Текст книги "Инженерная модель личности. Меняя себя и других – понимай устройство"

Контуры работы мозга

Итак, мы обозначили отделы мозга для функциональных блоков схемы логической работы мозга. Теперь подробнее опишем контуры мышления в соответствии со схемой.

Контур текущих действий

Контур мониторинга текущих действий обеспечивает управление по отклонениям от реализации предсказанного сценария на основании информации от органов чувств. На самом деле, там несколько контуров. Мозжечок это делает для координации движений и работы внутренних органов на основе поступающих сигналов от вегетативной нервной системы, сравнивая это с целевой картиной и выдавая корректирующие сигналы. Это касается не только работы мышц, но и других внутренних органов, потому что для интенсивной работы мышц нужно интенсивное снабжение кислородом и другими ресурсами, нужна адекватная текущему уровню напряжений работа сердца и дыхания, и так далее.

Что касается обработки зрительной и слуховой информации в ходе мониторинга, то она происходит следующим образом. Зрительный и слуховой нерв приходят в промежуточный мозг, в среднем мозге расположено четверохолмие, которое ведет обработку зрительной и слуховой информацией, а параллельно сигналы идут в Visual cortex и Sensorimotor network в коре, которые ведут их обработку. В visual cortex выделяют несколько ступеней последовательной обработки, в ходе которого возбуждение нейронов последовательно преобразуется в объекты, например, изображения деревьев, животных, людей, а затем эти объекты опознаются.

Когда мы совершаем некоторые действия, то формируется предсказание ожидаемых изменений, и выполняется сопоставление текущей информации с предсказанием. То есть мы двигаем рукой и смотрим, идет ли она туда, куда должна и корректируем, а также останавливаем движение, если оно дошло до требуемой точки. Заметим, что говоря о предсказании, часто подразумевают работу с вероятностями. Здесь же речь идет о принципиально иной конструкции – предсказании на основе сценарного планирования.

В какой мере текущий мониторинг зрительной и слуховой информации выполняется четверохолмием среднего мозга, а насколько задействованы сети в коре, для модели не слишком важно. Исследователи сходятся, что тут есть отдельная подсистема. И именно она позволяет фиксироваться на выполнении типовых действий, не нагружая системы принятия решений ни на уровне крокодила, ни на уровне человечка. Однако, в точках принятия решений необходим выход на вышележащие контуры управления. И в этот момент можно отвлечься от текущего сценария, не удержать динамику внимания, потерять контекст. Потому что пока исполнение контролировала система мониторинга, default network на уровне человечка могла задуматься о чем-то другом.

Управление внутренними системами, такими как сердцебиение и дыхание, обычно не осознается. Однако, как показывают исследования, можно научиться сознательному управлению в очень широких пределах. Например, при подготовке к World skill сварщиков выяснили, что на качество шва влияет ритм дыхания и сердцебиения, которые обычно людьми слабо контролируются, хотя снайперов и спортсменов-стрелоков специально учат задерживать дыхание. Рказалось, что если на запястье вывесить часы-монитор с текущими данными, то человек учится этим управлять и поддерживать. При подготовке к длительным полетам космонавтов потребовалось решить задачу контроля сердцебиения, потому что встроенные механизмы в условиях длительного отсутствия гравитации начинают сбоить. А в рамках курса системного фитнеса в школе системного менеджмента Анатолия Левенчука человека учат сознательно управлять своими мышцами, выполняя действия экономичнее и точнее, чем он обычно привык.

В терминах моделей это означает, что помимо контура мониторинга на уровне крокодила начинает работать большой контур через блок управления сложным исполнением, dorsal attention network на уровне человечка. Это отнимает существенные ресурсы мышления на начальном этапе, но, по мере выработки привычки, требуемые для этого ресурсы уменьшаются.

Тут интересно рассмотреть пример печати, вернее, набора текстов на компьютере. Есть техника слепой печати, когда нет необходимости смотреть на клавиатуру, а попадание в клавиши происходит исключительно на уровне внутренней информации и контролируется мозжечком. Если ты не владеешь такой техникой, то приходится задействовать зрение, и переключаться между экраном и клавиатурой, либо, если навык наработан, держать в поле внимания и то и другое вместе. Слепая печать – эффективнее, есть эмпирические данные, что программисты, владеющие слепой печатью, пишут код эффективнее на 20—30%. С точки зрения модели объяснение понятное: такая печать задействует меньше нейронов и, как следствие, меньше энергии мышления – больше остается на содержательное обдумывание самого кода.

