On Intelligence Jeff Hawkins with Sandra Blakeslee
Содержание Пролог.............................................................................................................................................3 1. Искусственный интеллект........................................................................................................ 7 2. Нейронные сети....................................................................................................................... 15 3. Человеческий Мозг..................................................................................................................25 4. Память.......................................................................................................................................40 5. Новая структура интеллекта...................................................................................................52 6. Как работает кортекс...............................................................................................................64 6.1. Инвариантное представление..........................................................................................65 6.2. Интеграция чувств............................................................................................................70 6.3. Новая точка зрения на V1................................................................................................ 73 6.4. Модель мира......................................................................................................................75 6.5. Последовательности последовательностей....................................................................78 6.6. На что похожа область кортекса..................................................................................... 83 6.7. Как работают области кортекса: детали.........................................................................89 6.8. Вверх и вниз......................................................................................................................97 6.9. Действительно ли обратные связи могут делать это?...................................................99 6.10. Как обучается кортекс..................................................................................................100 6.11. Гиппокамп: вершина всего этого................................................................................103 6.12. Альтернативный путь по иерархии.............................................................................105 6.13. Завершающие мысли....................................................................................................106 7. Сознание и творчество..........................................................................................................108 7.1. Обладают ли животные интеллектом?......................................................................... 108 7.2. Чем отличается интеллект человека?............................................................................110 7.3. Что такое творчество?....................................................................................................111 7.4. Являются ли одни люди более творческими, чем другие?.........................................114 7.5. Можем ли мы натренировать себя так, чтоб стать более творческими?...................115 7.6. Может ли творчество завести меня в тупик? Могу ли я обмануть сам себя?..........117 7.7. Что такое сознание?........................................................................................................117 7.8. Что такое воображение?.................................................................................................122 7.9. Что есть реальность?...................................................................................................... 123 8. Будущее интеллекта.............................................................................................................. 125 8.1. Сможем ли мы построить интеллектуальные машины?.............................................126 8.2. Должны ли мы строить интеллектуальные машины?.................................................129 8.3. Зачем строить интеллектуальные машины?................................................................ 132 Эпилог.........................................................................................................................................143 Приложение: проверяемые предсказания............................................................................... 144 Библиография.............................................................................................................................150 Благодарности............................................................................................................................155 Об авторах.................................................................................................................................. 156
Об Интеллекте Пролог Эта книгаи мояжизньнаполнены двумямоимиувлечениями . Втечение25 летя былувлеченмобильнымикомпьютерами.Вмиревысоких технологийСиликоновойДолиныя известенкакзачинательдвухпроектов- Palm Computing и Handspring, и какразработчик множества наладонных компьютеров и сотовыхтелефонов,такихкакPalmPilot и Treo. Ноу меняестьи другоеувлечение,котороепредшествуетмоемуувлечению компьютерами– и ономнекажетсяболееважным.Яувлеченизучениеммозга.Яхочу понять,какработаетмозг,нетолькос философскойточкизрения,нетольковобщих чертах,аболеедетально.Моежелание– нетолькопонять,чтотакоеинтеллекти как работаетмозг,нои как построитьмашины,которыебудутработатьтакже.Яхочу построитьдействительноинтеллектуальнуюмашину. Вопрособинтеллекте– последнийвеликийтерриториальныйрубежнауки. Большинствоважныхнаучныхвопросовзатрагиваюточеньмаленькиеилиочень большиемасштабы,илисобытия,происходившиемиллиардылетназад.Номозгестьу всех.Вы – этовашмозг.Есливыхотитепонять,почемувычувствуете,каквыосознаете мир, почемувыделаетеошибки,почемувыспособнык творчеству,почемувас вдохновляетмузыкаи живопись,и вообще,чтотакоебытьчеловеком– тогдавамнужно будетпонять,чтотакоемозг.К томуже,успешнаятеорияинтеллектаи функциймозга будетиметьогромноеобщественноезначение,и нетолькопомогатьлечитьболезни, связанныес мозгом.Мы будемспособныпостроитьдействительноинтеллектуальные машины,хотяонисовершеннонеобязательнодолжныбытьпохожинароботови компьютерыизфантастическихпроизведений.Наоборот,интеллектуальныемашины будутбазироватьсянасовершенноновыхпринципахо природеинтеллекта.Как таковые,онипомогутнамрасширитьнашизнанияо мире,помогутнамизучить вселенную,сделатьмирлучше.А попутнобудетсозданаогромнаяиндустрия. К счастью,мыживемв товремя,когдапроблемапониманияинтеллектаможетбыть решена.Нашепоколениеимеетдоступк гораминформациио мозге,собраннымза сотнилет, и скорость,с котороймыполучаемновыеданные,увеличивается.Тольков СШАв областинейронаукработаюттысячиученых.У наспоканетпродуктивных теорийо том, чтотакоеинтеллект,иликакработаетмозг вцелом.Большинство нейробиологовнезадумываетсяо целостныхтеорияхмозга,потомучтоонис головой ушливэкспериментыпосборудополнительнойинформациио функционировании подсистеммозга.И хотялегионыпрограммистовпытаютсяизготовитькомпьютерный интеллект,ихпопыткибезуспешны.Яуверен,чтоихпопыткиостанутсябезуспешными дотехпор, покаонибудутпродолжатьигнорироватьразницумеждукомпьютероми мозгом.
