Как ошибки помогают нам эффективно изучать себя и мир

Книга когнитивного нейробиолога Стивена М. Флеминга «Метамышление» посвящена самопознанию. В ней описываются механизмы, которые помогают людям обнаруживать и обдумывать свои мысли. Флеминг объясняет, почему нам иногда проще поверить незнакомцу, а не собственным детским воспоминаниям, описывает, что происходит с мозгом, когда мы пытаемся, но не можем вспомнить слово, и затрагивает другие интересные темы.

С разрешения издательства Individuum мы публикуем сокращённый отрывок из главы «Алгоритмы самоконтроля» о том, почему человек не смог бы развиваться, если бы не совершал ошибки.

Одно из первых исследований того, как мы выявляем собственные ошибки, в 1960‑х годах провёл психолог Патрик Раббитт. Он придумал сложное, монотонное задание, в котором испытуемым нужно было нажимать на кнопки, реагируя на последовательность цифр. Однако само задание не имело большого значения. Хитрость заключалась в том, что испытуемых просили нажимать на отдельную кнопку, если они замечали, что совершили ошибку. Раббитт с точностью измерил время, которое требовалось для нажатия этой кнопки, и обнаружил, что люди способны крайне быстро исправлять собственные оплошности. Фактически испытуемые осознавали, что совершили ошибку, в среднем на 40 миллисекунд быстрее, чем реагировали на внешние стимулы. Этот элегантный и простой анализ доказал, что мозг способен отслеживать и обнаруживать собственные ошибки при помощи эффективных внутренних расчётов, не зависящих от сигналов из внешнего мира.

При принятии простого решения о том, относится тот или иной стимул к категории А или В, уже через десятки миллисекунд после нажатия неправильной кнопки мышцы, контролирующие верный ответ, начинают сокращаться, стремясь исправить ошибку. И если корректирующие процессы происходят достаточно быстро, то могут даже предотвратить её. Например, к тому моменту, когда мышцы сократятся, чтобы нажать кнопку и отправить необдуманное сообщение, мы успеваем обзавестись дополнительными доказательствами неудачности этой затеи и в последний момент удержаться от рокового щелчка мышью.

Спустя несколько десятилетий после эксперимента Раббитта учёные начали обнаруживать мозговые процессы, способствующие внутреннему поиску ошибок. Работая над своей докторской диссертацией, опубликованной в 1992 году, психолог Уильям Геринг записал электроэнцефалограммы (ЭЭГ) участников одного эксперимента, выполнявших сложные задания. В ЭЭГ используется сеть маленьких электродов, которая неинвазивным путём фиксирует изменения электрического поля, вызванные совместной активностью тысяч нейронов внутри мозга. Геринг обнаружил, что менее чем через 100 миллисекунд после совершения ошибки в мозгу появляется особая волна. Скорость этой реакции помогает объяснить обнаруженное Раббиттом, а именно способность людей стремительно осознавать, что они совершили ошибку, — даже до того, как им об этом сообщат.

Сегодня мы знаем, что эта реакция возникает в результате ошибок при выполнении самых разнообразных задач (от нажатия кнопок до чтения вслух) и генерируется областью мозга, расположенной в центре лобной доли, дорсальной зоной передней поясной коры. Это красноречивое нейронное свидетельство самомониторинга обнаруживается уже на ранних этапах развития человека. В одном эксперименте 12-месячным младенцам демонстрировали разные изображения на экране компьютера, записывая движение их глаз. Иногда им показывали человеческое лицо, и если младенцы смотрели прямо на него, то удостаивались награды в виде музыки и мигающих цветных лампочек. Если ребёнок не смотрел на изображение лица, то в контексте эксперимента это считалось ошибкой — он не выполнял действие, за которое получил бы вознаграждение. В таких случаях записи ЭЭГ отчётливо отражали НСО, пусть реакция и была несколько запоздалой по сравнению со взрослыми.

НСО можно рассматривать как частный случай сигнала о «предиктивной ошибке». Название «предиктивные ошибки» говорит само за себя: это ошибки в наших предсказаниях будущего, которые к тому же являются ключевой составляющей алгоритмов, помогающих эффективно изучать мир. Чтобы понять, как предиктивные ошибки помогают нам в этом, представьте, что рядом с вашим офисом открывается новая кофейня. Вам еще неизвестно, насколько она хороша, но её владельцы позаботились о том, чтобы купить первоклассную кофемашину и создать отличную атмосферу. У вас высокие ожидания — вы предполагаете, что кофе будет хорошим, хотя ещё не пили его. Наконец, вы впервые пробуете его и выясняете, что он не просто хорош — такого чудесного эспрессо вы давно не пили. Поскольку кофе превзошёл ваши ожидания, вы обновляете свою предварительную оценку, а кофейня становится вашей новой любимой остановкой по пути на работу.

Теперь представим, что прошло несколько недель. Бариста расслабились, и кофе уже не так прекрасен, как раньше. Возможно, он всё равно хорош, но, учитывая ваши возросшие ожидания, вы воспринимаете происходящее как негативную ошибку в вашем предсказании и можете разочароваться ещё сильнее.

