Интересные новости и факты (психология, нейрофизиология)

[ArefievPV]

Что происходит в мозге за минуту до «эврики»? Новое исследование о том, как рождаются гениальные идеи
https://www.ixbt.com/live/science/chto-proishodit-v-mozge-za-minutu-do-evriki-novoe-issledovanie-o-tom-kak-rozhdayutsya-genialnye-idei.html

Каждому знакомо это чувство. Вспышка в сознании, внезапный щелчок, после которого все разрозненные кусочки сложной задачи вдруг встают на свои места. Мы называем это озарением, инсайтом или моментом «эврики». Эти мгновения кажутся нам чем-то магическим, неуловимым продуктом чистого вдохновения, который невозможно ни предсказать, ни вызвать по команде. Но что, если это не так?

Новое исследование, опубликованное в авторитетном журнале PNAS, бросает вызов этому мистическому ореолу. Группа учёных из Калифорнийского университета в Мерседе и Университета Индианы утверждает: у внезапного озарения есть свои предвестники. И, что самое интересное, их можно измерить.

Заглянуть в творческую лабораторию

Чтобы поймать неуловимую «эврику» за хвост, исследователи обратились к тем, кто по роду своей деятельности постоянно сталкивается с нерешаемыми на первый взгляд задачами, — к профессиональным математикам. Шестерым учёным с докторской степенью предложили поработать над головоломками с одного из сложнейших в мире математических соревнований — конкурса имени Уильяма Патнэма.

Эксперимент был организован максимально естественно: учёные работали в своих привычных кабинетах и аудиториях, с мелом у доски. Весь процесс их размышлений, который находил физическое воплощение в записях, чертежах, стираниях и жестах, тщательно фиксировался на видео. Исследователи анализировали не сами математические выкладки, а динамику работы — то, как учёные переключались между идеями, как долго задерживались на одной концепции и как часто возвращались к старым записям.


Изучение внезапных озарений математиков в их естественной среде обитания. (A) Иллюстрация типичной обстановки для математических рассуждений в нашем видео-корпусе. Математиков записывали на видео, когда они в одиночку работали над доказательствами на своих кафедрах (например, в личном кабинете или аудитории). Все математики стояли у доски, как правило, меловой. (B) Помоментная математическая активность разворачивалась в виде серии записей на доске и взаимодействий с ними. Верхний ряд (Top row) показывает стоп-кадры из репрезентативной одноминутной последовательности действий, в которой математик создал четыре записи (цветные круги) и взаимодействовал с ними. На основе жестов, взгляда и речи мы определяли, когда математик явно переключал внимание с одной записи на другую. Эти переключения можно визуализировать в виде направленной сети (Нижний ряд / Bottom row), где узлы представляют собой записи, а рёбра — переключения внимания с одной записи на следующую. Эмпирические вероятности этих переходов могут быть использованы для предсказания будущего поведения. (C) Временной ряд взаимодействий одного математика с записями во время работы над доказательством. Отдельные записи представлены вдоль вертикальной оси и различаются по цвету. Цветные точки указывают на каждый момент, когда математик переключал внимание на одну из записей. (D) Взаимодействия математиков с доской значительно варьировались. Здесь мы визуализируем взаимодействия одного математика с доской во время работы над двумя разными доказательствами. Узлы представляют собой записи, рёбра — переключения внимания с одной записи на следующую, ширина ребра отражает частоту каждого переключения, а заливка ребра указывает на его направление (от светлого к тёмному). Цитирование: S. Tabatabaeian, A. O'bi, D. Landy, & T. Marghetis, An information-theoretic foreshadowing of mathematicians' sudden insights, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (35) e2502791122, https://doi.org/10.1073/pnas.2502791122 (2025).
Автор: S. Tabatabaeian, A. O'bi, D. Landy, & T. Marghetis Источник: www.pnas.org

Сигнал в шуме: предсказуемая непредсказуемость

Проанализировав тысячи таких микро-взаимодействий, команда обнаружила поразительную закономерность. За несколько минут до того, как математик произносил заветное «Ага!» или «Я понял!», его поведение у доски кардинально менялось.

