Текст книги "Нейробиология роста. Как запрограммировать свой мозг на обучение новым навыкам"

5. Новые направления и методы использования искусственного интеллекта и виртуальной реальности

Как мы уже знаем из предыдущей главы, виртуальная реальность (Virtual Reality, VR) играет важную роль в нейробиологии и возможности ее применения весьма широки.

Сила действия виртуальной реальности связана с имитацией переживаний пациента «от первого лица и в своем теле». Действительность воссоздается пусть не идеально, но все же достаточно реалистично, и это возбуждает в организме естественные биологические реакции. Я испытала это на себе, когда мы всей семьей взяли комплект оборудования виртуальной реальности напрокат на выходные. В шлеме я смотрела видео подъема на гору Эль-Капитан в Йосемитском национальном парке и ощущала такой прилив адреналина, словно действительно стояла на краю обрыва, глядя на тысячи футов вниз. Окунувшись в виртуальное африканское сафари, я едва удержалась от крика, когда, повернув голову назад, увидела льва, который уже принюхивался ко мне. Когда же я оказалась на виртуальных американских горках, тошнило меня совершенно по-настоящему, так что мне пришлось досрочно завершить сеанс, чтобы съеденный завтрак не вышел обратно. Хотя рассудком я понимала, что это все кино, мой мозг и организм реагировали так, будто все это происходило со мной на самом деле.

Мои реакции были не то чтобы плодом воображения. Исследования показывают, что переживания виртуальной реальности кодируются в организме как реальный опыт. Иными словами, мы можем использовать VR для запечатления в мозгу реалистичных воспоминаний. В 2019 году ученые из женевской Лаборатории когнитивных нейронаук обнаружили, что, если люди во время сеансов виртуальной реальности наблюдают части своего тела, например руку или ногу, такие впечатления запоминаются гораздо лучше и дольше, словно все это происходило с ними на самом деле.

Исследования показывают, что VR фиксируется в мозгу как «живой» опыт, создавая яркие воспоминания

Первоначально исследователей интересовало, может ли виртуальная реальность использоваться как надежный инструмент улучшения памяти для учащихся. Результаты экспериментов показали, что VR может не только улучшать память, но и служить надежной подменой реального опыта.

Исследования, проведенные в Лаборатории виртуального человеческого общения Стэнфордского университета, показывают сходные результаты. Дети хорошо понимают разницу между воспоминаниями о реально пережитых событиях и теми историями, которые им рассказывают о событиях, якобы имевших место в их жизни. Например, если ученые рассказывают ребенку о том, как он плавал в море с двумя дружелюбными дельфинами, спустя время он с уверенностью утверждает, что на самом деле такого в его жизни не происходило. Однако если ребенок надевает шлем VR и виртуально плавает с дельфинами, а некоторое время спустя его спрашивают, был ли такой опыт в его жизни, то в некоторых случаях ребенок «вспоминает» и подтверждает, что такое действительно было.

Можно предполагать, что VR создает впечатления, которые человеческий организм воспринимает как реальные и сохраняет как воспоминания. (Будучи родительницей, я должна сказать, что нам следует с большой осторожностью позволять своим детям играть в шлеме VR в игры, сопряженные с насилием. Пока у исследователей нет полной ясности на этот счет, я опасаюсь, как бы у детей не сохранялись «воспоминания» о том, как они убивали и калечили людей.) Положительной стороной использования VR являются новые технологии в области профессиональной подготовки и переподготовки. Компании обучают своих сотрудников в виртуальной среде, благодаря чему у них в памяти запечатлеваются новые знания и навыки.

Например, в одной нефтедобывающей компании сняли на видео нефтяные платформы, расположенные в открытом море, чтобы сотрудники еще до прибытия на место могли познакомиться с той полной опасностей средой, в которой им предстоит работать. Официантов на круизном лайнере тренируют с использованием виртуальной столовой, потому что на тренировки в реальной столовой у них просто нет времени. Благодаря такому обучению официанты оказываются способны идеально обслуживать клиентов начиная с первой встречи. Одна самолетостроительная компания аналогичным образом использует VR, чтобы новые работники могли увидеть, как клепает фюзеляж опытный работник, одновременно снимающий свою работу на видео. Когда новички видят происходящее, у них возникает ощущение, что все эти действия они совершают «своими» руками. Ясно, что система виртуальной реальности не способна заменить реальную работу в реальном времени, но она может помочь работнику повысить квалификацию.

