Эндрю Смарт - О пользе лени. Инструкция по продуктивному ничегонеделанию

Крупное скопление планктона у поверхности порождает фоновые шумы. Когда Мосс с коллегами подавал оптимальный уровень электрического шума в воду в стороне от пятна, это служило рыбам своеобразной подсказкой. Эффект усиления стимула шумом возникает у разных животных: его обнаружили при исследовании механорецепторов ракообразных, усиков сверчков, мозга крыс.

Нейроны человека и животных являются нелинейными пороговыми устройствами, а потому шум для них благотворен. И весьма вероятно, что без шума они вообще не могли бы работать. Определенный уровень возбуждения на время полностью меняет динамику мозга. На уровне нейрона это выражается в переходе от состояния покоя к выстреливанию потенциалов действия.

Наши нейроны общаются между собой будто в замысловатом танце — формируя сложные ансамбли электрических и химических потенциалов действия. Сигналы путешествуют в разные стороны, частично синхронизируя или рассогласовывая активность клеток, если это необходимо. Каждый нейрон имеет свой динамический (то есть непостоянный, гибкий) порог потенциала действия. Нейроны отвечают случайно и по-разному на разные стимулы, и эти ответы затем случайно интегрируются в сеть, к которой принадлежит нейрон.

В черепной коробке человека живет около 100 миллиардов нейронов, каждый из которых выдает сотни потенциалов действия в секунду, — мозг полон шума. Но плох ли этот шум? Возможно, спонтанная, внутренняя активность сети пассивного режима работы мозга обеспечивает нас необходимым фоном для обработки информации. Неправильное функционирование этой сети даст нам слишком много или слишком мало шума.

Шум действительно помогает нейронам распознавать слабые сигналы среды или других нейронов.

На схеме типичной синусоидой показана волна стимула. Им может быть все что угодно: звук, образ, цепочка потенциалов действия от других нейронов или даже чудесное стихотворение из бессознательного. Прерывистая линия — это нейронный порог потенциала действия. Обратите внимание, что синусоида нигде не пересекает порог. Поэтому сигнал на выходе пуст. Это слабый сигнал без шума — он неуловим.

Теперь взгляните, что происходит, когда с сигналом сочетается оптимальный уровень шума, — он показан зубчатой линией на синусоиде. Шум частично пересекает порог (прерывистую линию), и нейрон выстреливает потенциалы действия, что отражено вертикальными черточками над линией сигнала на выходе.

Заметьте, что там, где шум пересекает порог, потенциалы действия соответствуют частоте нерегистрируемого сигнала. Поэтому на выходе мы получаем слабый сигнал. По сути, информация передается через шум.

Этот механизм работает и на уровне органов чувств: шум усиливает подпороговые звуки, улучшает нечеткие изображения. Знаменитый пример стохастического резонанса в исследованиях зрительного восприятия — картинка лондонских часов Биг-Бен.

Слева Биг-Бен запечатлен в черно-белой гамме с разрешением в 256 × 256 пикселей. Каждый пиксель на картинке, пересекая порог восприятия, вызывает потенциал действия, — принцип тот же, что и в нейронах мозга. Слегка усиливая шум, увеличивая максимум и минимум случайных значений, мы постепенно достигаем резонансной интенсивности шума, которая создает четкий рисунок посередине: оптимальный уровень шума улучшает сигнал. Когда шума становится слишком много, изображение портится, как на иллюстрации справа. Если начертить график этой динамики, получится опрокинутая парабола.

Не ты ли был вечно весь в ожидании, словно тебе все сулило возлюбленную?

Я учился в аспирантуре в Швеции и под руководством психолога Сверкера Сикстрема исследовал благотворное влияние шума на детей с СДВГ. Мы разработали модель воздействия стохастического резонанса на дофаминовую систему мозга, опираясь на неожиданное открытие психолога Ерана Содерлунда о том, что рассеянные средовые шумы помогают детям с СДВГ запоминать инструкции. Мы предположили, что шум может заменять амфетамины.