Привычные, устоявшиеся паттерны мышления — когда учёный последовательно проверяет одну гипотезу за другой — внезапно сменялись периодом, который можно описать как «интеллектуальный хаос». Движения становились менее упорядоченными, внимание хаотично перескакивало с одной части доски на другую, а на смену логичным шагам приходили неожиданные, нетривиальные связи между, казалось бы, не связанными идеями. Проще говоря, поведение становилось измеримо менее предсказуемым.

Это и был тот самый сигнал. Мозг, исчерпав стандартные подходы, переходит в режим свободного поиска, лихорадочно перебирая самые дикие комбинации в надежде нащупать верный путь. И именно этот всплеск творческой неупорядоченности предшествует прорыву.

Чтобы превратить это наблюдение в научный факт, исследователи применили инструменты из теории информации — области, которая позволяет математически измерить степень неопределённости или «сюрприза» в потоке данных. Расчёты подтвердили: уровень непредсказуемости в действиях математиков стабильно возрастал прямо перед моментом озарения.


Сложность определения устойчивости скрытого понимания на основе наблюдаемого поведения. (A) Графическая иллюстрация минимальной модели того, как наблюдаемые, дискретные действия (например, указывание на диаграмму, написание уравнения) отражают скрытое, непрерывное понимание. Помоментное понимание не наблюдается напрямую и представляет собой непрерывную траекторию в пространстве идей (иллюстрируемую серыми шарами в потенциальных ландшафтах внутри «облаков мыслей»). Скрытое понимание управляет наблюдаемыми действиями, при этом текущее состояние понимания определяет вероятность перехода от взаимодействия с одной записью к следующей (что иллюстрируется сетями переходов на досках). Единый управляющий параметр, γ, определяет относительное влияние новаторства (innovation) и функциональной фиксированности (functional fixedness). При меньших значениях γ в динамике понимания преобладают заблуждения; при больших значениях γ, показанных в обоих «облаках мыслей», доминирует правильный аттрактор. Переход от замешательства (Слева / Left) к просветлению (Справа / Right) может быть внезапным, когда понимание «перескакивает» из одной области притяжения в другую. Мы реализовали эту модель как минимальную математическую структуру, в которой динамика скрытого понимания управляется стохастическим дифференциальным уравнением, а скрытое понимание определяет вероятности переходов Марковского процесса, который генерирует дискретные, наблюдаемые взаимодействия с записями (см. Материалы и методы для деталей). (B) Динамика скрытого понимания из репрезентативного прогона минимальной модели, в котором управляющий параметр γ линейно возрастает со временем. Когда γ проходит критическое значение (γ_t = 0.26, вертикальная пунктирная линия), «запутанный» аттрактор исчезает. В каждой симуляции работы над доказательством скрытое понимание остаётся на низком уровне, но затем претерпевает критический переход с быстрым ростом от замешательства (U < 0.5) к просветлению (U ≈ 1). (C) Взаимодействия с записями в том же прогоне минимальной модели, что показан в (B). Скрытое понимание определяет вероятности перехода от каждой записи к другой. Отдельные записи представлены вдоль вертикальной оси и различаются по цвету. Цветные точки указывают на каждый момент, когда симулируемый математик переключал внимание на одну из записей. Предвидение внезапного озарения на основе математического поведения включает в себя определение динамики лежащего в его основе понимания (показано на панели B) на основе динамики наблюдаемого поведения (показано на панели C). Цитирование: S. Tabatabaeian, A. O'bi, D. Landy, & T. Marghetis, An information-theoretic foreshadowing of mathematicians' sudden insights, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (35) e2502791122, https://doi.org/10.1073/pnas.2502791122 (2025).
Автор: S. Tabatabaeian, A. O'bi, D. Landy, & T. Marghetis Источник: www.pnas.org

Рецепт открытия: физика, экология и психология

Что делает это исследование по-настоящему элегантным, так это его междисциплинарный подход. «Это одно из тех открытий, которые стали возможны лишь потому, что мы соединили очень разные научные дисциплины», — отмечает старший автор работы Тайлер Маргетис.