В любом случае печать знакомых слов выполняется со значительным уровнем автоматизма. То есть действие «напечатать слово», практически входит в ансамбль нейронов, связанный с соответствующим понятием и может быть легко преобразовано в команды телу, сквозь эту многослойную структуру управления. А вот если надо печатать аббревиатуры, или редко встречающиеся слова и символы, например, №, или печатать на незнакомом языке, то набор текста сильно замедляется, потому что подключается управление на уровне человечка. При этом, как легко догадаться, за печать слова и его распознание при чтении отвечают нейроны в разных участках коры, что из них входит в ансамбль, связанный с понятием, зависит от опыта, тренируется каждый раз при наборе текстов, и может быть тренировано упражнениями.

Только надо понимать, какую часть ансамбля ты тренируешь: связь слова с нажатием клавиш на клавиатуре или просто попадания в нужные клавиши без визуального контроля как при слепой печати. Часть ансамбля, отвечающая за попадание в клавиши, задействована при печати многих слов. И там есть свои хитрости: слепая печать требует стабильного положения рук на клавиатуре, ты печатаешь исключительно за счет точного движения пальцев, а если ты начинаешь двигать руки – то не обойтись без визуального контроля.

Контур быстрых реакций

На уровне крокодила работает распознавание ситуаций, требующих быстрых реакций. Вернее, он пытается распознать любые ситуации, а распознает те, на которые тренирован жизненным опытом. Тренировка начинается с рождения ребенка, это – встроенный процесс. Механизм эмоций снабжает их такие реакции эмоциональными маркерами, обеспечивая запоминание.

При опознании ситуации сразу запускается подготовка двигательной активности, есть исследования, что выделение гормонов происходит раньше, чем возбуждение достигает центров в коре головного мозга, ответственных за принятие решений. Из этого некоторые исследователи даже делают вывод, что решения почти всегда принимаются на неосознанном уровне, а потом рационализируются. Однако, с другой стороны, при серьезных повреждениях коры человек перестает действовать, отключаются даже автоматические реакции. То есть уровень человечка должен не возразить, либо остановить реакцию, а в каких-то случаях – и доопределить, например, направление бегства или удара. При этом сигнал должен прийти достаточно быстрым и быть достаточно сильным, чтобы выиграть конкуренцию с сигналами, побуждающими действовать. Структурно передача информации в кору преимущественно идет через таламус, а ответ коры приходит через хвостатое ядро.

Сигнал на изменение должен прийти достаточно быстрым и быть достаточно сильным, чтобы выиграть конкуренцию с сигналами, побуждающими действовать

Остановка или коррекция реакции выполняется за счет того, что на уровне человечка salience network признает сигналы о ситуации значимыми, а принятое решение, которое поступает с уровня крокодила – неверным, дает сигналы остановки такой реакции и запускает медленное мышление в executive (frontoparietal) network для выработки реакции. При остановке уже запущенного механизма предполагаемой мышечной активности происходит сброс энергии – человек потеет, краснеет и так далее.

Если же остановки не произошло, то запускается выбранное типовое действие, выполняемое в автоматическом режиме.

Контур управляемых действий

Если salience network оценила сигналы внешнего мира как требующие мыслительной обработки, активируется frontoparietal network, которая осуществляет сценарное планирование требуемых действий. Это – в том случае, если план можно построить на основе каких-то правил, способов рассуждения. Если для выполнения действий надо еще управлять телом, подключается dorsal attention network.

Если же способ решения неизвестен, то надо подключать творческое мышление, поиск решения, за это отвечает default network. Считается, что творческое мышление не может работать одновременно с логическим, дофаминовой энергии не хватает на одновременную работу обоих сетей. И исследования фиксируют переключение возбуждения. Впрочем, тут же есть оговорки, что в других задачах сети работают одновременно. В частности, принятие решений, как правило, требует ценностной оценки вариантов, использует модель Я и модели других людей, которые формально относят к default network, но используются при обоих способах размышления.