Чемжетакимявляетсяинтеллект,чеготакогонетв компьютере,ноестьв мозгу? Почемушестилетнийребенокможетаккуратноперепрыгнутьс камнянакаменьчерез ручей,тогдакаксамыепродвинутыероботынашеговремени– неуклюжиезомби? Почемутрехлетнийребенокбезпроблемосваиваетязык,тогдакаккомпьютерыне могут,несмотрянаполвекаусилийлучшихпрограммистов?Почемувыможете отличитькошкуотсобакизадолюсекунды,тогдакак суперкомпьютернеможет совсем?Этовеликиетайны,ожидающиеответов.У насестьмножествоключейк их разгадкечегонамнехватает ; – эточутьболееглубокогопонимания. Выможетеудивиться,почемуразработчиккомпьютеровпишеткнигуо мозге.Илис другойстороны,еслия увлекаюсьизучениемустройствамозга,почемуя несделал карьерувнейронаукеиливобластиИИ?Ответ:я пыталсянесколькораз,ноя отвергте способыизучения,которымипользовалисьдругиедоменя.Яверю,чтолучшийспособ решитьпроблему– использоватьболеедетальнуюбиологиюмозгакакограничениеи какпутеводитель,нопродолжаядуматьобинтеллектекако вычислительнойпроблеме – гдетомежду биологией и компьютерами .Многиебиологисклонныотвергать или игнорироватьидеюрассуждатьо функцияхмозгаввычислительныхтерминах,а компьютерщикичастоневерят,чтоимнужнознатьчто-тоизбиологии.К томуже,мир наукименьшеприемлетриск,чеммирбизнеса.Втехнологическомбизнесечеловек, преследующийновуюидеюс обоснованнымподходом,можетпродвинутьсвою карьеру,несмотрянато, чтоидеяможетнедостигнутьуспешногозавершения.Многие предпринимателидостиглиуспехатолькопослеболеераннихбезуспешныхпопыток. Новакадемическихкругахнескольколет, потраченныхнапреследованиебесплодной идеи,могутначисторазрушитьвашукарьеру.Такимобразом,я увлечендвумяидеямив моейжизни,веря,чтоуспехвиндустриидолженпомочьмнедостигнутьуспехав пониманииработымозга.Мненужныфинансы,чтобзаниматьсятойнаукой,какой хочу, мненужноизучать,какповлиятьнамир, какпродатьновыеидеи,докоторыхя дошел,работаявСиликоновойДолине. Вавгусте2002 я основалисследовательскийцентр,ИнститутНейронауквРедвуде(RNI), занимающийсятеориеймозга.Вмиреестьмножествоцентров,занимающихся нейроисследованиями,нони одинизнихнезанимаетсяпоискамиобщего теоретическогопониманияработынеокортекса– частичеловеческогомозга, ответственнойзаинтеллект.Именноэтомыизучаемв RNI. Помногимстатьям RNI являетсяначинающейкомпанией.Мыпреследуеммечты,которыенекоторымлюдям кажутсянедостижимыми,номысчастливыбытьгруппойзамечательныхлюдей,усилия которыхначинаютприноситьплоды. *** Намеренияданнойкнигиамбициозны.Онаописываетвсеобъемлющуютеориютого,как работаетмозг.Внейописывается,чтотакоеинтеллекти каконвозникаетввашем мозгу.Представляемаямнойтеориянеявляетсяполностьюновой.Многиеиз отдельныхидей,которыевыпрочтете,ужесуществовалиранеевтойилиинойформе, нонесогласованнодругс другом.Будьтеготовык этому.Говорят,чтоновыеидеи- это чащевсегостарыеидеи,переупакованныеи переинтерпретированные.Это определенноприменимок предложеннойздесьтеории,ноупаковкаи интерпретация могутсоздатьсущественноеразличие междукучейдеталейи удовлетворительной теорией.Янадеюсь,чтоэтопроизведетнавасвпечатление,такжекаки надругих людей.Обычноя слышутакуюреакцию:«Этовпечатляет,я немоги подуматьоб интеллектетакимобразом,нопослетого,каквымнеэтоописали,я вижу,какэтовсе укладываетсявместе».Стакимизнаниямибольшинстволюдейначинаютвидетьсамих