Кроме того, исследования показывают, что благодаря виртуальной реальности люди могут становиться более чуткими и сострадательными. Этому вопросу был посвящен ряд экспериментов доктора Джереми Бейленсона. Участники одного из таких экспериментов, благодаря виртуальной реальности, получили возможность ощутить себя в шкуре бездомных. После этого опыта они проявляли гораздо больше сочувствия по отношению к бездомным по сравнению с членами контрольной группы и больше готовности подписать петицию в поддержку доступного жилья.

В других экспериментах Бейленсона участники, виртуально испытавшие на себе расовую дискриминацию, впоследствии в меньшей степени демонстрировали расовые предрассудки по сравнению с членами контрольной группы. Больше сочувствия к пожилым людям стали проявлять те, кто при помощью виртуальной реальности состарился. Еще одна серия экспериментов, проведенных в разных возрастных группах, показала, что благодаря VR люди начинают проявлять больше заинтересованности и сознательности в отношении таких глобальных проблем, как климатические изменения.

Следует отметить, что виртуальная реальность представляет собой лишь один из множества инструментов виртуальности, полный спектр которых принято называть расширенной реальностью (Extended Reality, XR). На одном конце спектра находится реальный, материальный мир, который можно увидеть, потрогать и в котором можно жить в режиме реального времени, а на другом конце находится мир виртуальный, трехмерная, созданная компьютером среда, которая либо имитирует или подменяет собой что-то реальное, либо полностью является плодом воображения. Человек может взаимодействовать с этим виртуальным миром в реальном времени, но, пока на нем шлем, он не может взаимодействовать с реальным миром. Между ними располагается дополненная реальность (Augmented Reality, AR). Согласно опубликованному в 2018 году докладу под названием «Технологии с потенциалом трансформации бизнеса и бизнес-образования», «AR усовершенствует реальный опыт за счет добавления виртуальных, генерируемых компьютером компонентов, таких как цифровые образы или ощущения, которые накладываются новым слоем, обеспечивая углубленное взаимодействие». Человек, использующий оборудование для AR, например очки Google Glass, осознает реальный мир и способен одновременно взаимодействовать как с реальными, так и с виртуальными элементами. Наконец, есть еще смешанная реальность (Mixed Reality, MR), которая сочетает в себе элементы VR и AR. Человек способен видеть реальный мир, но он одновременно видит и виртуальные объекты, которые вплетены в реальную среду, так что с ними можно взаимодействовать. Примерами технологии MR служат очки HoloLens от Microsoft и линзы спецэффектов в социальной сети Snapchat.

Помимо VR, ученые в целях повышения эффективности обучения предлагают использовать искусственный интеллект (ИИ). Например, чтобы развивать навыки общения, нужно больше общаться. Однако в реальном мире с реальными людьми это может быть затруднительно или способно навредить существующим отношениям. Искусственный интеллект может управлять облеченными в генерируемые компьютером личины-аватары виртуальными собеседниками, которые слышат, что мы им говорим, и вполне реалистично нам отвечают. Например, в одной из компаний создали подобный тренинг для подготовки официантов, которые учатся реагировать на потребности и пожелания клиентов. Сам ИИ зиждется на технологиях машинного обучения (независимое «обучение» компьютеров на основе специальных программ) или глубокого обучения (компьютеры делают выводы и заключения на основе данных, с которыми они сталкивались ранее). Я наблюдала искусственный интеллект в действии, и меня поразила его точность и эффективность.