Эмоциональный контур

Эмоциональный контур включает в себя ряд центров оценки ситуации. Разные центры ориентированы на разные типы ситуаций. Общим является то, что если ситуация требует каких-то быстрых реакций, то эти центры выдают соответствующую эмоциональную окраску, переводя мозг и организм в целом в состояние стресса. Эмоциональная окраска призвана подсветить соответствующие контексты и способствовать принятию правильных решений. Но это – у животных, потому что там разнообразие ситуаций и возможных реакций много меньше, чем в человеческом обществе. А главное – млекопитающее, как правило, успевает выучить эти ситуации в ходе развития, начиная с раннего детства. Наверное, в традиционных семьях со стабильным укладом жизни так происходило и у людей. Но в современном обществе это точно не так. При этом системы воспитания и обучения не учитывают наличие таких механизмов просто потому, что соответствующие знания появились совсем недавно и в ограниченном объеме.

Что происходит с мышлением в состоянии стресса? В этой ситуации блокируется поступление дофамина человечку для размышлений, он направляется по другим путям. Отметим, что это происходит не только при отрицательных эмоциях, таких как гнев, обида или агрессия, но и при положительных, состояние драйва тоже отключает мышление. Поэтому для начала надо успокоить эмоции и вернуть себе способность размышлять. При том, что с уровня человечка прямого влияния на центры котика, которые инициировали эмоциональный всплеск, нет. Однако, при тренировке можно научиться идентифицировать конкретные причины, вызвавшие стресс и успокаивать эти системы используя обходные пути.

Это надо учитывать не только при работе с самим собой, но и при работе с другими. Надо помнить, что когда человек обиделся или почувствовал угрозу, его уровень человечка может быть заблокирован, и на коммуникацию отвечают крокодил с котиком, работающие на типовых реакциях. И надо сначала успокоить человека, снять стресс, и только потом переходить к коммуникации на уровне размышлений и рациональных аргументов.

Про эмоциональные механизмы известно достаточно много, и я буду подробнее рассматривать их в отдельной главе.

Действия по собственной инициативе

Одна из типичных ошибок – рассматривать человека как действующего исключительно в ответ на какие-то сигналы из внешнего мира. Как я уже говорил, мозг всегда готов к размышлениям, его default network работает постоянно, хотя активность ее и изменяется.

+ Человек – не машина ответов на сигналы внешнего, а активно действующий субъект

Хотя в предыдущем разделе я писал о переключении сетей, даже при поступлении важных сигналов реально происходит лишь переключение фокусов внимания и управления действиями, а размышления – продолжаются, хотя и не столь интенсивно, как в спокойном состоянии. Между различными ансамблями нейронов идет постоянная конкуренция за ресурсы внимания.

Таким образом, блок творческого поиска решений, default network может породить новые идеи, которые далее оцениваются, могут лечь в основу сценарных планов и пойти в реализацию.

Таким образом, реальное поведение человека является смесью между реакцией на окружение и активными действиями по собственной инициативе в разных пропорциях. И далеко не всегда это можно разделить, так как для определенных действий сценарный план может включать пункт «ожидаю удобного случая» с определенными условиями. И в этом случае нельзя однозначно сказать, является ли действие реакцией на ситуацию или выполнением плана по собственной инициативе. При этом, как легко догадаться, сам человек тоже может не осознавать этого, или выдать ложную интерпретацию, если она более соответствует социальным ожиданиям.

Механизмы управления вниманием

Механизмы внимания были рассмотрены в разделе «Динамика возбуждения ансамблей», а сейчас посмотрим на них с учетом логической схемы работы мозга. Как из нее видно, управление вниманием сложным образом распределено между отделами мозга

– Сознательное управление в ходе размышлений и удержания внимания на уровне человечка в executive network

– Плавающее, слабо сфокусированное внимание в режиме свободных размышлений default network

– Оценка значимости входящих сигналов для переключения внимания на их обработку в salience network, тоже на уровне человечка

– Первичная обработка информации от органов чувств и экспресс-оценка ситуации на уровне крокодила

– Выявление ситуаций потенциальных опасностей и возможностей на уровне котика с управлением через эмоциональные механизмы

Механизмы действуют одновременно, но крокодил и котик сильнее, так как они могут блокировать поступление нужного для мышления дофамина человечку, уменьшая возможности активации нейронов.