себянемногопо-другому.Выначинаетенаблюдатьвашесобственноеповедение,говоря: «японимаю ,чтотолькочтопроизошло вмоейголове».Надеюсь ,чтокогдавыпрочтете этукнигу,у васбудетновоепониманиетого,почемувыдумаете,чтовыдумаетеи почемувыведетесебяименнотак, анеиначе.Ятакженадеюсь,чтонекоторые читателибудутнастроенынато, чтобнаправитьсвоюкарьерунапостроение интеллектуальныхмашин,основанныхнапринципах,изложенныхнаэтихстраницах. Ячастоссылаюсьнаэтутеориюи намойподходк изучениюинтеллектакакна «естественный интеллектчтоботличить », егоот «искусственного интеллекта ». СпециалистывобластиИИпытаютсязапрограммироватькомпьютеры,чтобони действоваликаклюди,неответивсначаланавопрос,чтотакоеинтеллекти что означаетпонимание.Ониоставляютв стороненаиболееважнуючастьвпостроении интеллектуальныхмашин– интеллект!«Естественныйинтеллект»указывает,что преждечем построитьинтеллектуальныемашины,мыдолжнысначалапонять,как думаетмозг,безчего-либоискусственного.Толькопотоммыможемспрашивать,какже нампостроитьинтеллектуальныемашины. Книганачинаетсяс рассмотрениятого,почемупредыдущиепопыткивпонимании интеллектаи построенииинтеллектуальныхмашинбылибезуспешными.Затемя введу и разовьюкореннуюидеютеории,которуюя называюмодель«памятьпредсказание ».В главе6 я детальнопокажу,какфизическиймозгвоплощаетмодель«памятьпредсказание»– другимисловами,каквдействительностиработаетмозг.Затеммы обсудимсоциальныеи другиеследствиятеории,которыедлямногихчитателейможет оказатьсяраздражающимразделом.Книгазаканчиваетсяобсуждением интеллектуальныхмашин– какмыможемихпостроитьи начтобудетпохоже будущееЯнадеюсь . ,вынайдетеэтозавораживающим.Вотнескольковопросов,которые мызатронемпопутно: Могут ли компьютеры быть интеллектуальными ? ДесятилетияученыевобластиИИзаявляли,чтокомпьютерыстанут интеллектуальными,когдаонистанутдостаточномощными.Ятакнедумаю,и я объясню,почему.Мозги компьютерзанимаютсясовершенноразнымивещами. Неужели предполагается, что нейронные сети приведут к интеллектуальным машинам ? Конечномозг– этонейроннаясеть,нобезпониманиятого,чтоделаетмозг, простыенейронныесетибудутнеболееуспешнымив создании интеллектуальныхмашин,чемкомпьютерныепрограммы. Почему так сложно понять , как работает мозг? Многиеученыеговорят,чтомозгслишкомсложен,и разобратьсяв немзаймету насмноговремени.Янесогласен.Сложность– этовсеголишьсимптом неразберихи,нонепричина.Яутверждаючтоу , наснемногоинтуитивные,но неправильныепредположения,которыеведутнаснетуда.Веравто, что интеллектопределяетсяинтеллектуальнымповедением– этобольшаяошибка. Ч то же такое интеллект , если он не определяется поведением?
Мозгиспользуетгромадноеколичествопамяти,чтобсоздатьмодельмира.Все, чтовызнаетеи изучили,хранитсявэтоймодели.Мозгиспользуетэтумодель, основаннуюнапамяти,чтобосуществлятьнепрерывноепредсказаниебудущих событий.Способностьделатьпредсказанияо будущем– основнаяпроблема интеллекта.Ядостаточноглубокоопишуспособностьмозгак предсказанию;это кореннаяидеяданнойкниги. Как работает мозг? Местоинтеллекта– внеокортексе.Хотяу интеллектаогромноечисло возможностейи колоссальнаягибкость,неокортексимеетнаудивление регулярнуюструктуру.Различныечастинеокортексаответственныелиза , зрение,слух,осязаниеилиязыковыеспособности– всеработаютпоодними тем жепринципам.Ключк пониманиюнеокортекса– понятьэтиобщиепринципыи, вособенности,ихиерархическуюструктуру.Мы изучимнеокортексс достаточнойдетализацией,чтобпоказать,какегоструктуравмещаетструктуру мира.Этадискуссиябудетнаиболеетехническойчастьюкниги, но заинтересованныенеспециалистыдолжныеепонять. Каковы следствия этой теории? Этатеориямозгаможетпомочьвобъяснениимногихвещей,например,почему мыспособнык творчеству,почемумыосознаемнашиощущения,почемуу нас бываютпредубеждения,какмыобучаемся,и почему«стараясобака»неспособна выучить«новыетрюки».Яобсужунесколькотакихпунктов.Вконцеконцовэта теориядастнампониманиетого,ктомытакиеи почемумыделаемто, что делаем. Можем ли мы построить интеллектуальные машины и что они будут делать? Да,мыможеми мысделаемэто. Ясно,чтовтечениенесколькихдесятилетий возможноститакихмашинстремительновозрастути займутинтересные направления.Некоторыелюдибоятся,чтомашинымогутбытьопаснымидля человечестваноя , утверждаюобратное.Роботынеобгонятнас.Намноголегче будетпостроитьмашины,которыепревысятнашивозможностивфизике, математике,чемпостроитьчто-тонаподобиеходячихговорящихроботовиз фантастическихпроизведений.