Интересно отметить, что ученые, работающие с искусственным интеллектом и роботами, следуют теории развития детей и программируют свои машины с таким расчетом, чтобы те учились примерно так же, как учатся дети. В статье, опубликованной в Scientific American под заголовком «Умные машины, которые учатся как дети», Диана Квон писала: «С самого начала XXI века робототехники, нейроученые и психологи исследуют возможности создания машин, которые подражали бы спонтанному развитию детей. Их сотрудничество привело к разработке андроидов, которые способны передвигать предметы, овладевают базовым словарем и даже демонстрируют признаки социального поведения». Сфера применения ИИ и VR огромна, а ведь мы только начинаем изучать вопрос о том, как они могли бы помочь усовершенствовать систему образования и подготовки кадров.

6. Новые открытия в отношении памяти

Одна из важнейших подвижек в наших знаниях, касающихся процесса обучения, связана с результатами последних исследований в отношении человеческой памяти. За последнее десятилетие мы стали гораздо лучше понимать, как устроена память человека, благодаря новым технологиям, обеспечивающим более глубокий анализ мозга и большую реалистичность исследований.

В прошлом исследования памяти сводились к тому, что участники экспериментов пытались запоминать длинные цепочки чисел или бессмысленные наборы букв. Сегодня ученые имеют возможность наблюдать за активностью мозга в режиме реального времени, пока испытуемые занимаются повседневными делами. Теперь мы можем увидеть, что происходит в мозгу учащегося, когда он сидит за партой, учит уроки, сдает экзамены, или что происходит в мозгу работника, занятого своими обычными делами или совместно с коллегами решающего проблемы. Ученые смогли даже зафиксировать, как определенные воспоминания сохраняются в индивидуальных нейронах. Нейробиолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Альсино Сильва утверждает: «Исследования памяти переживают настоящую революцию: новые технологии позволяют запечатлевать активность отдельных нейронов и даже включать (и включать в нужные моменты) нужные клетки, благодаря чему современные ученые проводят такие эксперименты, которые еще несколько лет назад казались бы научной фантастикой».

Современные ученые различают несколько типов памяти и знают, в каких зонах мозга обрабатываются и сохраняются те или иные категории информации. В результате изменилось само определение памяти и понимание процессов, происходящих в мозгу человека, когда он что-то вспоминает или что-то забывает. Подробный разговор о памяти нас ждет во второй части этой книги, поэтому сейчас я ограничусь лишь кратким обзором.

Память делится на долговременную и кратковременную, и каждая в свою очередь делится на подкатегории.

Кратковременная память включает в себя сенсорную память и рабочую память. Сенсорная память – это те впечатления, которые мы получаем через органы чувств, например образ чашки с кофе, которую мы видим, кофейный аромат и ощущение теплоты в руках. Хоть вы этого не осознаете, ваша сенсорная память обрабатывает в течение дня тысячи сенсорных впечатлений, но мозг запрограммирован так, чтобы отбирать лишь те впечатления, которые могут пригодиться в будущем. Сенсорная память является чрезвычайно кратковременной, и информация очень быстро стирается. Срок хранения впечатлений – от 200 до 500 миллисекунд: за это время мозг должен решить, заслуживает данная информация перевода в более долговременное хранилище или ее можно сразу отсеять. В каждый момент времени ваши органы чувств фиксируют всевозможную информацию, но основная ее масса тут же стирается, если только мозг не находит ее достаточно полезной, чтобы перенести в рабочую память.

Рабочая память активизируется, когда вы сосредоточиваетесь на чем-либо. Это может произойти, когда вы пытаетесь что-то понять или чему-то научиться (например, читаете эту книгу или слушаете лекцию) либо когда что-то или кто-то привлекает к себе ваше внимание.

Попробуйте проделать следующее: прислушайтесь к звукам в комнате, где сидите. Что вы слышите? Гул компьютера? Доносящийся снаружи уличный шум или щебет птиц? А как насчет звука вашего дыхания и стука сердца? Старайтесь сидеть достаточно тихо, чтобы услышать все это. Такое сосредоточение внимания на окружающих звуках активизирует вашу рабочую память, но фиксируемые впечатления начинают растворяться уже через 15–30 секунд. Рабочая память призвана хранить информацию лишь короткое время, чтобы затем ее забыть или перенести в долговременное хранилище.