Идея о том, что система становится хаотичной перед качественным скачком (так называемым фазовым переходом), пришла из статистической физики. Аналогии можно найти и в экологии, где животное, исчерпав привычные источники пищи, начинает исследовать территорию более хаотично и непредсказуемо. Объединив эти концепции с наработками психологии творчества и инструментами теории информации, учёные получили совершенно новый взгляд на знакомое всем явление.


Внезапным озарениям математиков предшествовала возросшая непредсказуемость их взаимодействий с доской. (A) Момент озарения одного математика, отмеченный вербальным выражением «ага!». (B и C) Взаимодействия с доской до и после момента озарения, показанного в (A). Узлы представляют собой записи на доске; ширина ребра указывает на частоту переключения внимания с одной записи на другую, направленного вдоль градиента (от светлого к тёмному). До озарения (B) некоторые записи никогда не связывались математиком. Во время озарения (C) активность математика связала записи, которые ранее никогда не были связаны (синие рёбра), и больше не связывала записи, которые были связаны ранее [например, толстое чёрное ребро, идущее горизонтально в (B), которое исчезает в (C)]. (D) У реальных математиков взаимодействия были значительно более непредсказуемыми вблизи момента озарения. Наблюдаемые взаимодействия с доской, происходившие непосредственно до и после внезапного озарения (бирюзовый цвет / teal), были более непредсказуемыми, чем взаимодействия, происходившие в другое время (красный цвет / red), во всех сессиях работы над доказательствами в корпусе данных. (Точки обозначают средние значения; планки погрешностей — стандартные ошибки (SE); * обозначает P < 0,01.) Сравните с результатами модели на Fig. 3D. (E) У реальных математиков во всех сессиях работы над доказательствами в корпусе данных взаимодействия с доской становились всё более непредсказуемыми по мере приближения к внезапному озарению. Шкала времени изменена таким образом, что 0 — это момент озарения (сплошная вертикальная линия). Толстая чёрная линия обозначает среднее значение «удивления» (surprisal) в скользящем окне; лента обозначает стандартную ошибку (SE); начальная серая линия обозначает ширину скользящего окна. Сравните с результатами модели на Fig. 3E. Цитирование: S. Tabatabaeian, A. O'bi, D. Landy, & T. Marghetis, An information-theoretic foreshadowing of mathematicians' sudden insights, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (35) e2502791122, https://doi.org/10.1073/pnas.2502791122 (2025).
Автор: S. Tabatabaeian, A. O'bi, D. Landy, & T. Marghetis Источник: www.pnas.org

От магии к механике: что дальше?

Хотя эксперимент проводился на математиках, его выводы потенциально применимы к любой творческой деятельности, где мыслительный процесс можно наблюдать со стороны. Представьте себе дизайнера, перебирающего прототипы, химика, рисующего на доске молекулярные структуры, или даже писателя, переставляющего абзацы в тексте. Во всех этих случаях, вероятно, можно зафиксировать похожий всплеск «полезного хаоса» перед нахождением удачного решения.

Конечно, речь не идёт о создании машины, которая будет предсказывать гениальные изобретения. Ценность этой работы в другом. Она помогает нам понять микродинамику творчества. Если мы знаем, что период хаотичного поиска — это не признак тупика, а предвестник прорыва, это может изменить наш подход к решению сложных задач. Возможно, в будущем появятся инструменты, которые смогут подсказать человеку: «Ты близок к решению, не сдавайся, продолжай искать нестандартные ходы!»

Это исследование — важный шаг на пути от мистического восприятия креативности к её научному пониманию. Озарение — это не божественный дар, а сложный, но вполне закономерный нейрокогнитивный процесс. И теперь у нас появился способ увидеть, как зажигается эта искра.