Число сознательно удерживаемых объектов внимания ограничено, не более 5—7 по разным экспериментам, и даже удержание двух замедляет мышление. Правильная организация объектов внимания позволяет оперировать большим количеством объектов за счет перехода по иерархиям и связям. Это обеспечивает системное мышление. Поэтому владеющий им человек может рассуждать о более сложных вещах, чем не владеющий им. Это касается не только объектов внешнего мира, но собственного тела, Например, для эффективного управления мышцами надо не управлять каждой отдельно, а организовать их в мышечные ленты, используемые для выполнения движений всем телом.

Управление вниманием – основа для целеполагания, воли и сосредоточенности при размышлениях и в деятельности. В описании общих механизмов динамик внимания мы говорили о том, что в мозге есть механизм доминанты – способ удержания внимания с тем, чтобы фиксировать выполняемое решение, избежать постоянных переключений между альтернативами. Концепт доминанты был введен Ухтомский. Как и другие механизмы, он распределен по мозгу. Для целенаправленного поведения наиболее существенным является способность к удержанию цели. Если ребенок что-то сосредоточенно делает, то попытка отвлечь его может вызвать эмоциональный взрыв. Так же бывает и у взрослых. За это отвечают лобные доли, они обеспечивают фиксацию внимания на достижении собственных целей. Для устранения такого импульсивного поведения в первой половине 20 века в Штатах практиковалась лоботомия – иссечение лобных долей мозга через спицу, введенную в глазную впадину. Операция проходила безболезненно, пациент сохранял память, но практически терял способность к собственному целеполаганию, не связанному с физиологическими потребностями. Родственники были инициаторами, а врачи – подтверждали необходимость такого как бы лечения…

Однако, для эффективной деятельности важен баланс между фокусировкой на целенаправленном действии и режимом свободных размышлений для творческого мышления. Потому что порождение гипотез и новых знаний выполняется не аналитическим мышлением executive network, а свободными размышлениями default network. Именно этот механизм объясняет работу дуги Эйнштейна, с помощью которой ученые порождают гипотезы об устройстве мира. И если человек полностью сосредоточен на воплощении идей, то это будут чужие идеи, так как порождение собственных не будет тренировано.

При этом, однако, в режиме свободных размышлений тоже важно, чтобы они касались интересующих проблем, а не литературы или идей о ближайшем отпуске. Для этого полезно прогревать соответствующие зоны нейронной сети разговором около 10 минут. Одного прогрева хватает примерно на 6 часов, так что если вы хотите сфокусироваться на какой-то теме, то полезно делать это утром, в конце рабочего дня и перед сном. А если вы хотите вечером переключиться с рабочей темы на другие, то это тоже делается размышлениями. Подробнее это было в докладе Анны Обуховой на Teamlead-2023 «Как стимулировать креативное мышление в команде IТ-специалистов» (видео надо покупать, есть мой конспект).

Важно отметить, что ансамбли нейронов работают параллельно, так что не правильно рассматривать тут переключение режимов, речь идет лишь о преимущественном внимании. Есть простой опыт, который можно провести, например, в перерыве конференции, чтобы это наглядно показать. Ты берешь человека и начинаешь с ним прогуливаться по фойе, обычно особых проблем с этим нет, если людей не очень много и вы можете вести разговор. И ты предлагаешь складывать двузначные числа, это не очень сложная задача и все получается. А потом – предлагаешь перемножать, и усложняешь примеры. И либо человек прекращает умножать, заявляя, что задача слишком сложная, либо останавливается, потому что задача умножения забирает все внимание человека.

Режимы функционирования мозга

Подводя итоги, можно выделить следующие режима работы мозга.