Таким образом, кратковременная память представляет собой первую остановку на пути к долговременной памяти, накапливающей часть сенсорной информации, которую мозг счел полезной и перенес в рабочую память. Давайте посмотрим, как она попадает в долговременную память.

Основные виды кратковременной и долговременной памяти

Долговременная память устроена в мозгу таким образом, чтобы информацию можно было время от времени оттуда извлекать. Если время хранения информации в краткосрочной памяти исчисляется секундами или минутами, то в долговременной памяти она сохраняется в буквальном смысле на всю жизнь. По словам нейропсихолога Ричарда Моса, исследования показывают, что мозг способен хранить в долговременной памяти неограниченное количество информации, причем она практически не «портится». Это связано с тем, что долговременные воспоминания подразумевают активизацию нейронов в более обширных областях мозга, нежели кратковременные.

Более того, согласно результатам недавних исследований, разные виды долговременной памяти затрагивают разные мозговые структуры и даже отдельные нейроны. Долговременная память подразделяется на декларативную/эксплицитную и недекларативную/имплицитную. По словам Бориса Зухана, профессора Рурского университета (Германия), декларативная/эксплицитная память представляет собой знания, которые вы осознаете в себе и которыми можете делиться с другими. Что же касается недекларативной/имплицитной памяти, то она является бессознательной и включает в себя условные рефлексы и привычки. Например, если вы проходили тренинг по управлению временем, у вас остались эксплицитные воспоминания об этом. Но у вас наверняка также выработались бессознательные привычки, касающиеся эффективного управления временем (например, заносить в календарь намеченные деловые встречи или делать перерывы в работе). Это все проявления имплицитной памяти. В следующей части книги мы поговорим о памяти и воспоминаниях более подробно.

Персональный практикум

По прочтении каждой части попробуйте применить изложенные идеи и рекомендации к своей жизни и тому, чему хотели бы научиться. Приведенные ниже вопросы помогут вам определить стратегии, которые приблизят вас к цели.

• Чему вы хотели бы научиться в ближайшие месяцы? Что вы хотели бы развить или изменить в себе, своей работе, жизни благодаря этой учебе?

• Поразмышляйте над шестью направлениями научных достижений, о которых шла речь в этой части. Какие из них в наибольшей мере соответствуют вашим учебным целям и как вы могли бы ими воспользоваться?

• Какие из восьми типов интеллекта особенно развиты у вас? Как вы могли бы более эффективно использовать их в учебных целях?

• Как вы могли бы использовать новое понимание творческих способностей и креативности для достижения озарения?

• Какие психологические установки по отношению к себе и самоограничения вас несколько сдерживают? Учитывая возможности нейропластичности и нейрогенеза, вы хотели бы изменить свои нынешние установки?

• Как вы использовали бы технологии VR/AR/XR для быстрого и эффективного обучения чему-либо? Наведите справки о том, какие существуют возможности на этот счет.

Запоминай: матрица памяти

Тебе когда-нибудь приходило в голову, что вся жизнь – это воспоминания, кроме одного мгновения настоящего, которое пролетает так быстро, что его едва успеваешь уловить? Сплошные воспоминания.

Теннесси Уильямс, драматург, автор пьесы «Кошка на раскаленной крыше»

7. Девять типов памяти

Как вы помните, модель обучения состоит из трех фаз: «Учись», «Запоминай» и «Действуй». С первой фазой мы пока повременим, а начнем со второй, потому что на том, какой тип памяти вы разовьете в себе, будет строиться процесс обучения.

Фаза 2. «Запоминай»

Все, чему вы учитесь, откладывается в памяти, поэтому сначала надо как следует разобраться, какова природа памяти и как она формируется. Недавние исследования позволили идентифицировать девять типов памяти, каждый из которых связан с разными участками мозга. Согласно Хелен Шен, автору книги «Как увидеть память» (How to See a Memory), запоминаемая информация оставляет в мозгу физические следы, называемые энграммами. Она пишет: «Только за последние десять лет благодаря новым методам лечения, активизации и подавления отдельных нейронов ученые получили возможность определять, какие именно нейроны связаны с той или иной запоминаемой информацией». Мы также по-новому стали относиться к забыванию и к той важной роли, которую оно играет в учебе.

