Відчуття кількості – не результат тренування чи діяльності спеціальних мозкових клітин. Воно виникає цілком спонтанно, засвідчує нещодавній експеримент. У ньому штучні нейрони нервової мережі самі навчилися оцінювати кількість крапок, навіть коли тренувалися розпізнавати лише об’єкти. Це означає, що зорова система людини і тварини здатна розвивати це вміння самотужки, кажуть науковці в журналі «Science Advances».
Зображення: wavebreakmedia/ thinkstock.
Упродовж тривалого часу відчуття кількості вважали суто людською ознакою. Але зараз відомо, що навіть тварини впізнають та порівнюють кількість об’єктів. До таких тварин належать примати, слони, собаки й вовки, риби двозяброві і навіть медові бджоли. Як і в людей, певні нейрони у їхньому мозку ніби вибірково реагують на улюблені цифри.
Але як виникає це відчуття кількості? Ясно було, що воно не набуте, а вроджене. Адже його демонструють навіть новонароджені, що зразу наділені необхідними «нейронами кількості». З огляду на те, що оцінювання кількості тісно пов’язане з візуальним сприйняттям об’єктів, науковці впродовж тривалого часу припускають: зір вирішальний для відчуття кількості, яке, ймовірно, твориться спонтанно.
Аби це перевірити, Халед Наср (Khaled Nasr) та його колеги з Тюбінгенського університету взяли собі в поміч незвичний інструмент – штучний інтелект. «Останнім часом такі біологічно натхнені нейронні мережі надають цінні свідчення про те, як працює зорова система», – пояснили науковці. Адже, як і наш мозок, ці адаптивні системи можна навчити впізнавати та класифікувати певні об’єкти.
Для свого експерименту науковці використали нейронну мережу та з допомогою 1,2 мільйонів фото натренували її розпізнавати різні об’єкти – павуків, собак, м’ячі та прикраси – і зараховувати їх до певних категорій. «Мережева модель ґрунтується на системі, що архітектурно відтворює ранній стан розвитку людської зорової кори», – пояснив провідний автор Андреас Нідер (Andreas Nieder).
Ця мережа поділена на дві частини: одна виділяла з картинок ознаки демонстрованих об’єктів і перетворювала їх на абстрактну репрезентацію. Так ця мережа розпізнавала характерні ознаки. Друга частина – мережа класифікації, вона впорядковувала репрезентації об’єктів за певними категоріями. Як і сподівалися, система швидко навчилася розпізнавати та зараховувати до правильної категорії побачені об’єкти.
У нейронній мережі, яка навчалася класифікувати фотографії, спонтанно виникають штучні нейрони, що реагують на різні улюблені числа. Зображення: Andreas Nieder.
Наступним був вирішальний тест: «Обидві частини мережі ми відділили одна від одної і першій частині, замість фото об’єктів, показували прості крапкові малюнки. Кількість крапок змінювалася від однієї до 30», – пояснив Нідер. Науковці хотіли знати, чи розвиватимуть нейронні мережі відчуття кількості без спеціального тренування, спонтанно – і чи в мережі при цьому виникатиме такий розподіл праці, як у мозку.
«Майже 10% штучних нейронів спеціалізувалися на певній кількості, хоч мережу ніколи не вчили її розрізняти», – повідомив Нідер. Як і в мозку тварин або немовлят, ці штучні нейрони реагували здебільшого на певну кількість. «Мережа, так би мовити, спонтанно розвинула відчуття кількості», – кажуть науковці.
Цікаво й те, що, оцінюючи кількість крапок, нейронні мережі продемонстрували такі ж риси, як і людський та тваринний мозок, сприймаючи кількість. Їм усе легше вдавалося розрізняти кількості, що суттєво різнилися, а не майже однакові. Як і людина, штучний інтелект визначав менші кількості правильно частіше, ніж великі. У середньому мережа правильно визначала кількість крапок у 81% випадків – це як у людей і приматів, повідомили вчені.
Тож здається, що відчуття кількості виникає само собою і майже неминуче є результатом опрацювання візуальної інформації. «Відчуття кількості не залежить від певних спеціалізованих ділянок мозку, а бере початок із нейронних мереж, що утворилися зором, – сказав Нідер. – Так ми тепер можемо пояснити, чому навіть новонароджені або ненатреновані дикі тварини наділені відчуттям кількості».
Nadja Podbregar
Eberhard Karls Universität Tübingen, 13. Mai 2019
Зреферувала С. К.