Яисследуютеневероятныенаправления,в которыхэтитехнологиискореевсегопойдут. Мояцель– объяснитьэтутеориюинтеллектаи работымозгатакимспособом,чтоб любойсмогпонять.Хорошаятеориядолжнабытьлегкойдляосмысления,не затуманеннойжаргономилискомканнымирассуждениями.Яначнус базовыхвещейи будудобавлятьдеталипоходу.Что-тобудетоснованотольконалогических рассуждениях;что-то – затронетнекоторыеаспектыустройствамозга.Некоторыеиз предложенныхмноюдеталейопределенноневерны,чтонередкобываетвобласти науки.Уйдетмноголетнато, чтобразработатьполноценнуютеорию,ноэтоне уменьшаетценностькореннойидеи. ***
Когдамноголетназадя началинтересоватьсяустройствоммозга,я пошелвсвою личнуюбиблиотекувпоискаххорошейкниги, котораяобъяснилабыработумозга.В юностия приучилсядоставатьвеликолепныекниги, объясняющиебольшинство интересующихменявещей.Этобыликнигипотеорииотносительности,прочерные дыры,магию,книгипоматематике– все,чтомогломеняинтересоватьвданный момент.Однако,моипоискиудовлетворительнойтеориипоработемозгаоказались безрезультатными.Япришелк выводу,чтониу когонетидей,какдействительно работаетмозг.Небылодажеплохойилинедоказаннойтеории;небыловообщеникакой. Этобыло странно.Например,никтоточнонезнал,почемувымерлидинозавры,но былоизобилиетеорий,о которыхможнобылопрочитать.Ноотносительноработы мозганебылоничегопохожего.Поначалуя немогвэтоповерить.Менядонимало,что мыдосихпорнезнаем,какработаетэтотважныйорган.Помереизучениятого,что ужебылоизвестно,я началверить,чтосуществуетнепосредственноеобъяснение.Мозг небылчем-товолшебным,и мнедаженеказалось,чтоответымогутбытьсложными. МатематикПолЭрдос верил,чтопростейшиематематическиедоказательствауже существуютвнекой«божественнойкниге»,и работаматематиказаключаетсявтом, чтоб«прочитатьэтукнигу».Ябылубежден,чтообъяснениеинтеллекта«гдетотам». Я готовбылпопробовать.Яхотел«прочестькнигу». Втечение25 летя виделобразтоймаленькой,простой«книги»о мозге.Этобыло похоженаприманку,котораяманиламенявсеэтигоды.Этотобразоформилсявкнигу, которуювыдержитесейчасвсвоихруках.Мненикогданенравиласьсложность,ни в науке,ни в технике.Выможетеувидетьэтовизделиях,спроектированныхмной- часто отмечаютпростотуихиспользования.Всегениальное– просто.Такимобразом,эта книгапредлагаетпростуюи непосредственнуютеориюинтеллекта.Янадеюсь,онавам понравится.
1. Искусственныйинтеллект. Когда я окончилКорнельскийуниверситетв 1979 годувкачестверадиоинженерау , менянебылокаких-либограндиозныхплановнажизнь.Яначалработатьинженеромв новомкампусекомпанииIntel вПортлэнде ,штатОрегон .Микрокомпьютерная индустриятолькочтоначиналась,и Intel былеесердцем .Мояработа состояла в том, чтобанализироватьи устранятьпроблемы,найденныедругимиинженерами, работающимис нашейглавнойпродукцией– одноплатнымикомпьютерами (расположение целогокомпьютера наоднойпечатной платетолькочтостало возможным,благодаряизобретениюмикропроцессоракомпаниейIntel). Япубликовал объявления,долженбылпутешествоватьпокомандировками встречатьсяс потребителями.Ябылмолод,и дляменяэтобыливеселыеденьки,хотяя скучалпо своейвозлюбленнойизколледжакотораяполучилаработув , Цинцинатти. Несколькомесяцевспустяя встретилнечтоизменившеенаправлениемоейжизни.Это «нечто»былотолькочтоопубликованным сентябрьским выпуском «Scientific American», посвященнымполностьюмозгу.Этовновьразожглоинтересымоейюности относительномозга.Этобыловеликолепно.Оттудая узналоборганизации,развитиии химическихпроцессахмозга,нейронныхмеханизмахзрения,движенияи других функций,атакжео биологическойосновепсихическихрасстройств.Этобылооднимиз лучшихвыпусков«Scientific American» завсевремяНесколько . нейрофизиологов ,с которымия общался,сказалимне, чтоэтосыгралозначительнуюрольввыбореих карьеры, такжекаки вмоей.