Посредством органов чувств запоминаемая информация заносится в мозг, там она хранится до тех пор, пока мы не извлечем ее в форме воспоминаний из памяти на уровень сознания.

Как мы узнали в предыдущей главе, все начинается с кратковременной памяти, а конкретно – с сенсорной памяти, где каждую минуту вашей жизни обрабатывается вся информация, поступающая по сенсорным нейронам. Сенсорная память мимолетна, информация хранится в ней меньше секунды, если только не происходит нечто такое, что побуждает нас обратить внимание на те или иные ощущения или сосредоточиться на них.

Недавние открытия ученых, исследовавших рабочую память человека, ниспровергают застарелые представления и стереотипы (например, что объем кратковременной памяти ограничивается лишь несколькими – «7 ± 2» – объектами). Впервые эта формула объема была предложена Джорджем Миллером, психологом из Гарвардского университета, и долгое время считалось, что она достаточно точно отражает способности человека обрабатывать информацию в кратковременной памяти. Закон Миллера, как его окрестили, продержался несколько десятилетий, причем считалось, что все эти процессы происходят в префронтальной коре головного мозга. Недавние исследования показали, что наша рабочая память имеет больший объем и обладает гораздо большей гибкостью, нежели считалось ранее.

Более того, ученые Дерек Ни и Марк Д’Эспозито утверждают, что мозг в зависимости от решаемой задачи использует ресурсы не только префронтальной коры, но и расположенные сзади сенсорные зоны; при этом префронтальная кора занимается в большей мере обработкой абстрактной, концептуальной информации. Результаты исследования, проведенного Давидом Джофреа и его коллегами, свидетельствуют о том, что рабочая память меняется в зависимости от того, занимаетесь вы математикой (зрительно-пространственная рабочая память) или читаете (вербальная рабочая память). В любом случае ясно, что рабочая память далеко не такая статичная, как считалось прежде.

Нам всем доводилось убеждаться на собственном опыте в гибкости рабочей памяти. Когда приходится одновременно решать несколько задач или проблем или когда мы изучаем какой-то сложный материал, порой кажется, что мозг переполняется информацией. Мы чувствуем, что не способны воспринимать новую информацию, пока мозг занят решением других вопросов: наша «доска объявлений» заполнена, и на ней больше нет места для новых записок. Но если мы занимаемся делами, которые хорошо нам знакомы и даются легко, то на нашей «доске» всегда есть место для чего-то еще, поскольку некоторые «объявления» мы складываем стопками, освобождая таким образом больше места.

Объем рабочей памяти может колебаться в течение дня. Даниель Пинк в своей недавней книге «Таймхакинг: Как наука помогает нам делать все вовремя» пишет о том, что большинству людей присущ определенный суточный цикл, и поскольку наши умственные способности колеблются в течение дня, то в определенные часы, когда мы достигаем пика формы, наш мозг работает наилучшим образом. Исследования показывают, что примерно 75 процентов людей в течение суток переживают следующие фазы:

• утренний пик, когда мы максимально сосредоточены на чем-либо и готовы к аналитической работе, часто эти часы оказываются самыми продуктивными за весь день;

• послеобеденный спад, когда мы ощущаем вялость и нам трудно сконцентрироваться, в эти часы больше всего шансов допустить ошибку;

• вечерний всплеск энергии – лучшее время для новаторской, творческой деятельности, поскольку снимаются внутренние запреты и готовится почва для моментов озарения.

Пинк также обнаружил, что у четверти населения эти фазы проявляются в обратном порядке и пиковой производительности такие люди достигают вечером. Этим людям – настоящим «совам» – лучше всего работается тогда, когда рабочее время уже заканчивается. (Мой муж – такая «сова», и к тому времени, когда я уже без сил, он только расправляет крылья.) Нейрофизиолог Рассел Фостер из Оксфордского университета утверждает: «Снижение мозговой активности в период спада относительно пикового времени дня можно сравнить с тем, как если бы алкоголь у вас в крови поднялся до предельно возможного уровня». Ничего себе!

