируются на сенсорных и моторных функциях, таких как обработка звуковой, зрительной и двигательной информации. Возьмем, к примеру, глаза, которые посылают сигналы в заднюю часть мозга для последующей обработки. Большая часть информации дублируется и передается каждым глазом. Половина этой информации, можно сказать, и не нужна вовсе. Поэтому мы называем такой тип обработки информации «избыточным». Однако у избыточности есть и безусловные плюсы — она обеспечивает надежность и именно благодаря ей мы можем видеть одним глазом. Эта способность играет важнейшую роль для выживания вида. Фактически она настолько важна, что связи между этими областями мозга анатомически жестко закреплены в мозге, как настоящая телефонная линия. Однако не вся информация, поступающая от глаз, является избыточной. Сочетание информации от обоих глаз позволяет мозгу обрабатывать глубину и расстояние между объектами. На этом основаны многие 3D-очки в кинотеатрах. Это пример принципиально иного способа обработки информации, мы называем его синергетическим — когда интегрируются сложные сигналы из разных сетей мозга. Синергетическая обработка наиболее распространена в областях мозга, которые поддерживают широкий спектр более сложных когнитивных функций, таких как внимание, обучение, рабочая память, социальное и числовое познание. Она не является жестко закрепленной в том смысле, что может меняться в зависимости от нашего опыта, множеством способов формируя разные нейронные связи, тем самым облегчая комбинирование информации. К областям мозга, где происходит много синергии, относятся передняя и средняя части коры. Эти области интегрируют различную информацию из всего мозга. Поэтому они более широко и эффективно связаны с остальными частями мозга, чем области, работающие с первичной сенсорной и двигательной информацией. Области с высоким уровнем синергии, способствующие интеграции информации, также обычно отличаются большим количеством синапсов — микроскопических соединений, которые позволяют нервным клеткам общаться. Так является ли синергия в отдельных частях мозга именно той особенностью, которая делает нас уникальными в сравнении с другими разумными видами? Ученые хотели узнать, отличается ли эта способность накапливать и обрабатывать информацию через сложные сети в мозге у людей и других приматов, которые являются нашими близкими родственниками с точки зрения развития эволюции. Чтобы выяснить это, они изучили данные визуализации мозга и генетические анализы разных видов. Было обнаружено, что на синергетические взаимодействия приходится большая доля общего потока информации в мозге человека, чем в мозге макаки. Количество избыточной информации, напротив, было примерно на одном уровне. Ученые также рассмотрели префронтальную кору, область в передней части мозга, которая поддерживает более развитые когнитивные функции. У макак обработка избыточной информации более распространена в этой области, в то время как у людей здесь преобладает синергия. Префронтальная кора также претерпела значительное увеличение в ходе эволюции. Когда исследователи изучили данные о мозге шимпанзе, они обнаружили, что чем больше область человеческого мозга увеличилась в процессе эволюции в размерах по сравнению с мозгом шимпанзе, тем больше она полагалась на синергию. Анализ также показал, что области мозга, связанные с обработкой синергетической информации, с большей вероятностью экспрессируют гены, которые являются уникально человеческими и связаны с развитием и функционированием мозга, например, интеллектом. Это привело к выводу, что дополнительные ткани человеческого мозга, приобретенные в результате эволюции, могут быть в первую очередь предназначены для синергии. Поэтому есть соблазн предположить, что преимущества синергии могут отчасти объяснять выдающиеся когнитивные способности нашего вида. Синергия может добавить важный фрагмент к головоломке эволюции человеческого мозга, что приблизит нас к ее решению. Таким образом, исследование показывает, как человеческий мозг выстраивает свою работу, уделяя внимание и надежности, и интеграции информации — нам нужно и то, и другое. Важно отметить, что наработки по этой теме могут помочь ответить на другие вопросы, касающиеся нейробиологии и психических заболеваний. По материалам статьи «What is it about the human brain that makes us smarter than other animals? New research gives intriguing answer» The Conversation