Последняяглава,«Раздумьяо Мозге»,быланаписанаФренсисомКриком,однимиз соавторовоткрытияструктурыДНК, которыйзатемобратилсвойталантвнаправлении изучениямозга.Крикзаявил,чтоназлоустойчивомуприростузнанийо мозге,досих поростаетсяглубокойтайной,какжеработаетмозг.Ученыеобычнонепишуто том, чтоимнеизвестно,ноКрикаэтонебеспокоило.Онкакмальчик,которыйсказал«а корольтоголый!». СогласноКрику,у нейроученыхмногоданных,нонеттеории.Его точныеслова«чегоочевиднонедостает– такэтоидейногокаркаса».Дляменяэтоподжентельменски сказанное«Мыпонятиянеимеем,какэтоработает».Этобыловернои тогда,и остаетсявернымсейчас. СловаКрикапридалимнесилы. Желаниемоейжизнипонятьработумозгаи построить интеллектуальнуюмашинубыловозрожденок жизни.Хотяя толькочтоокончил колледжя , решилпоменятькарьеру.Ясобралсяизучитьмозг,нетолькопонять,какон работает,нои использоватьэтизнаниякак фундаментновыхтехнологий,чтоб построитьинтеллектуальнуюмашину.Ушлонекотороевремя,покаэтипланы воплотилисьв действие. Весной1980 я переехалвБостонскийофискомпанииIntel, чтобвоссоединиться сосвоей будущейженой,котораяпоступилавВУЗ. Язанималсяобучениемпользователейи служащихтому, какпроектироватьмикропроцессорныесистемы.Номоервениебыло направленок другойцели:я пыталсяпонять,какжепостроитьтеориюмозга.Инженер вомнеосознавал,чтокактолькомыпоймем,какработаетмозг,чтомысможем построитьискусственныймозг,изкремния.Яработалнакомпанию,разработавшую кремниевыечипыпамятии микропроцессор;такимобразом,возможно,я могбы заинтересоватьIntel позволить потратить частьмоеговремени наразмышления об интеллектеи о том, какспроектироватьмозгоподобныечипыпамяти.Янаписалписьмо председателюIntel, Гордону МуруСодержимое . письмабылопримерно таким: ДорогойДокторМур, Япредлагаюорганизоватьисследовательскуюгруппу,занимающуюсяизучением работымозга.Ееможноначатьвсегос одногоучастника– с меня– и такдалее.Я уверен,чтомыможемпонять,каконработает.Когданибудьэтостанетбольшим бизнесом. —ДжефХокинс Мурнаправилменяк главномуученомукомпанииIntel, ТедуХоффуЯвылетел . в Калифорниюнавстречус ними выложилсвоипланыпоизучениюмозга.Хоффбыл известенподвумвещам.Первая,о которойя былосведомлен– эторазработкапервого микропроцессораВторая . ,о которойя незналдоэтоговремени– егоработанад теориейнейронныхсетей.У Хоффабылопытвискусственныхнейронныхсетяхи втом, чтос нимиможносделать.Янебылготовк этому.Выслушавмоипредложения,он сказал,чтоневеритвто, чтовобозримомбудущемпонятьработумозга,и чтодляIntel нетсмыслаподдерживатьменя.Хоффбылправ,потомучтотолькосейчас,25 лет спустя,мытольконачинаемпродвигатьсявпониманиимозга.Вбизнесевремя– этовсе. Однако,тогдая былслегкаразочарован. Ясклонилсяк тому,чтобс наименьшимипотерямидостигнутьсвоейцели.Работанад теориеймозгав Intel моглабыбытьнаилучшим выходом .Когдаэтавозможность была отвергнута,я сталискатьдругую.ЯрешилобратитьвниманиенаМассачусетский ТехнологическийИнститут(MIT), которыйбылизвестен своимиисследованиями в
областиискусственногоинтеллектаи былудобнорасположенподороге.Этоказалось великолепнымсовпадением.У менябольшойопытввычислительнойтехнике– «подходитУ ». меняжелание построить интеллектуальную машину,«подходитЯхочу ». сначалаизучитьмозг,чтобпонять,каконработает…«хмм.., с этимпроблемы».Эта последняяцель,желаниепонятьработумозга,былоненужнымвглазахученыхиз лабораторииискусственногоинтеллектаMIT. Этобыловсеравночтоломитьсясквозьстену.MIT былродиной искусственного интеллекта.Когдая подалзаявлениевMIT, онбылдомомдлямножества интересных людей,порабощенныхидеейзапрограммироватькомпьютертак,чтобон демонстрировалинтеллектуальноеповедение.Дляэтихученыхзрение,язык,роботыи математикабыливсеголишьвычислительнымипроблемами.Компьютерымоглибы делатьвсе,чтомогбымозг,и дажебольше,зачемжеограничиватьмышление биологическиминедостаткамиприродныхкомпьютеров?Изучениемозгаограничило бынашемышление.Онибылиуверены,чтолучшеизучатьпредельныеограничения вычислений,какнаиболеевыраженныевцифровыхвычислительныхмашинах.Их «СвятымГраалембыло » желание написать компьютерные программы ,которые сначала сравнялисьбы, азатеми обогналичеловеческиеспособности.Онивыбралиподход «цельоправдывает средстваихнеинтересовало »; ,какв работает реальный мозгОни . гордилисьигнорированиемнейробиологии. Меняпоразило,каксовершенноневернымспособомберутсязапроблему.Интуитивноя чувствовал,чтоИИ-подходнетолькобудетбезуспешнымв созданиипрограмм, могущихтоже,чтои человек- онни зачтонеобъяснитнам, чтожетакоеинтеллект. Компьютери мозгпостроенынасовершенноразличныхпринципах.