Математическият модел на паметта предполага, че 7 сетива са оптимални

Повече от век невроучените търсят физическата следа от паметта, неуловимата невронна схема, за която се смята, че кодира преживяванията в мозъка. Сега изследователите може би са открили нещо още по-интригуващо: математическа причина, поради която човешкото възприятие и памет изглежда са настроени до определен лимит.

В ново проучване, публикувано в Scientific Reports, изследователи от Кингс Колидж Лондон, Университета Лъфборо и Института за наука и технологи Сколково са разработили теоретичен модел, показващ, че способността на мозъка да формира и запазва спомени може да зависи от размерността на сетивния свят, който възприема.

Резултатите показват, че има оптимален брой сензорни измерения – около седем – при които съхранението на паметта достига своята максимална ефективност, преди да намалее в по-високите измерения.

„Едно от интригуващите следствия от модела е очевидното съществуване на оптимален брой сетива в развиващите се невронни и невроморфни системи“, пишат изследователите. „Най-големият капацитет на концептуалното пространство, т.е. най-богатото възприятие на външния свят, би се постигнал, когато броят на сетивата е равен на 7 - критичното измерение, където броят на оцелелите/запазените различни понятия е максимален."

В основата си изследването поставя въпроса: Колко сетива са необходими на една интелигентна система, за да запомни най-много за околната си среда?

За да изследват тази идея, изследователите са изградили това, което наричат ​​„кинетичен модел“ на енграмите на паметта. Това са математически представяния, показващи как спомените се формират, променят и избледняват в рамките на концептуално пространство – нещо като многоизмерна карта на преживяванията. В този модел всяка енграма (невронна схема) действа почти като жив обект, който расте, свива се или се слива в зависимост от това колко често е задействана от стимули като гледки, звуци или усещания от заобикалящия я свят.

„Ако всяка характеристика е свързана с различно сетиво, критичното измерение съответства на оптимален брой сетива за система, която се стреми да запази максималния брой различни понятия в паметта си“, пишат изследователите.

По същество, ако всяко сетиво съответства на ново измерение във възприятието, тогава изглежда има естествена граница – седем – отвъд която способността на мозъка да съхранява отделни понятия започва да намалява.

Изследването се основава на вековната идея за енграмата, въведена от немския биолог Рихард Земон през 1904 г. В продължение на десетилетия невроучените се опитват да локализират тези невронни „следи от паметта“ чрез невровизуализацията на мозъка и оптогенетични експерименти, идентифицирайки специфични невронни клъстери, които се реактивират по време на припомняне. Въпреки че тези изследвания разкриват къде може да се намират спомените, те не могат да обяснят напълно как спомените се развиват и конкурират с течение на времето.

Това ново проучване запълва тази празнина чрез математиката. Използвайки симулации по метода на Монте Карло и аналитични решения, изследователите моделират как се държат енграмите на паметта, когато са изложени на постоянен поток от стимули.

В техните симулации спомените се формират, когато множество сензорни впечатления се групирали заедно, като стават все по-силни при многократно излагане. Оставени нестимулирани, те бавно се разширяват и губят фокус, т.е. метафорично „забравяне“.

Тази конкуренция между запомнянето и забравянето се оказа, че създава стабилен баланс. Когато обаче екипът симулира енграми, съществуващи в пространства с различен брой сензорни измерения, те откриват нещо изненадващо.

С увеличаването на броя на измеренията се увеличава и броят на уникалните спомени – до определен момент. Отвъд седмото измерение капацитетът на паметта започва да намалява, като припокриването и интерференцията между енграмите намаляват ефективността на системата.

„Като разглеждаме крайния капацитет на концептуално пространство с даден брой измерения, донякъде изненадващо откриваме, че броят на отделните енграми, съхранени в паметта в стационарно състояние, е най-голям за концептуално пространство със седем измерения“, казва в прессъобщение съавторът и професор в Сколково, д-р Николай Брилянтов. „Оттук и твърдението за седемте сетива."

