Математики выяснили , почему живым организмам не всегда выгодно пользоваться памятью, даже когда прошлый опыт способен повысить точность решений. Согласно новой модели, переход от мгновенной реакции к запоминанию происходит не постепенно: после достижения определённого уровня доступных ресурсов система резко меняет стратегию.
Авторы изучали, как биологическая система оценивает меняющуюся окружающую среду, сочетая текущие сенсорные данные с накопленной ранее информацией.
Хранение и обновление памяти требует энергии и других ресурсов, поэтому более точная оценка обстановки не всегда оправдывает дополнительные затраты. В модели организм мог либо реагировать только на текущий сигнал, либо поддерживать внутреннее состояние, в котором сохранялись результаты предыдущих наблюдений.
При сильном дефиците ресурсов оптимальной оказалась стратегия без памяти. Система ориентировалась исключительно на свежие данные, поскольку затраты на хранение прошлого превышали возможную пользу. После преодоления определённого порога ситуация резко менялась: использование памяти становилось выгоднее простой реакции на текущий сигнал.
Исследователи сравнивают такую смену поведения с фазовым переходом. Подобно тому как вещество при определённой температуре переходит из одного состояния в другое, оптимальная стратегия обработки информации скачкообразно переключается между двумя режимами.
Польза памяти также зависела от качества сенсорных данных. При очень точных сигналах прошлые наблюдения почти ничего не добавляли. При чрезмерно сильном шуме память тоже теряла ценность, поскольку сохраняла преимущественно недостоверную информацию. Наиболее полезной она становилась при среднем уровне неопределённости.
Модель допускает и обратный переход. При изменении надёжности сигналов или стоимости хранения информации система может отказаться от памяти и вернуться к более простой реактивной стратегии. Таким образом, увеличение ресурсов не обязательно приводит к постоянному усложнению обработки информации.
Авторы считают, что результаты помогают объяснить разнообразие механизмов принятия решений у живых организмов — от простых клеточных реакций до сложной работы мозга. В разных условиях эволюция могла поддерживать не максимально развитую память, а наиболее выгодный баланс между точностью и затратами.
Исследование остаётся теоретическим и не описывает конкретный биологический вид или участок мозга. Разработанная модель задаёт общие условия, при которых память становится экономически оправданной для биологической системы.