Хотя рабочая память с трудом поддается измерению, закон Миллера («7 ± 2») все же сохраняет свою полезность, поскольку разбиение большого объема информации на блоки и сегменты помогает легче ее запомнить. Вот почему телефонные номера обычно разбивают на части (например, для США привычно такое разбиение 10-значных номеров: три-три-четыре цифры), а учебную информацию – на сравнительно короткие уроки. Поэтому и я разбила текст этой книги на короткие главы, а продолжительность моих видеоуроков не превышает пяти минут.

Чувства и выживание

Я хочу подчеркнуть, что память состоит из комплексов ощущений, которые связаны в одно целое. В мозгу кодируется все, что мы видим, слышим и т. д. Это можно уподобить бусинам, связанным общей нитью. Достаточно потянуть за одну из таких ниточек, чтобы отложившиеся в памяти сенсорные впечатления вспыхнули в сознании с прежней силой.

Чем больше чувств задействовано в запоминаемом эпизоде, тем больше информации у нас есть и тем больше ниточек мы можем потянуть, чтобы все вспомнить. Вот почему в процесс учебы так важно вовлекать чувства: они улучшают запоминание. Качество первоначальной сенсорной информации влияет на качество запоминания. Если вы присутствуете на лекции, где много внимания уделяется наглядной информации, но не видите изображения, а только слышите комментарии лектора, тогда уровень усвоения материала будет значительно ниже, как и в том случае, когда вы только видите изображения, но не слышите комментариев.

Если говорить о сенсорных рецепторах, то у вас есть два канала зрительной информации (глаза), два канала звуковой информации (уши), а вот нос хоть и один, но содержит 350 обонятельных нервов, которые напрямую соединены с миндалевидным телом в мозгу. Запах ощущается в десять раз тоньше, нежели вкус, именно поэтому он может вызывать такие яркие воспоминания. Только представьте, какие сильные позитивные эмоции пробуждают запахи домашней выпечки в праздничный день или аромат духов любимой женщины. Негативные воспоминания тоже имеют место. Одна моя подруга в 1956 году, еще будучи ребенком, потеряла отца: он погиб во время наводнения, и с тех пор запах дождя вызывает у нее чувство тревоги. Эта проблема только обострилась после того, как в результате вызванных ливнями оползней в Санта-Барбаре погибло 23 человека.

Воспоминания может вызывать также вкус, поскольку у человека на языке насчитывается от 2 до 4 тысяч вкусовых рецепторов, которые еженедельно обновляются. Примерно каждый четвертый человек обладает особо тонким вкусом. Еще у нас есть тысячи нервов в так называемом кишечном мозгу, отчего «нутряное чувство» оказывается вполне реальным, возбуждающим воспоминания. Наконец, у нас есть кожа с 300 миллионами клеток, которые фиксируют атмосферное давление, температуру, боль и т. д. Наша кожа, площадь которой составляет 2 м2, является самым крупным органом чувств.

Сенсорные рецепторы в теле человека

Та информация, которую мы обрабатываем органами чувств, создает также эмоциональный слой, так как сенсорные нервы прикрепляются непосредственно к миндалевидному телу мозга. Оно играет особую роль в нашем биологическом выживании, поскольку является источником реакции «бей, беги или замри». Хотя интенсивность и характер эмоций могут быть разными (слабые или сильные, позитивные или негативные), именно переживания, сопровождающиеся сильными эмоциями, остаются в памяти надолго. Наш организм настроен так, что по умолчанию запоминает все, что вызывает сильные эмоции. В результате эмоции становятся своего рода нитью, потянув за которую можно воскресить хранящиеся в памяти события, причем радость вызывает в памяти светлые и радостные события, а печаль или страх пробуждают грустные или страшные воспоминания.