Спокойное функционирование в известной области:

– Выполняются стандартные программы привычных действий – уровень крокодила

– Идет мониторинг выполнения программ и обстановки внешнего мира

– В точках ветвления – выбор принимается человечком, процесс замедляется

Стрессовая ситуация:

– Крокодил готовит немедленные базовые реакции

– Человечек может заблокировать их и обдумать альтернативу

– Для обдумывания нужно спокойствие, иначе котик блокирует ресурсы

Режим медленных размышлений над какой-то задачей и режим свободного размышления без конкретной проблемы:

– Человек выполняет привычные действия и крокодил ведет текущий мониторинг организма и не сталкивается с ситуациями, требующими вмешательства человечка

– Котик спокоен, на видит угроз и опасностей и создает умеренно позитивный эмоциональный фон, направляя дофамин человечку

– Фокус внимания управляется frontoparietal network в первом случае и отдан default network во втором

Как обучается наш мозг

Итак, мы разобрали функционирование мозга, ход мышления при управлении текущей деятельностью. Теперь подробнее рассмотрим, каким образом формируются те модели, ансамбли нейронов, за счет которых осуществляется это управление.

Что такое обучение

Как было ранее сформулировано, мышление появилось в ходе эволюции для того, чтобы создавать модели внешнего мира, предсказывая с их помощью изменения в нем и действуя адекватно, адаптироваться к этим изменениям, продляя и делая более полным и комфортным свое существование. Лучшее предсказание делается за счет усложнения моделей и за счет способности быстрее перестраивать свои модели.

При этом речь идет не просто о реакции для сохранения некоторого стабильного состояния, а об экспансии и улучшении его, и в случае животных и более простых организмов, и, тем более, в случае человека. В целом это описывает принцип свободной энергии Фристона, который в общем виде описывает эволюцию отдельных организмов и сообществ уравнениями, аналогичными термодинамике. Подробное рассмотрение – далеко за этой серии статей, а популярное изложение можно прочитать в этой статье.

Сначала такие модели определялись ДНК, формирующего структуры мозга и жесткие программы рефлексов и инстинктов. Поверх накладывается видение текущей ситуации, зафиксированное ансамблями нейронов, в какой-то мере дополненное прошлым индивидуальным опытом – и организм реагирует. Объем запомненного опыта у разных существ различен. Золотая аквариумная рыбка помнит только лишь 20 минут своей жизни. А совершенствование модели шло за счет естественного отбора мутаций.

Начиная с млекопитающих, от жестких программ перешли к обучению, которое резко повысило возможность адаптивности моделей. И характер эволюции тоже изменился, повысились возможности адаптации отдельных популяций за счет изменения поведения, без серьезных мутаций ДНК. А сами мутации начали учитывать способности к мышлению как один из факторов успеха. И, наконец, появился homo sapiens, который в ходе своего развития придумал письменность, что позволило фиксировать и передавать опыт, существенно увеличив сложность доступных моделей.

На базовом уровне модель мира представляет собой ансамбли нейронов. Распространение возбуждений в этих ансамблях, инициированное внешними сигналами или внутренней работой мозга и представляет собой мышление. При этом каждый такт мышления меняет состояние ансамбля – происходит накопление личного опыта, которое и является обучением. А в ходе развития ребенка за счет подражательного поведения происходит интенсивное накопление этого опыта, этот механизм есть у всех млекопитающих. У человека он дополнен обучением через текст и другие знаковые системы, которое существенно повышает эффективность передачи опыта.

+ Обучение – изменение ансамблей нейронов для лучшего предсказания мира, планировать и делать верные действия

В целом это было рассмотрено в одной из первых статей серии «База мышления – ансамбли нейронов», где я описывал общие механизмы работы ансамблей нейронов и их формирования. А сейчас посмотрим на процессы обучения более детально на основе схемы, приведенной в разделе «Логическая схема работы мозга». Мы можем выделить несколько видов обучения.

– Запоминание личного конкретного опыта, удачного – чтобы его повторить, и неудачного – наоборот, чтобы не повторять в будущем.

– Перевод экспериментального поведения под управлением уровня человечка, в быстрые реакции, обеспечиваемые уровнем крокодила и котика.

– Обобщение способов решения на уроне человечка для более эффективного решения задач.

Разберем их подробнее.