Способность помнить прошлое дает живым существам преимущество, но за хранение информации приходится платить. Будь то белка, прячущая орехи, или отдельная клетка, реагирующая на свет, использование памяти требует расхода ценного ресурса. Возникает вопрос: в какой момент затраты на запоминание превышают пользу от него?
Группа ученых из Токийского института промышленных наук и RIKEN нашла ответ, описав его языком математики. В своей статье они представили теорию, которая показывает прямую связь между запасом сил организма и тем, опирается ли он на свой опыт или живет только текущим моментом.
Резкий переход от «склероза» к мудрости
Исследователи построили модель живого существа, которое должно оценивать изменения вокруг себя. У этого создания был выбор: смотреть только на то, что происходит сейчас, или подключать архив прошлых наблюдений. Так как любая запись в этом архиве стоит энергии, возникла ситуация выбора — либо быть точным, но голодным, либо экономить силы, рискуя ошибиться.
Ведущий автор работы, Такехиро Тоттори, поясняет, что этот баланс приводит к резким скачкам поведения. Если ресурсов мало, организм просто выбрасывает из головы все лишнее и реагирует лишь на то, что видит перед собой прямо сейчас. Но стоит появиться небольшому избытку энергии, как система мгновенно переключается: существо внезапно начинает активно использовать накопленный опыт. Это не плавное улучшение, а именно резкий качественный скачок.
Золотая середина шума
Ученые также определили условия, при которых воспоминания работают лучше всего. Оказалось, что память наиболее полезна тогда, когда сигналы извне доходят с умеренным уровнем помех. Если обстановка предельно ясна, вспоминать прошлые уроки нет нужды — текущий взгляд говорит обо всем. Если же мир слишком хаотичен и шумен, старые записи тоже становятся мусором, так как они могут вводить в заблуждение. Однако именно в середине, когда данные есть, но они слегка искажены, умение заглянуть в прошлое спасает жизнь и повышает шансы на успех.
Старший автор Тэцуя Дж. Кобаяши отмечает, что это объясняет странности природы. Живые системы часто ведут себя так, будто у них вовсе нет памяти, хотя она могла бы им помочь. Полезность воспоминаний диктуется не только их наличием, но и тем, насколько непредсказуем окружающий ландшафт.
Как эволюция создала разум
Выводы математиков совпали с результатами опытов над людьми. Испытуемые тоже меняли свою стратегию: если их отвлекали или утомляли, они переставали полагаться на логику прошлого опыта и действовали импульсивно.
Эта работа дает базу для понимания того, как возник наш мозг. Существует масса систем обработки данных — от бактерий до человека. Каждая выбирает свой уровень вложений в память. Понимание этой математической основы помогает увидеть, как сложные вычислительные аппараты вроде человеческого разума смогли развиться в ходе эволюции. Вопрос «помнить или нет» оказался фундаментальным фактором, разделившим простые организмы и мыслящие существа.
Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Изображение: Институт промышленных наук, Токийский университет
