07:00 
Смещение фокуса на визуальную сцену, не двигая глазами (например, вождение автомобиля или чтение комнаты в поисках реакции на шутку), – это поведение, известное как скрытое внимание. Мы делаем это постоянно, но о его нейрофизиологической основе мало что известно. Теперь, используя сверточные нейронные сети (CNN), исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Судханшу Шривастава, Мигель Экстайн и Уильям Ван раскрыли основы скрытого внимания и в процессе нашли новые, возникающие типы нейронов, которые они подтвердили в реальной жизни, используя данные исследований мозга мышей.
«Это яркий пример того, как ИИ продвигает нейробиологию, когнитивные науки и психологию», — сказал Шривастава, бывший аспирант лаборатории Экстайна, ныне постдокторант в Калифорнийском университете в Сан-Диего.
Их результаты опубликованы в Трудах Национальной академии наук.
Эмерджентные свойства и новые типы нейронов
Мы думаем о внимании как о прожекторе или масштабировании нашего мозга, который фокусируется на чем-то в нашем поле зрения и выделяет ресурсы для этой области, улучшая то, как мы это видим. Даже более современные вычислительные и нейробиологические модели имеют встроенный механизм внимания, который включает и изменяет визуальную обработку (увеличивает громкость или уменьшает шум) в посещаемом месте.
В лаборатории ученые изучают скрытое внимание, когда вспышка или стрелка появляются до или одновременно с кратко представленной целью и измеряют, насколько быстрее и точнее обнаружение цели становится, когда она появляется вместе с сигналом. Идея состоит в том, что сигнал ориентирует механизм внимания мозга на указанное место, изменяя визуальную обработку.
Поскольку это настолько естественно для нас, людей, такое поведение скрытого внимания кажется обманчивым и обязательно связано с некоторой способностью перемещать наше осознание по визуальному миру».
Мигель Экстайн, профессор психологии и наук о мозге, UCSB
В течение десятилетий считалось, что такое поведение, часто занимающее доли секунды, является единственной областью деятельности у приматов, что стало возможным благодаря теменным долям нашего мозга и даже связано с сознанием.
Однако совсем недавно такое поведение было зарегистрировано и у других видов, в том числе у рыб-стрелков, мышей и пчел — животных с более простой архитектурой мозга. Все это заставило исследователей задаться вопросом, могут ли некоторые типы скрытого внимания быть эмерджентным явлением, результатом совместной работы нейронов по всему мозгу, а не работы модулей мозга, специализирующихся на повышении внимания.
Но Картирование того, как мы обрабатываем информацию в мозгу, особенно то, как мы оптимизируем наше внимание для обеспечения точности, является сложной задачей. Человеческий мозг содержит миллиарды нейронов; это очень динамичная и изменчивая система. Между тем, методы визуализации в настоящее время не могут достичь разрешения, необходимого для измерения активности отдельных нейронов.
Однако у нас есть следующая лучшая вещь: модели искусственного интеллекта. Построив относительно простую модель мозга и включив ее в задачи, которые обычно выполняет человеческий мозг, можно заглянуть под капот ИИ и понять, как это работает. мозг может быть организован для выполнения таких задач.
Так было в случае со Шриваставой, Экстайном и Вангом, которые в 2024 году продемонстрировали, как от 200 000 до 1 миллиона нейронов CNN (ссылка) — очень элементарная версия мозга — проявляют признаки скрытого внимания человека при выполнении различных задач по обнаружению целей, хотя при этом они не имели встроенного механизма ориентации внимания. скрытое внимание может быть возникающим свойством искусственного или биологического организма, который учится обнаруживать цель настолько хорошо, насколько это возможно.
Но что внутри CNN делает возможным появление скрытого внимания? вместо того, чтобы относиться к ним как к черному ящику», — сказал старший автор Экстайн. «Если вы занимаетесь физиологией отдельных клеток, пытаясь изолировать отдельные нейроны, вы можете записать активность, возможно, тысяч нейронов, но миллион в настоящее время невозможен. Но в CNN мы могли бы охарактеризовать каждую из ее единиц, и это могло бы помочь нам понять настоящие нейроны в мозге».
Исследуя популяцию из 1,8 миллиона искусственных нейронов (180 тысяч нейронных единиц в 10 обученных CNN), исследователи подвергли «мозговые клетки» своего ИИ задаче Познера — визуальному тесту, который измеряет точность или скорость, с которой участники обнаруживают цель, когда она появляется с сигналом (коробка или без него). стрелка).
Среди их открытий были единицы CNN, которые, несмотря на отсутствие какого-либо встроенного механизма внимания, аналогичны тем, о которых сообщили нейрофизиологи в мозге приматов и мышей. Важно отметить, что они обнаружили несколько типов «нейронов» CNN, которые обладали свойствами реагирования, которые ранее никогда не выделялись.
