Чтобы освоиться в новом городе, мы часто используем карты и ориентиры, чтобы найти самый быстрый и надежный маршрут между двумя местами. Теперь новое исследование показывает, что наш мозг может использовать аналогичные процессы для «навигации» между связанными понятиями.

Исследователи разработали математическую модель, чтобы изучить, как мозг кодирует пространственную и семантическую информацию. Последняя включает знания о смысле и значении людей, мест и вещей. Активность мозга, связанная с этими понятиями, проявляется не только при непосредственном восприятии объектов, но и при их воспоминании.

Модель показала, что пространственная и семантическая информация могут обрабатываться в одних и тех же зонах мозга, что говорит о схожих механизмах их обработки. Результаты исследования, опубликованные 10 марта в журнале PNAS, указывают на удивительное сходство между тем, как мы перемещаемся в пространстве и как «путешествуем» между идеями.

Гиппокамп и энторинальная кора: навигаторы мысли

Две ключевые области мозга, отвечающие за память и ориентацию, — гиппокамп и энторинальная кора — содержат нейроны, которые активируются как при перемещении в пространстве, так и при обработке абстрактных понятий. Эти «концептуальные клетки» натолкнули учёных на мысль, что мозг может использовать единый алгоритм для решения разных задач.

«Пространственные и концептуальные представления кажутся совершенно разными, но между ними есть связь», — объясняет Тацуя Хага, специалист по вычислительной нейробиологии из Национального института информационных и коммуникационных технологий (Япония). «Возможно, гиппокамп и энторинальная кора применяют один и тот же принцип для обработки информации — будь то язык или ориентация в пространстве».

Модель, имитирующая мышление

Хага и его коллеги создали математическую модель, симулирующую работу гиппокампа. Она объединила два ключевых механизма:

1. Представление преемника — предсказывает переход между физическими локациями.
2. Встраивание слов — отражает связи между понятиями.

Модель «путешествовала» как по виртуальному пространству (например, лабиринту с комнатами), так и по семантическому (переходя между связанными словами через аналогии). В результате она воспроизводила паттерны активности, похожие на те, что наблюдаются в мозге при навигации и мышлении.

Например, чтобы перейти от «Франции» к «Берлину», модель сначала активировала концепт «столица» (переходя к «Парижу»), а затем — «Германия», что приводило к конечной точке.

Мыслительные «маршруты»

«Когда вы блуждаете по лабиринту, вам нужна карта с ориентирами. То же самое может происходить и в мышлении», — говорит Роб Мок, нейробиолог из Лондонского университета Роял Холлоуэй.

Например:

• Как от «собаки» перейти к «кошке»? Через категорию «домашние животные».
• Как от «короля» добраться до «королевы»? Через связь «монархия».

Модель демонстрирует, что один и тот же алгоритм может работать как для пространственной, так и для смысловой навигации. Однако пока не доказано, что реальный мозг функционирует точно так же.

Что дальше?

Хага планирует усовершенствовать модель, приблизив её к биологическим процессам. Возможно, дальнейшие исследования помогут понять:

• Как формируются ассоциации в памяти.
• Почему некоторые понятия связаны в нашем сознании сильнее других.
• Можно ли улучшить обучение, используя «смысловые карты».

Это открытие не только углубляет наше понимание мозга, но и может найти применение в искусственном интеллекте — например, в создании систем, которые учатся так же гибко, как человек.

«Мозг — самый сложный навигатор из всех существующих. И теперь мы начинаем понимать, как он прокладывает маршруты не только в мире, но и в мире идей», — заключает Хага.