Почему мозг имеет развитую поверхность?

[realeugene]

sergey zhukov в сообщении #1682400 писал(а):

Совсем не очевидно, что размещение по поверхности лучше, чем размещение в объеме.

В каком смысле "лучше"? В спинном мозгу ядра нейронов в центре ствола, но у него и функции немного другие.

[epros]

sergey zhukov, да, не очевидно. Потому что непонятны принципы оптимизации. В частности, априорно непонятно, какие связи с какими (сколькими) нейронами нужны. Ясно же, что это не будут связи каждого с каждым. Если двумерная компоновка позволяет большинство связей сделать короткими, но при этом оставляет возможность и для дальних связей (которые пойдут через объём), значит в ней есть какой-то смысл.

[sergey zhukov]

realeugene
Ну вот мы же не стараемся оправдать поворот зрительной сетчатки в глазу задом-наперед? Хотя и тут можно придумать какие-то оправдания, но вроде все согласны, что это с любой точки зрения не может считаться оптимальным решением. С мозгом мне кажется все обстоит так же.

Я хотел сказать, что увеличение поверхности легких - это легко понять. Это поверхность переноса. А вот увеличение поверхности мозга - это какой-то побочный эффект какого-то другого процесса. Собственно, сама свободная поверхность не нужна, никакой перенос через нее не происходит (мне так кажется). Если бы каждой серой клетке требовалось для чего-то быть ближе к спинномозговой жидкости - тогда понятно. Может, конечно, так и есть, не знаю.

[realeugene]

sergey zhukov в сообщении #1682409 писал(а):

но вроде все согласны, что это с любой точки зрения не может считаться оптимальным решением.

Вы не знаете альтернатив лучше.
И выгоды такого расположения тоже есть: нейроны ближе к сосудистой оболочке, которая их питает. А иначе питание должно было бы через слой нервов как-то проходить.

-- 16.04.2025, 11:49 --

sergey zhukov в сообщении #1682409 писал(а):

А вот увеличение поверхности мозга - это какой-то побочный эффект какого-то другого процесса.

В который раз намекаю: кора двумерна, и это принципиально. В третьем измерении базовые функции слоёв клеток жёстко фиксированы. А вот по поверхности коры разные участки архитектурно подобны, хоть и отвечают за разные части высших функций мозга.

Может ли кожа расти в объёме? Может, но это патология. Функция у кожи другая. Так и у коры.

[epros]

sergey zhukov в сообщении #1682409 писал(а):

Ну вот мы же не стараемся оправдать поворот зрительной сетчатки в глазу задом-наперед? Хотя и тут можно придумать какие-то оправдания, но вроде все согласны, что это с любой точки зрения не может считаться оптимальным решением.

Вы о чём? Что изображение на сетчатку проецируется вверх ногами? А какая разница? Хоть боком, к обработке сигналов это не имеет никакого отношения и с оптимизацией никак не связано.

sergey zhukov в сообщении #1682409 писал(а):

Я хотел сказать, что увеличение поверхности легких - это легко понять. Это поверхность переноса. А вот увеличение поверхности мозга - это какой-то побочный эффект какого-то другого процесса.

Это очевидный эффект того, что большое количество тел нейронов нужно разместить где-то ближе к поверхности. А почему это нужно, это уже другой вопрос. Вероятно, это имеет отношение к логике связей.

[sergey zhukov]

epros
Нет, я об известном факте: светочувствительные клетки сетчатки у человека отвернуты от источника света. Зрительные нервы подходят к ним со стороны падения света. Слепое пятно в глазу находится в том месте, где зрительные нервы должны "проткнуть" поверхность сетчатки, чтобы выйти наружу из глаза. Все выглядит так, как будто сетчатка вывернута наизнанку.

[Osmiy]

По сабжу.
Просто в ходе эволюции не смогли произойти нужные мутации для роста новой коры в толщину. Вперёд вырвались мутанты с мутациями, обеспечивающими рост поверхности. Говоря математическим языком эволюция мозга попала в локальный минимум и застряла там (ползая по дну каньона ).
ИМХО.

[sergey zhukov]

Да, если сравнить процесс эволюции с алгоритмами оптимизации, то это даже не жадный алгоритм, который на каждом шаге выбирает локально наилучший ход, а случайный поиск, который на каждом шаге выбирает лучший шаг из случайного множества вариантов (которое, разумеется, не полно). Скажем, если в данной точке был возможен некоторый отличный шаг, но он не попал в случайное множество и не был представлен "на суд" отбора, то он и не будет выбран, вместо него будет выбрано что-то не столь хорошее ( в результате чего отличный шаг становится в дальнейшем уже не актуальным, переходит в разряд "упущенных возможностей"). Поскольку мутации возникают случайно и независимо от своей "полезности", то можно даже ожидать, что "удовлетворительные" мутации всегда обгонят "наилучшие" в своем появлении и что эволюционный процесс идет в среднем по "удовлетворительному" пути.