Первый программируется,второй– самообучается.Первыйдолженточнои четкоработатьс любымиданными,второйобладаетестественнойгибкостьюи толерантностьюк сбоям. У первогоестьцентральныйпроцессор,у второго– нетцентрализованногоуправления. Списокразличийможнопродолжатьи продолжать.Основнаяпричина,покоторойя думал,чтокомпьютернеможетбытьинтеллектуальным– этото, чтоя понимал,как работаеткомпьютер,вплотьдоуровняфизическихпроцессовв транзисторе,и эти знаниядавалимнесильноеинтуитивноеощущение,чтокомпьютери мозг фундаментальноразличны.Янемогэтогодоказать,ноя зналэтонастолькоточно, насколькочеловекможетчто-либоинтуитивнознать.Вконечномсчете,я былубежден, чтоИИможетпривестик полезнымизделиям,нооннеприведетк построению действительноинтеллектуальныхмашин. Вотличиеотэтого,я хотелпонятьреальныйинтеллекти восприятие,изучить физиологиюи анатомиюмозга,принятьвызовФренсисаКрикаи представитьмиру четкоопределеннуюсистемувзглядовнато, какработаетмозг.Яобратилсвойвзорв особенностинанеокортекс– наиболеемолодуючастьмозгамлекопитающихи место локализацииинтеллекта.Послепониманиятого,какработаетнеокортекс,мысмогли быпродвинутьсявпостроенииинтеллектуальныхмашин,нонераньше. К несчастью,преподавателии студенты,которыхя встретилв MIT, неразделяли моих интересов.Ониневерили,чтонеобходимоизучатьреальныймозг,чтобпонять интеллекти построитьинтеллектуальныемашины.Таконимнеи сказали.В 1981 году университетотклонилмоезаявление. ***
Большинстволюдейсегодняверит,чтоИИ-подходживи здоров,и всеголишьожидает достаточныхкомпьютерныхмощностей,чтобоправдатьсвоимногочисленные обещания.Когдакомпьютерыбудутобладатьдостаточнымобъемомпамятии производительностью,продолжаетсямысль,программистыИИсмогут сделать интеллектуальныемашины.Янесогласен.ИИ-подходстрадаетоттакого фундаментальногонедостатка,чтооннеможетадекватноуказать,чтотакоеинтеллект иличтообозначаетпониманиечего-либо.КраткийвзгляднаисториюИИи надогма,на которыхонпостроен,объяснят,почемуэтонаправлениесбилосьскурса. ИИ-подходродилсяс появлениемцифровыхвычислительныхмашин.Ключевой фигуройвИИ-движениибыланглийскийматематикАланТьюринг,одинизсоавторов идеикомпьютераобщегоназначения.Еговеликолепнойработойсталаформальная демонстрацияконцепцииуниверсальныхвычислений:тоесть,всекомпьютеры фундаментальноэквивалентны,несмотрянато, каконипостроены.Какчастьсвоего доказательстваонпридумалвоображаемуюмашинуизтрехосновныхчастей , : процессорногоблока,бумажнойлентыи устройства,котороесчитывалои записывало меткиналенту,двигаяеевзади вперед.Лентапредназначаласьдляхранения информации,наподобиекомпьютерных1 и 0 (этобылодоизобретениячиповпамятии дисковыхнакопителей,такчтоТьюрингвообразилбумажнуюлентудляхранения). Блок,которыйтеперьмыназываемцентральнымпроцессором(CPU), следовал фиксированномунаборуправилдлячтенияи измененияинформацииналенте. Тьюрингматематическидоказал,чтоесливывыберетеверныйнаборправилдля процессорногоблокаи дадитеемубесконечнодлиннуюленту,онсможетвыполнить любыеопределяемыемножестваоперацийвовселенной.Такаяоднаизмногих эквивалентныхмашинназываетсяУниверсальнойМашинойТьюринга.Являетсяли задачейизвлечениеквадратногокорня,вычислениебаллистическойтраектории, компьютернаяигра,рисованиеизображенийилисогласованиебанковскойтранзакции– восновенеележатединицыи нули, и любаяМашинаТьюрингаможетбыть запрограммирована,чтобвыполнятьее.Преобразованиеинформацииэто преобразованиеинформации.Всецифровыекомпьютерыэквивалентны ВыводТьюрингабылбесспорноистинными феноменальноплодотворным.Вся компьютернаяреволюцияи всееепродуктыбазируютсянанем. ПозжеТьюринг обратилсяк вопросукакпостроитьинтеллектуальнуюмашину.Ончувствовал,что компьютерымогутбытьинтеллектуальными,нонехотелвдаватьсяваргументацию того,возможноэтоилинет. Оннетольконезадумывался,сможетлионформально определитьинтеллект,ондаженепыталсяэтогосделать.Вместоэтогоонпредложил доказательствосуществованияинтеллекта,известныйТестТьюринга:еслисможет обманутьчеловекаэкзаменатора ,заставивегодумать,чтоонобщаетсятакжес человеком,топоопределениюкомпьютеринтеллектуален.И такимобразом,с Тестом Тьюрингавкачествемерилаи сМашинойТьюрингавкачествесредства,Тьюрингпомог стартоватьнаправлениюИИ. Егоцентральнаядогма:мозгвсеголишьдругойтип компьютера.Неважно,какименновыпроектируетесистемуискусственного интеллекта,главноесымитироватьповедение,подобноечеловеческому. СторонникиИИувиделипараллельмеждувычислениямии мышлением.Онговорят:«Смотрите ,большинство впечатляющих проявлений человеческого интеллекта несомненнозатрагиваютманипуляцииабстрактнымисимволами– и этоименното, что могутделатьтакжеи компьютеры.Чтомыделаем,когдаговоримилислушаем?Мы манипулируемментальнымисимволами,называемымисловами,используяхорошо определенныеправилаграмматики.Чтомыделаем,когдаиграемв шахматы?Мы используемментальныесимволы,которыепредставляютсвойстваи позиции
