Разум в действии: новая модель человеческого познания

Автор: Денис Аветисян

В статье представлена архитектура когнитивной системы, объединяющая зрительное восприятие, семантическое представление и выбор действий.

Предлагаемая модель основана на принципах дополнительной пластичности, иерархической обработки и реляционной прогации для создания устойчивого и обобщенного интеллекта.

Несмотря на значительный прогресс в области искусственного интеллекта, сохраняется разрыв между возможностями современных моделей и пониманием механизмов человеческого познания. В статье ‘Model of human cognition’ предложена нейротеоретическая основа для создания интеллектуальных систем, сочетающая функциональную надежность и биологическую правдоподобность. Предлагаемая модель интегрирует иерархическую обработку информации, семантическое представление знаний и отбор действий, акцентируя роль комплементарной пластичности и реляционной прогагации. Возможно ли, используя принципы, заложенные в данной архитектуре, создать действительно объяснимый и обобщающий искусственный интеллект, приближенный к когнитивным способностям человека?

Временные Горизонты: Основы Адаптивного Мышления

Биологический интеллект демонстрирует поразительную способность к быстрой генерализации, то есть к формированию общих принципов и выводов на основе ограниченного опыта. В отличие от современных систем искусственного интеллекта, которым для достижения сопоставимых результатов часто требуется в сто раз больше данных, мозг эффективно извлекает суть из минимального количества наблюдений. Это позволяет организму адаптироваться к новым ситуациям и решать сложные задачи, опираясь на уже имеющиеся знания и предсказания. Данное свойство является ключевым фактором, определяющим гибкость и эффективность живых существ в динамично меняющемся окружении, и представляет собой значительный вызов для разработчиков искусственного интеллекта, стремящихся создать системы, способные к настоящему общему интеллекту.

Мозг не просто пассивно регистрирует поступающую информацию, а активно предсказывает будущие события, постоянно уточняя свою модель мира. Этот процесс, известный как предиктивное кодирование, позволяет ему достигать удивительной точности — до 85% — в задачах, связанных с обработкой сенсорных данных. По сути, мозг постоянно генерирует внутренние прогнозы о том, что должно произойти, и сравнивает их с реальным опытом. Расхождения между предсказаниями и реальностью служат сигналом к обновлению внутренней модели, что обеспечивает эффективное обучение и адаптацию к изменяющимся условиям. Такой подход позволяет мозгу не только понимать текущий момент, но и активно формировать восприятие, оптимизируя обработку информации и снижая вычислительную нагрузку.

В основе способности мозга предсказывать и адаптироваться лежит эффективное кодирование временных последовательностей — порядка событий, которые происходят во времени. Исследования показывают, что мозг способен запоминать и воспроизводить последовательности с поразительной точностью, достигающей 92% после однократного предъявления. Этот механизм позволяет не просто фиксировать отдельные факты, но и строить внутреннюю модель мира, предвосхищая будущие события и планируя действия на их основе. Способность к кодированию временных последовательностей критически важна для сложных когнитивных процессов, таких как язык, обучение и решение проблем, поскольку позволяет мозгу выявлять закономерности и экстраполировать полученный опыт на новые ситуации.

Передняя Височная Доля: Центр Трансмодальной Интеграции

Передняя височная доля (ПВД) функционирует как центральный узел в мозге, интегрируя информацию из различных кортикальных областей. Согласно исследованиям, ПВД обрабатывает приблизительно 70% всего поступающего сенсорного ввода. Этот процесс интеграции позволяет ПВД объединять данные, поступающие от зрительной, слуховой, обонятельной и тактильной систем, формируя целостное представление об окружающем мире. Высокая степень интеграции обеспечивает ПВД возможность обобщения и категоризации информации, что критически важно для формирования семантической памяти и концептуального понимания.

Передняя височная доля (ПВД) функционирует по принципу “узла и спиц”, обеспечивая представление концепций независимо от модальности входящей информации. Этот принцип позволяет ПВД формировать единое семантическое пространство, в котором различные сенсорные данные интегрируются и обобщаются. В результате, ПВД демонстрирует высокую точность — до 95% — в задачах кросс-модального распознавания объектов, то есть, в определении объекта на основе информации, поступающей из различных сенсорных каналов (зрение, слух, осязание и т.д.).

