Модель мозговой сети может предсказать, когда люди будут удивлены
22.01.2025
Удивление — это ключевая человеческая эмоция, которая обычно ощущается, когда что-то, что мы наблюдаем или переживаем, отличается от наших ожиданий. Эта естественная человеческая реакция на неожиданное была в центре внимания многочисленных психологических исследований, которые раскрыли некоторые из её основных нейронных процессов.
Исследователи из Чикагского университета разработали модель мозговой сети, которая может предсказывать удивление людей. В статье, опубликованной в Nature Human Behaviour , они показали, что эта модель хорошо обобщается для различных задач, предсказывая удивление людей, которые выполняют задачу или смотрят различные видео, содержащие неожиданные элементы.
Исследование, проведенное этими учёными, основывается на предыдущих исследованиях, посвященных удивлению. Более ранние работы показали, что люди испытывают удивление, когда реальность сталкивается с их ожиданиями во многих различных ситуациях. Некоторые из этих прошлых работ обнаружили закономерности мозговой активности, связанные с каждым конкретным опытом удивления.
«Первой целью статьи было выяснить, можем ли мы использовать мозг как общее пространство для понимания нашего опыта», — рассказал изданию Medical Xpress соавтор статьи Цзывэй Чжан.
«Если мой мозг демонстрирует схожую картину, когда я удивляюсь, изучая задание, с вашей, когда вы удивляетесь, наблюдая за баскетбольным матчем, это говорит нам о том, что эти совершенно разные переживания имеют нечто общее, и что мозг реагирует на эти нарушения ожиданий одинаково».
Изучив предыдущие исследования, посвященные тому, как человеческий мозг реагирует на неожиданности, Чжан и её коллега доктор Моника Розенберг решили определить, можно ли использовать эти мозговые реакции для прогнозирования того, когда люди будут удивлены в разных контекстах. По сути, их целью было правильно угадать, будут ли люди удивлены в определенный момент, изучая активность их мозга.
«Мы использовали три набора данных функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), собранные и предоставленные другими исследовательскими группами», — пояснил Чжан.
«В одном наборе данных , предоставленном доктором Джозефом Макгуайром и его коллегами, добровольцы выполняли обучающее задание в сканере МРТ. Их целью было узнать, где на экране компьютера появится мультяшный мешок с монетами. Чем лучше они усваивали задание, тем больше монет они могли «поймать» в игре».
В этой предыдущей работе доктора Макгуайра и его коллег было обнаружено, что участники научились предсказывать, где сумка появится на экране компьютера. Однако в некоторых случаях сумка появлялась в неожиданных местах, и исследователи предположили, что в этих случаях люди чувствовали удивление.
« Второй проанализированный нами набор данных был собран и предоставлен доктором Джеймсом Энтони и его коллегами», — сказал Чжан.
«В этом исследовании добровольцы смотрели видеозаписи баскетбольных матчей во время фМРТ. Удивление выше, когда уверенность в том, кто победит в игре, меняется в зависимости от очков и силы команд. Наконец, доктор Шари Лю и её коллеги собрали и поделились данными фМРТ , собранными во время просмотра людьми мультфильмов, в которых персонажи совершали более или менее неожиданные действия.
«Примерами неожиданных действий являются случаи, когда персонажи меняли свои цели (например, двигались в непредсказуемом направлении) или действовали неэффективно (например, делали преувеличенное движение, обходя препятствие)».
Чтобы предсказать удивление участников, принявших участие в этих трёх отдельных исследованиях, Чжан и Розенберг создали новую модель мозговой сети, названную моделью прогнозирования на основе флуктуации края удивления (EFPM). Эта модель была разработана для отслеживания флуктуаций во взаимодействиях между различными частями мозга, чтобы предсказать, когда люди испытывают удивление.
«Если мы думаем о мозге как о системе, в которой различные области взаимодействуют друг с другом, мы уже думаем о мозге как о сети», — объяснил Чжан. «В этой статье мы построили модель, которая предсказывает степень удивления человека на основе конфигурации его мозговой сети в тот момент».
В качестве первого шага в разработке своей модели исследователи определили взаимодействия мозга, которые предсказывали удивление во время учебного задания, которое использовали доктор Макгуайр и его коллеги.
Затем они попытались определить, можно ли использовать силу этих же мозговых взаимодействий для прогнозирования удивления участников двух других ранее исследованных ими работ, в которых людям предлагалось посмотреть видеозаписи баскетбольных матчей и мультфильмов соответственно.
«Мы считаем, что эта работа имеет несколько последствий», — сказал Чжан.
«Во-первых, созданная нами модель мозга способна предсказать удивление у незнакомого человека, выполняющего ту же задачу (то есть обучающую задачу), и у другой группы людей, делающих что-то совершенно иное (то есть смотрящих баскетбольный матч). Другими словами, мы можем посмотреть на данные совершенно нового человека, делающего что-то совершенно иное, и с некоторой степенью точности предположить, насколько он удивлен».
В целом, результаты, полученные Чжаном и Розенбергом, свидетельствуют о том, что некоторые части человеческого мозга реагируют на нарушение ожиданий независимо от того, что делают люди или в каком контексте они находятся.
Используя свою модель, они смогли предсказать удивление, которое испытывают люди, просто используя данные нейровизуализации. Хотя предсказания были далеко не идеальными, они были точнее, чем исследователи могли бы ожидать, исходя только из случайности.
«Мы считаем, что последствия этой модели выходят за рамки простого удивления», — сказал Чжан. «Разработанный нами метод может быть использован в качестве основы для прогнозирования и других событий, например, насколько внимательным является человек или насколько счастливым он себя чувствует».
Это недавнее исследование вскоре может вдохновить на новые исследования, направленные на прогнозирование человеческих эмоций по записанной мозговой активности. Поскольку их анализы опирались на наборы данных, собранные другими исследовательскими группами, Чжан и Розенберг считают, что это также подчеркивает преимущества открытой науки и предоставления данных или кода другим.
«Наша работа стала возможной благодаря тому, что такие учёные, как доктор Джозеф Макгуайр, доктор Джеймс Энтони, доктор Шари Лю, доктор Джошуа Фасковиц и их коллеги предоставили свои наборы данных и скрипты сообществу», — пояснил Чжан.
«Мы благодарны за возможность принять участие в демонстрации того, как открытые данные могут быть полезны исследователям в сообществе».
В своих следующих исследованиях учёные планируют оценить способность своей модели предсказывать удивление в ещё более широком диапазоне контекстов. Например, они хотели бы изучить её предсказательные способности в случаях, когда люди слушают истории, музыкальные композиции и даже взаимодействуют с другими в социальных условиях.
«До сих пор мы говорили об обобщающем характере модели, то есть о том, что эта модель чувствительна к «общим» нейронным сигнатурам удивления у разных людей и в разных контекстах», — добавил Чжан.
«В другом направлении работы мы также заинтересованы в исследовании того, как и почему люди удивляются в разное время, и как это влияет на то, что они помнят и узнают. Например, могут ли индивидуальные различия в удивлении при прослушивании историй предсказать, как люди по-разному помнят истории? Мы считаем, что важно понимать как «общие», так и «уникальные» аспекты нарушения ожиданий».
Бессменный главный редактор, в незапамятные времена работал в издании РБК