Дофамин не только знаменит, но и зачастую воспринимается ошибочно — в популярных СМИ его называют «гормоном удовольствия». Это правда, что уровень дофамина повышается от того, что нам нравится: денег, еды, секса и так далее. Однако представление, что дофамин всего лишь сигнализирует о вознаграждающем характере получаемого опыта, ошибочно. В 1990‑х годах нейробиолог Вольфрам Шульц провёл эксперимент, ставший классическим. Он зарегистрировал у обезьян сигналы, посылаемые клетками среднего мозга, которые вырабатывают дофамин и доставляют его в другие области мозга. Шульц приучил обезьян, что после включения света в комнате им дают немного сока. Сначала дофаминовые клетки реагировали на сок, что соответствовало теории удовольствия. Но со временем животные начали понимать, что включение света всегда предшествует соку, — они научились ожидать удовольствие, — и дофаминовая реакция исчезла.

Элегантное объяснение рисунка дофаминовой реакции в этих экспериментах заключается в том, что она помогала мозгу отслеживать ошибки в предсказаниях обезьян. Сначала сок был для обезьян неожиданностью — так же, как для вас неожиданностью был хороший кофе в новом месте. Но со временем обезьяны стали ожидать сок каждый раз, когда включался свет, — в точности как мы ожидаем хороший кофе каждый раз, когда заходим в кофейню. Почти одновременно с экспериментами Шульца специалисты в области вычислительной нейробиологии Питер Дайан и Рид Монтегю работали над развитием одной классической психологической теории по обучению методом проб и ошибок.

Это понятно даже интуитивно: если сегодня кофе такой же, как и вчера, у нас нет необходимости изменять оценку, которую мы дали кофейне. Не нужно ничему учиться. Дайан и Монтегю продемонстрировали, что варианты этого алгоритма прекрасно согласуются с реакцией дофаминовых нейронов. Вскоре после публикации работ Шульца и Дайана с Монтегю ряд исследований, проведённых моим бывшим научным руководителем Рэем Доланом, выявил, что реакция нейронов в областях человеческого мозга, получающих дофаминовый сигнал, полностью соответствует тому, что происходит при получении сигнала о предиктивной ошибке. Упомянутые исследования показали, что вычисление предиктивных ошибок и использование их для обновления нашего восприятия мира лежат в основе работы мозга.

Вооружившись пониманием предиктивных ошибок, мы начинаем видеть, насколько такие расчёты важны для самомониторинга. Иногда мы напрямую получаем положительную или отрицательную обратную связь о нашей деятельности — например, когда справляемся со школьным заданием или узнаём, что побили личный рекорд на полумарафонской дистанции. Но во многих областях повседневной жизни обратная связь может быть менее заметной или вообще отсутствовать. Поэтому целесообразно считать, что НСО отражает внутренний сигнал о вознаграждении или, точнее, о его отсутствии. Она выражает разницу между тем, что мы ожидали (у нас всё получилось), и тем, что случилось на самом деле (произошла ошибка).

Представьте, как вы садитесь за пианино, чтобы сыграть простенькую мелодию. Каждая нота имеет своё звучание, но было бы странно утверждать, что какая-то из них «лучше» или «хуже» другой. Сыгранная отдельно ля ничем не лучше, чем соль-диез. Но в контексте мелодии, которой открывается концерт для фортепиано с оркестром ля минор Эдварда Грига, ошибочно сыгранная соль-диез вместо ля заставит слушателей содрогнуться. Даже если внешней обратной связи нет, неправильная нота — это ошибка на фоне ожидаемого исполнения. Отслеживая такие ошибки, мозг может оценить, хорошо или плохо он справляется с задачей, даже при отсутствии явной обратной связи.

Эта особенность человеческих ошибок используется для создания комического эффекта в одном из моих любимых скетчей из «Фаст-шоу». Его персонаж — старик Невезучий Альф — поворачивается к камере и произносит с сильным северо-английским акцентом: «Видите вон там? Они роют чертовски большую яму в конце дороги. С моим везением я наверняка свалюсь в неё». Мы напряжённо наблюдаем, как он медленно бредёт по дороге, пока вдруг не налетает сильный порыв ветра и не сдувает его в яму. Готовность, предвидение и всё же неизбежность катастрофы — вот что делает этот скетч смешным. Мы удивляемся ошибкам именно потому, что не ожидаем их, и, подобно Гомеру Симпсону, восклицаем «Д’оу!», уже будучи поставленными перед фактом.

Таким образом, эффективный способ осуществления самомониторинга заключается в том, чтобы делать предсказания о том, как мы добиваемся успеха, и отслеживать, удаётся ли нам выполнять задуманное.

Книга «Метамышление» поможет разобраться, как работает человеческий разум с точки зрения нейробиологии. Она пригодится тем, кто хочет научиться лучше понимать себя и окружающих.