различныхшахматныхфигур.Чтомыделаем,когдамысмотрим?Мыиспользуем ментальныесимволыдляпредставленияобъектов,ихположения,ихназванийи других свойств.Конечно,людиделаютвсеэтоспомощьюмозга,анекомпьютера,ноТьюринг показал,чтоневажно,каквыреализуетеманипуляциюсимволами.Выможетеделать этос помощьюсистемызубчикови шестеренок,системыэлектронныхключей,илис помощьюнейроннойсетимозга– чемугодно,лишьбывашесредствомогло реализоватьфункциональныйэквивалентУниверсальнойМашиныТьюринга». Этопредположениебылоподдержановажнымнаучнымдокументом,опубликованным в 1943 годунейрофизиологомУорреномМак-Каллокоми математикомУолтером Питтсом.Ониописали,какнейронымоглибывыполнятьцифровыефункции,тоесть, какнервныеклеткипредположительномоглибывоспроизводитьформальнуюлогику компьютера.Идеязаключаласьв том, чтонейронымоглибывыступатьвкачестветого, чтоинженерыназываютлогическимивентилями.Логическиевентилиреализуют простейшиелогическиеоперации,такиекакИ, НЕ, ИЛИ. Компьютерныечипысобраны измиллионовлогическихвентилей,соединенныхвопределенныесложныеконтуры. Процессор– этовсеголишьнаборлогическихвентилей. Мак-Каллоки Питтсуказали,чтонейронытакжемоглибыбытьсоединены определеннымобразом,чтобвыполнятьлогическиефункции.Следовательно,нейроны собираютвходныесигналыдругс другаи обрабатываютэтисигналы,чтобрешить, следуетлиактивироватьвыход,такимобразом,предположительнонейронымоглибы бытьживымилогическимивентилями.Такимобразом,предположилиони, мозгмогбы рассматриватьсясостоящимизИ-вентилей,ИЛИ-вентилейи другихлогических элементов,построенныхисключительноизнейронов,впрямойаналогиис соединениемцифровыхэлектронныхконтуров.Неясно,действительнолиМакКаллоки Питтсверили,чтомозгработаетименнотак,онивсеголишьсказали,чтотакмоглобы быть.И, логическирассуждаятакойвзгляднанейронывозможен , .Нейронымогут теоретическиреализоватьцифровыефункции.Однакониктонеудосужилсяспросить, какжедействительносоединенынейроныв мозгу.Онивзяливкачестведоказательства, чтонесмотрянанедостаточностьбиологическихподтверждений,чтомозг– всеголишь другойтипкомпьютера. Нетничегохуже,чемИИ-философия,подкрепленнаядоминирующейточкойзрения психологиипервойполовиныдвадцатоговека,называемойбихевиоризмом. Бихевиористыверили,чтоневозможноузнать,чтотворитсявнутримозга,которыйони называлинеприступнымчернымящиком.Новозможнонаблюдатьи измерять окружениеи поведениеживотного - чтооноощущаети чтооноделает,еговходыи выходы.Онипризнавали,чтомозгсодержитмеханизмырефлексов,которыемоглибы обуславливатьадаптациюповеденияживотногочерезпоощренияи наказания.Ночто либокромеэтогоонинесчиталинеобходимымизучатьв мозге,особенно неопределенныесубъективныепереживаниятакиекакголод,страхилито, чтоони значатдляпониманиячеголибо.Излишнеговорить,чтотакаяисследовательская философияпоблеклавовторойполовинедвадцатоговека,ноИИпродолжалгулять возлеэтогогораздодольше. КогдапослеВторойМировойВойныэлектронныецифровыевычислительныемашины сталидоступныдляширокогоприменения,пионерыИИзасучилирукаваи взялисьза программирование.Переводс языканаязык?Легко!Этовсеголишьспособ дешифрации.НампростонадоотобразитькаждыйсимволизСистемыА вСистемуБ. Зрение?Этотожекажетсялегко.Мыужезнаемгеометрическиетеоремы,которые оперируютс поворотами,масштабированиеми смещением,и мылегкоможем
закодироватьизв видекомпьютерногоалгоритма– и полделасделано!Ученыемужи сделалиделализаявлениянасчеттого,какбыстрокомпьютерныйинтеллектдогонити перегонитинтеллектчеловеческий. Поирониисудьбы,наиболеевсегоприблизиласьк прохождениюТестаТьюринга программа,котораяназываласьЭлиза,прикидывающаясяпсихоаналитикоми перефразирующаявашижефразыобратновам.Например,есликто-тописал«Мой пареньи я большенеобщаемся»,Элизамогласказать«Расскажимнео твоемпарне» или «Почемутыдумаешь,чтотыи твойпареньбольшенеобщаетесь?».Разработаннаяв качествешутки,этапрограммадействительнообманываланекоторыхлюдей,хотяона былатупойи тривиальной.Болеесерьезныеусилиябылиприложенык такой программе,какБлочныйМир, эмулирующейкомнатус блокамиразличногоцветаи формы.ВымоглизадаватьБлочномуМирувопросытипа«Естьлизеленаяпирамидана большомкрасномкубе?»