Това „критично измерение“ може да помогне да се обяснят не само механиките на паметта. То би могло също така да отразява защо биологичните сензорни системи са еволюирали по начина, по който са се развили.

Традиционно се смята, че хората имат пет сетива – зрение, слух, обоняние, вкус и допир – но невронауката сега разпознава още няколко, включително проприоцепцията, осъзнаването ни за позицията на тялото, и еквилибриоцепцията, чувството за баланс.

Идеята, че когнитивните способности могат да достигнат максимума си около седем входни данни, не е съвсем нова. Психологът д-р Джордж Милър е направил известното предположение през 1956 г., че средностатистическият човек може да съхранява около „седем плюс или минус две“ части информация в работната си памет едновременно. Този нов модел предлага потенциално физическо и математическо обоснование зад този дълго наблюдаван когнитивен лимит.

Според изследователите, балансът между чувствителност и прецизност, както и компромисът между отвореността към нови преживявания и запазването на остри, отчетливи спомени, може да отразява универсален принцип. Системите, които са силно възприемчиви към нова информация, са склонни да формират размазани, припокриващи се спомени. За разлика от тях, системите, които са прекалено селективни, рискуват да пропуснат напълно нови преживявания.

„Колкото по-висока е възприемчивостта, толкова по-малко ясна става научената концепция“, отбелязват изследователите, сравнявайки това напрежение с компромиса между пристрастията и вариациите в машинното обучение, където системите трябва да балансират генерализацията срещу свръхобучение.

В биологичен план, откритието предполага, че еволюцията може да е „настроила“ човешкия сензорен капацитет до оптималното ниво, при което възприятието, обучението и паметта остават максимално ефективни. Добавянето на повече сетива или сензорни измерения може да не подобри знанието непременно, а вместо това да претовари концептуалното пространство на мозъка, причинявайки смущения между спомените.

Кинетичната рамка на изследването има последствия и за програмирането на изкуствения интелект (големите езикови модели) и невроморфните изчисления, където системите за памет, моделирани върху биологични мозъци, трябва да балансират гъвкавостта на обучението с информационната стабилност. Система с изкуствен интелект с твърде много входни канали може да изпита същия проблем като биологичен мозък, надвишаващ оптималните си сензорни размери, като насищането води до объркване, а не до прозрение.

„Освен разкриването и обосноваването на съществуването на критично измерение в пространството на понятията, предложеният кинетичен модел на динамиката на енграмите на паметта може да предложи нова интерпретация на емпирични данни, както съществуващи, така и нови“, пишат изследователите. „Например, човек може емпирично да изследва и проучва механизмите на сливане и фрагментиране на енграмите."

Изследователите предлагат експериментални начини за тестване на своята теория. Например, като представят на участниците поредици от сензорни стимули и измерват колко отчетливи остават следите от паметта им, учените биха могли да оценят еквивалентите в реалния свят на променливите на модела – като например скоростта на учене и забравяне.

В крайна сметка, изследването предлага една интригуваща перспектива: че архитектурата на човешкото възприятие – начинът, по който виждаме, чуваме, чувстваме и балансираме – може да не е просто продукт на биологията, а отражение на дълбоки математически закони, управляващи начина, по който системите запомнят.

„Нашето заключение, разбира се, е силно спекулативно по отношение на прилагането му към човешките сетива, въпреки че никога не се знае“, добавя д-р Брилянтов. „Възможно е хората в бъдеще да развият сетива за радиация или магнитно поле."

Справка: Wendy Otieno, Ivan Y. Tyukin, Nikolay Brilliantov. The critical dimension of memory engrams and an optimal number of senses. Scientific Reports, 2025; 15 (1) DOI: 10.1038/s41598-025-11244-y

Източник: Forget the Sixth Sense: New Study Says the Human Brain May Be Wired for Seven Senses, Tim McMillan, The Debrief.