Согласно исследованию, наш мозг — это постоянная машина предсказаний

Теоретики считают, что наш мозг постоянно генерирует неявные предсказания, направляющие обработку информации. Согласно этой теории, когда мы читаем или слушаем говорящего, мы постоянно пытаемся угадать следующее слово. Такие предсказания наблюдались при понимании языка, но условия и уровень обработки этих предсказаний до сих пор оставались неясными. В настоящее время исследователи изучили этот вопрос и показали, что наш мозг спонтанно и непрерывно предсказывает язык на нескольких уровнях абстракции.

Понимание разговорного языка предполагает преобразование акустического потока в фонемы и их упорядочивание для понимания смысла. Теоретики предполагают, что мозг использует прогнозирование для интерпретации этих звуковых сигналов — подобно тому, как инструмент автозаполнения на вашем телефоне предлагает различные термины, когда вы набираете сообщение. Однако роль предсказания в обработке языка остается спорной. Голландские исследователи из Института психолингвистики имени Макса Планка недавно попытались пролить свет на эти споры.

По их мнению, наш мозг — это настоящая машина предсказаний, способная постоянно сравнивать получаемую сенсорную информацию (такую как изображения, звуки и речь) с внутренними предсказаниями. "Эта теоретическая идея чрезвычайно популярна в нейронауке, но существующие доказательства в ее пользу часто косвенные и ограничены искусственными ситуациями", — объясняет Миха Хейлброн, первый автор исследования. Действительно, большинство исследований в этой области были основаны на повторении основных визуальных или звуковых паттернов, которые на самом деле не отражают повседневных ситуаций.

Если мозг действительно демонстрировал способности к предсказанию, Хейлброн и его сотрудники хотели проверить, верно ли то же самое в более естественных условиях, когда мозгу приходилось обрабатывать "неожиданную" информацию. Для этого они проанализировали записи мозга участников, слушающих аудиокниги (рассказы о Хемингуэе или Шерлоке Холмсе); параллельно они использовали глубокую нейронную сеть (GPT-2, созданную OpenAI) для точной количественной оценки контекстных прогнозов. Конкретно это включало анализ прослушанных текстов, чтобы вычислить степень непредсказуемости каждого слова.

Исследователи обнаружили, что реакции мозга постоянно модулируются лингвистическими предсказаниями на нескольких уровнях абстракции. "Мы наблюдаем предсказания на уровне смысла, грамматики, слов и звуков речи", — пишут они в своем исследовании. Они также отметили, что прогнозы высокого уровня (слова) могут информировать прогнозы низкого уровня (фонемы), что говорит о том, что мозг участвует в иерархической обработке прогнозов.

Таким образом, для каждого слова или звука мозг делает подробные статистические прогнозы и чрезвычайно чувствителен к степени непредсказуемости: реакция мозга сильнее, когда слово неожиданно в контексте. Как отмечает команда, этот результат не очень удивителен: вы наверняка уже мысленно составляли предложения говорящего, который говорит медленно или с трудом подбирает слова. "Но мы показали, что это явление носит постоянный характер. Наш мозг постоянно угадывает слова; механизм прогнозирования постоянно находится в движении", — отмечают исследователи.

Исследователи уподобляют наш мозг программному обеспечению для распознавания речи — последнее полагается на искусственный интеллект для предсказания и идентификации произносимых слов. Основное различие между ними заключается в том, что мозг способен делать предсказания не только в отношении самих слов: он может спонтанно предсказывать язык, например, с точки зрения смысла или грамматики.

Технологические компании внимательно следят за этой способностью, чтобы использовать ее и улучшить свои инструменты распознавания речи и изображений. Хейлброн пытается выяснить эти механизмы предсказания на фундаментальном уровне, а также изучает, как мозг делает предсказания на основе визуального и других форм слухового восприятия, например, музыки. "Я бы очень хотел понять, как именно это работает, и проверить это в различных ситуациях", — сказал он.

Ларс Макли, профессор нейронауки в Центре когнитивной нейровизуализации в Глазго, также интересуется визуальными прогнозами мозга. В 2017 году, используя методы визуализации мозга, он и его команда обратили внимание на тот факт, что мозг постоянно предсказывает, что будут наблюдать наши глаза, и обновляет эти предсказания в зависимости от ситуации. "Мозг реагирует на каждую ситуацию не с чистого листа, а с множеством прогнозов. [...] По сути, это машина предсказаний, которая оптимизирует свои собственные прогнозы относительно среды, в которой она ориентируется", — сказал он в интервью в 2018 году. Но даже в этом случае ученый утверждал, что мозг постоянно создает внутреннюю модель того, что произойдет дальше.

Исследование Хейлброна раскрывает новый аспект прогностических способностей мозга, предполагая, что он делает это для всех типов внешней сенсорной информации, которую он воспринимает.