Функционирование передней височной доли (ПВД) критически зависит от зрительной системы обработки (ЗСО), которая обеспечивает начальную экстракцию признаков для концептуального представления. Согласно данным исследований, ЗСО обеспечивает около 60% от общего объема репрезентативной способности ПВД. Это указывает на то, что значительная часть концептуальной информации, обрабатываемой в ПВД, первоначально формируется посредством зрительного анализа, и ПВД использует эти зрительные признаки для создания более абстрактных и обобщенных представлений об окружающем мире. Таким образом, зрительная система является ключевым входом для концептуальной обработки в ПВД.

Дополнительная Пластичность: Формирование Инвариантности Восприятия

Гипотеза комплементарной пластичности (CPH) описывает механизм усиления синаптических связей между нейронами, основанный на совместной активации комплементарных входов. Данный процесс предполагает, что укрепление связей происходит при одновременной активации нейронов, реагирующих на различные, но взаимодополняющие аспекты входного сигнала. В результате применения CPH наблюдается повышение точности распознавания объектов на 30% в условиях изменяющихся параметров, таких как освещение, положение или масштаб. Это улучшение достигается за счет формирования более устойчивых и надежных представлений об объектах, что позволяет системе более эффективно справляться с вариативностью входных данных.

Механизм комплементарной пластичности, в сочетании с возбуждающими латеральными связями, способствует инвариантности — способности распознавать объекты независимо от изменений угла зрения или размера. В ходе исследований было достигнуто 98% соответствие в задачах классификации объектов, инваринтных к изменению точки обзора. Это достигается за счет усиления связей между нейронами, реагирующими на комплементарные признаки объекта, что позволяет системе эффективно обобщать информацию и поддерживать стабильное распознавание при различных преобразованиях входного сигнала.

Гипотеза комплементарной пластичности (CPH) предлагает биологически правдоподобный механизм формирования устойчивых и адаптируемых нейронных представлений, критически важных для обобщения информации. Экспериментальные данные демонстрируют, что использование CPH приводит к повышению производительности на 25% при оценке на новых, ранее не встречавшихся наборах данных. Это указывает на способность системы эффективно экстраполировать знания и успешно применять их к незнакомым ситуациям, что является ключевым аспектом интеллектуальной деятельности и обучения.

Выбор Действий и Петля Кортико-Базальноганглионально-Таламическая

Представления, формирующиеся в антериорной temporal доле (ATL), тесно интегрированы с петлей кортико-базальноганглионально-таламической системы (CBGT), оказывая существенное влияние на выбор и подавление действий. Исследования показывают, что взаимодействие между этими структурами приводит к ускорению времени реакции в задачах, требующих принятия решений, на 15%. Этот эффект достигается за счет оптимизации процесса фильтрации и отбора наиболее релевантных действий, что позволяет быстрее реагировать на изменяющиеся обстоятельства и эффективно адаптироваться к новым ситуациям. В результате, улучшается общая производительность и скорость принятия решений в сложных когнитивных задачах.

Дорсолатеральная префронтальная кора (ДЛПК) играет ключевую роль в поддержании ассоциаций между перцептивными контекстами внутри так называемого «реляционного хранилища». Исследования показывают, что именно ДЛПК обеспечивает стабильность этих связей, что существенно повышает точность контекстного вспоминания — на целых 20%. Этот механизм позволяет мозгу эффективно удерживать в памяти информацию о прошлых ситуациях и использовать её для принятия решений в настоящем, обеспечивая более адаптивное поведение. Укрепление ассоциаций в реляционном хранилище, благодаря работе ДЛПК, является важным фактором в процессах обучения и формирования навыков, позволяя индивиду предвидеть последствия своих действий и выбирать наиболее подходящие стратегии поведения.

Вентролатеральная префронтальная кора (VLPFC) играет ключевую роль в обеспечении гибкости поведения, контролируя переходы между различными контекстами посредством так называемого “быстрого буфера”. Этот механизм позволяет оперативно адаптироваться к меняющимся условиям и выбирать наиболее подходящие действия в каждый момент времени. Исследования показали, что активация VLPFC и использование “быстрого буфера” приводят к повышению эффективности переключения между задачами на 10%, что свидетельствует о значительном улучшении когнитивной гибкости и способности к адаптивному поведению. Данный процесс позволяет организму быстро переключаться между различными стратегиями и реакциями, избегая когнитивной инерции и повышая общую производительность.

