С помощью новейшей математической модели исследователи обнаружили компромисс между точностью решений и затратами энергии на запоминание, а также определили условия, при которых использование прошлого опыта становится решающим преимуществом.
Стоит ли организму расходовать энергию на запоминание прошлого, или разумнее реагировать исключительно на текущие события? Ответ на этот важный вопрос был найден благодаря новой математической теории, разработанной специалистами из Института промышленных наук Токийского университета и центра RIKEN. Результаты их работы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Исследователи создали упрощенную модель живого организма, которому необходимо оценивать события в динамично изменяющейся среде. Математическая модель могла использовать как актуальные данные от органов чувств, так и воспоминания о прошлом. Однако поддержание памяти требовало затрат энергии, что создавало компромисс между точностью решений и экономией ресурсов.
Переход между двумя стратегиями осуществляется не плавно, а скачкообразно. «Когда ресурсы ограничены, оптимальная стратегия — игнорировать память. Но как только ресурсов становится достаточно, запоминание внезапно становится целесообразным, что приводит к резкому переходу к стратегии, основанной на памяти», — комментирует ведущий автор исследования Такехиро Тоттори.
Исследование показало, что память наиболее эффективна в «серой зоне» умеренной неопределенности. Если информация из окружающей среды полностью ясна, прошлый опыт не приносит пользы. В то же время, если обстановка слишком хаотична и полна помех, старые воспоминания также не способствуют принятию правильного решения. Именно в условиях умеренного шума способность запоминать предоставляет организму значительное преимущество перед теми, кто полагается только на текущие ощущения.
Предложенная концепция подтверждается поведенческими экспериментами с участием людей. Исследования показывают, что мы интуитивно прекращаем использовать память в двух случаях: когда наши ресурсы истощены (например, при усталости или голоде), а также когда ситуация абсолютно ясна и не требует анализа прошлого опыта или, наоборот, совершенно непредсказуема из-за хаоса.
Таким образом, выявленные закономерности предоставляют теоретическую основу для понимания эволюции биологических вычислительных систем. Они помогают объяснить, почему живые организмы так разнообразны — от простых клеток-рефлексов до сложного человеческого мозга, способного хранить огромные объемы информации.
Фото: hi-tech.mail.ru