Если предельно упростить, то получится, что в некоторой фазовой точке эволюционирующей системы выбираются два (из огромного числа возможных) случайных варианта ее дальнейшего движения, и выбор делается только из этих двух шагов (а не из всех возможных шагов вообще).

Даже жадный алгоритм далек от совершенства. А такой случайный алгоритм и тем более.

[gevaraweb]

Меня в школе интересовал всегда вопрос: почему рисунок головного мозга так похож на грецкий орех?
С чем это связано?

[sergey zhukov]

gevaraweb
Да просто случайность, наверное.

[Евгений Машеров]

sergey zhukov в сообщении #1682420 писал(а):

Нет, я об известном факте: светочувствительные клетки сетчатки у человека отвернуты от источника света. Зрительные нервы подходят к ним со стороны падения света. Слепое пятно в глазу находится в том месте, где зрительные нервы должны "проткнуть" поверхность сетчатки, чтобы выйти наружу из глаза. Все выглядит так, как будто сетчатка вывернута наизнанку.

Просто нервные клетки прозрачнее кровеносных сосудов. Которые с другой стороны от светочувствительных клеток.

[sergey zhukov]

Евгений Машеров
Понятно, что если взять почти любой текущий результат эволюции и что-то одно в нем изменить, то это скорее всего приведет к ухудшению. Мы не можем теперь просто взять и перевернуть зрительную сетчатку наоборот, надеясь на улучшение, ведь это конструктивное решение уже отполировано временем до возможных пределов. Знаете, это как на известной картинке:

Когда был случайно выбран поворот в сторону варианта, нарисованного на четвертой картинке (т.к. он был чем-то лучше предыдущих трех вариантов, среди которых случайно не оказалось самого лучшего варианта), то дальше можно было его улучшить только так, как показано на пятой.
Тут речь скорее о том, что в эволюционном пути в прошлом прослеживаются "повороты не туда" и "принцип непрерывности" (особенно явно проявляющиеся на "топологических" случаях, когда требовалось что-то распутать или вывернуть). Возникновение чего-либо без планирования и моделирования путем случайного нащупывания все же имеет свой отпечаток.

Не исключен ведь даже такой предельный случай, когда в каждом поколении присосабливаемость всех потомков систематически ниже по отношению к приспосабливаемости родителей (маловероятно, но не исключено). Тогда отбору придется систематически выбирать "лучшее из плохого", и как-то глупо будет оправдывать конечный результат такого "конструирования". Это, конечно, доведение до предела. Но и в реальном эволюционном процессе есть эта составляющая.

[SergeyGubanov]

Оптимизация, очевидно, направлена на удешевление стоимости обучения. То есть, на удешевление скорости установления новых связей между нейронами (в совокупности с локальными изменениями системы кровоснабжения).

В среднем каждые сутки каждый нейрон получает всего лишь 2-3 новых связи с другими нейронами (и столько же каких-то старых связей утрачивает). Это неимоверно ограничивает скорость обучения. С другой стороны, такой низкой скорости обучения большинству оказывается достаточно для нормальной жизни.

Собственно, процесс творческого мышления состоит не в том, что человек такой вот сел и 15 минут напряжённо "подумал" над задачей, а в том чтобы за несколько месяцев (или лет) буквально отрастить нужное количество нужных связей в нужном месте, которые в результате сделают потом возможным решение этой задачи за 15 минут.

[Anton_Peplov]

SergeyGubanov в сообщении #1684573 писал(а):

Оптимизация, очевидно, направлена на удешевление стоимости обучения. То есть, на удешевление скорости установления новых связей между нейронами (в совокупности с локальными изменениями системы кровоснабжения).

Оптимизация может быть направлена на разные вещи. Например, на уменьшение объема головы при сохранении интеллекта. Известно, что с верхнего палеолита объем мозга уменьшается. Это оправдано, поскольку большая голова ребенка повышает риск для роженицы. Уменьшаются ли умственные способности вслед за уменьшением мозга - неизвестно, это не измерить. Есть гипотеза, что да. Но возможно, что как раз понемногу оптимизируется упаковка нейронов, о которой я писал на первой странице.

[SergeyGubanov]

Если так, то это печально. Интуитивно кажется, что более плотная упаковка нейронов должна давать проигрыш в способности к обучению. Для того чтобы ежедневно в режиме 24/7 быстро проращивать много длинных связей между далёкими нейронами нужно бы иметь некий запас относительно свободного пространства для манёвра.