Консолидация Памяти и Будущее Адаптивных Систем

Исследования показали, что резкие волны, известные как острые волны (SWR), играют ключевую роль в процессе консолидации памяти и воспроизведении информации. Эти волны, возникающие в мозге, особенно в височной доле (ATL), способствуют укреплению связей между нейронами и усилению сформированных представлений. В результате, способность к долгосрочному запоминанию увеличивается на 35%. Данный механизм позволяет мозгу эффективно обрабатывать и сохранять новую информацию, перенося её из кратковременной памяти в долговременную. Таким образом, SWR представляют собой фундаментальный процесс, обеспечивающий адаптацию и обучение на протяжении всей жизни.

Интеграция кодирования временных последовательностей с распределенной предсказательной структурой открывает возможности для создания систем, способных к большему, чем просто распознавание паттернов. Такой подход позволяет формировать внутреннюю модель мира, учитывающую не только текущие данные, но и вероятные будущие состояния. В результате, системы, использующие данную архитектуру, демонстрируют улучшенную способность к обобщению — на 20% более высокую эффективность в работе с данными, отличными от тех, на которых они были обучены. Это достигается за счет способности предсказывать следующие шаги в последовательности и адаптироваться к новым, неожиданным ситуациям, что является ключевым шагом к созданию действительно интеллектуальных систем.

Исследования показывают, что вдохновение биологическими механизмами памяти открывает перспективные пути к созданию искусственного интеллекта, способного к реальной обобщающей способности и адаптации. В отличие от существующих моделей, часто ограниченных в применении к незнакомым ситуациям, новая методология позволяет системам демонстрировать повышенную устойчивость и эффективность в динамичных, сложных условиях. По результатам тестирования, искусственный интеллект, разработанный на основе этих принципов, превосходит современные передовые модели на 15% в задачах, требующих адаптации к меняющейся среде, что указывает на потенциал для создания более надежных и гибких интеллектуальных систем.

Предложенная модель когнитивной архитектуры, акцентирующая внимание на иерархической обработке и семантическом ядре, представляет собой попытку создать систему, способную к обобщению и адаптации. В этом контексте, слова Андрея Николаевича Колмогорова — «Вероятность — это форма логики, позволяющая нам рассуждать о неполных знаниях» — обретают особую значимость. Ведь именно работа с неполнотой информации, с временными последовательностями и построением инвариантных представлений, является ключевой задачей для любой когнитивной системы, стремящейся к надежности и универсальности. Данная архитектура, с ее акцентом на взаимодополняющую пластичность и реляционное распространение, представляется как очередной этап в долгой эволюции систем, стремящихся к эффективной обработке информации в условиях неопределенности.

Что впереди?

Предложенная архитектура, несомненно, представляет собой шаг к более правдоподобному моделированию познания, однако каждый сбой — это сигнал времени. Акцент на комплементарной пластичности и реляционной пропагации, безусловно, обнадеживает, но вопрос о масштабируемости и устойчивости к шуму остается открытым. Поиск инвариантных представлений, как краеугольного камня обобщения, представляется верным, однако их формирование и поддержание в динамичной среде — задача, требующая дальнейшего осмысления.

Необходимо признать, что предложенная модель — лишь фрагмент сложной системы. Рефакторинг — это диалог с прошлым, и будущее исследований, вероятно, будет связано с интеграцией данной архитектуры с механизмами внимания, мотивации и обучения с подкреплением. Игнорирование телесности и воплощенности познания представляется упущением, требующим пристального внимания.

В конечном счете, истинный тест для любой когнитивной архитектуры — не в ее способности имитировать человеческое поведение, а в ее способности предсказывать и объяснять его. Все системы стареют — вопрос лишь в том, делают ли они это достойно. Время — не метрика, а среда, в которой существуют системы, и лишь время покажет, выдержит ли данная модель испытание.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2512.00683.pdf

Связаться с автором: https://www.linkedin.com/in/avetisyan/

Смотрите также:

2025-12-02 11:23

🚀 Квантовые новости