Щоб навчитися відрізняти одне від іншого, мозок повинен приймати рішення в умовах нейронного шуму.
Двадцять років тому нейробіологи зі Стенфорда виявили у деяких нейронів мозку дивну шумову активність: вони реагували на такі стимули, які, здавалося, не мали до них ніякого відношення. І така активність виникала саме тоді, коли мозок приймав якесь рішення. Сам же експеримент полягав у наступному: піддослідні тварини повинні були визначити, як рухаються точки на екрані, справа наліво або зліва направо; у разі правильної відповіді видавалася нагорода. За допомогою такої моделі можна вивчати, які процеси в мозку супроводжують формування категорій. Категоризація об'єктів і явищ - одна з найбільш загальних особливостей психіки, що лежить в основі навчання, і дійсно було б цікаво дізнатися, що в цей момент відбувається в мозку. В даному випадку, як легко зрозуміти, потрібно було виділити два класи об'єктів: ті, що рухаються в один бік, і ті, що рухаються в протилежний бік.
В результаті вдалося виявити групу нейронів, що реагують на рух, причому серед них були такі, які ставали особливо активні саме в момент прийняття рішення. Однак активність їх виглядала так, як якщо б одні клітини у відповідь на точку кричали «справа наліво!», а інші у відповідь на ту ж саму точку - «зліва направо!», незалежно від того, куди насправді точка рухається. Рівень шуму знижувався за допомогою винагороди за правильну відповідь - воно налаштовувало нейрони, роблячи їх більш розбірливими і менш галасливими, так що вони починали реагувати здебільшого тільки на точки якоїсь однієї, «своєї», категорії. Причому особливо дивно було те, що нейронний шум відбувався зовсім не в тих ділянках кори, які зазвичай пов'язані з прийняттям рішення.
Навіщо шумлять нейрони в «непрофільному» відділі мозку, вдалося почасти з'ясувати тільки зараз, за допомогою комп'ютерної моделі, розробленої Тетяною Енгіл (Tatiana Engel) і її колегами; результати їх роботи опубліковані в Nature Communications. Модель імітувала роботу нейронних ланцюгів, що пов'язують сенсорні області мозку з категоризуючими. Віртуальні нейрони «спостерігали» точки, які рухалися в різні боки і які потрібно було розподілити по таких же двох класах, «правому» і «лівому» - як і у вихідному експерименті з тваринами.
Змодельований нейронний ланцюг, на відміну від справжнього, можна позбавити здатності шуміти, що дослідники і зробили. Але виявилося, що без нейронного шуму, що супроводжує вибір, неможливо формування категорій. Іншими словами, для того, щоб в розумі сформувався клас точок, що рухаються справа наліво, мозок повинен робити вибір в «галасливих» умовах, коли частина нейронів одночасно будуть «агітувати» за неправильну відповідь. Якщо відволіктися від точок і підібрати більш життєвий приклад, то уявімо, що ви щоранку вибираєте між чашкою кави і чашкою чаю. Ви робите вибір кожен день протягом тижня, двох тижнів, місяця, півроку, і врешті-решт приходите до думки, що ранкова чашка кави - саме те, що треба. Але якщо раптом трапиться так, що ваш мозок буде робити вибір без будь-якого шуму, то у вас просто не сформується зв'язку між ранковими годинами і кавою, саме поняття ранкової кави буде відсутнє.
Звичайно, тут є велика спокуса інтерпретувати нейронний шум як «сумнів», або як «необхідність розглядати всі варіанти рішення з можливих». Втім, такі формулювання відносяться, швидше, до галузі філософії, яку ми поки навряд чи можемо співвіднести з конкретними нейрофізіологічними феноменами. Однак цілком може бути, що нові дані в майбутньому дозволять створити якісь апаратні методи, що покращують когнітивні здібності - через управління нейронним шумом. Але поки що належить з'ясувати, звідки він, власне, береться: чи то це сенсорні відділи його генерують, чи то його виробляють інші області мозку, які безпосередньо пов'язані з прийняттям рішень, або ж тут задіяні і сенсорний, і когнітивний відділи разом.