или «Переместитьсинийкубнамаленький красныйкуб». Программадолжнабылаотвечатьнавашивопросыилипытатьсявыполнитьто, чтовы попросили.Онавсеэтоэмулировалаи онаработала.Ноонабылаограниченасвоим оченьискусственныммиромблоков.Программистынемоглиобобщитьее,чтобона делалачто-тополезное. Публика,межтем, былавпечатленапродолжительнымпотокомкажущихсяуспехови новостейобИИ-технологии.Однойизпрограмм,вызвавшейвозбуждениепублики,была программарешенияматематическихтеорем.ДаженачинаясПлатона,многошаговые дедуктивныеумозаключениявиделисьвершинойчеловеческогоинтеллекта,такчто напервоказалось,чтоИИсорвалкуш. Но, подобноБлочномуМиру, программаоказалась ограниченной.Онамогланайтитолькооченьпростыетеоремы,которыеужебыли известны.Затембылибольшиетелодвижениянасчет«экспертныхсистем»,БДфактов, которыемоглиотвечатьнавопросы,заданныечеловекомпользователем .Например, медицинскиеэкспертныесистемымоглидиагностироватьболезньпациентапо заданномуспискусимптомов.Носноваоказалось,чтоонаимеетограниченное применениеи непроявляетчего-либоблизкогок обобщенномуинтеллекту. Компьютерымоглиигратьвшашкинауровнеэкспертаи вконечномсчетеIBM-овский Deep Blue превосходно обыграл ГариКаспарова ,мирового чемпиона пошахматам ,вего собственнойигре.Ноэтиуспехиушливпустую.Deep Blue выиграла незасчетума;он выиграл засчеттого,чтобылв миллионыразбыстрее,чемчеловек.У Deep Blue нет интуиции.Опытныйигроксмотритнапозициюнадоскеи сразувидит,какиеварианты игрынаиболеевыгодныилиопасны,тогдакаккомпьютернеимеетврожденного чувстватого,чтоважно,и долженисследоватьгораздобольшевариантов.У Deep Blue такженетощущенияисторииигры, и оннезналничегоо своемоппоненте.Онигралв шахматытаки непоняв,чтотакоешахматы,аналогичноэтомукалькуляторвыполняет арифметическиеоперации,нопонятиянеимеето математике. ВовсехслучаяхИИ-программыбылихорошитольков однойопределеннойобласти,для которойонибылиразработаны.Онинеобобщалии невыказывалигибкости,и дажеих создателипризнавались,чтоихпрограммынемыслятподобночеловеку.Некоторые ИИ-проблемы,которыеизначальноказалисьлегкими,недобилисьпрогресса.Даже сегодняни одинкомпьютернепонимаетязыктакжехорошо,какможеттрехлетний ребенок,и невидитдажетак, какможетмышь. Поистечениемногихлетусилий,неосуществленныхобещанийи несостоявшихся успехов,ИИначалблекнуть.Ученыеизэтойобластиушливдругиеобласти исследований.Компании,завязанныенаИИ, оказалисьнеудачными.Вложениястали скудными.Сталоказатьсяневозможнымзапрограммироватькомпьютер,чтобон
выполнялдаженаиболеебазовыезадачивосприятия,языкаи поведения.Сегодня немногоеизменилось.Какя ужесказалранее,досихпорестьлюди,которыеверят,что ИИ-проблемымогутбытьрешеныболеебыстрымикомпьютерами,нобольшинство ученыхдумают,чтов целомтакиепопыткиущербны. МынедолжныпорицатьпионеровИИзаихнеудачи.АланТьюрингбылблестящим человеком.Всемогли бысказать,чтоМашинаТьюрингадолжнаизменитьмир – и она сделалаэто, правданепутемИИ. *** МойскептицизмнасчетпритязанийИИбылобостренпримерновтосамоевремя,когда я подалзаявлениев MIT. ДжонСерлвлиятельный , профессор философии в КалифорнийскомУниверситетевБеркли,в товремяговорил,чтокомпьютерынебыли и несмогутбытьинтеллектуальными.Чтобдоказатьэто, в 1980 годуонпредложил мысленныйэксперимент,называемыйКитайскойКомнатой.Этобылопримерно следующее: Предположим,у васестькомнатас прорезьюводнойизстен,и внутринаходится англоговорящийчеловек,сидящийзастолом.У негоестьбольшаякнигас инструкциямии всекарандашии бумагадлячерновиков,которыеемукак-нибудь моглибыпонадобиться.Перелистываякнигу,онвидит,чтоинструкции,написанныена английскомязыке,указываютемуспособыманипулирования,сортировкии сравнения китайскихсимволов.Представимсебе,чтоуказанияничегонеговорято значении китайскихсимволов;онитолькозадают,каксимволыдолжныбытьскопированы, стерты,переупорядочены,перекодированы, и т.д. Кто-тоснаружипросовываеткусочекбумагичерезпрорезь.Нанейнаписанрасскази вопросыпоэтомурассказу,всенакитайском.Человеквнутринеговорити нечитаетни словапо-китайски,ноонберетбумажкуи идетработатьс книгой.Онтрудитсяи трудится,следуяинструкциям вкниге.Внекоторыхситуацияхинструкцииговорят емузаписыватьсимволынаклочкебумаги,вдругих– перемещатьи стиратьсимволы. Применяяправилозаправилом,записываяи стираясимволы,человекработаетдотех пор, покаинструкцииизкнигинескажутему, чтовсеготово.Поокончании,наконецу негоестьноваянаписаннаяим страницасимволов,котораябезеговедомастала ответаминавопросы.Книгаговоритемупередатьэтубумагучерезпрорезь.Онделает этои удивляется,длячегобылоэтоутомительноеупражнение. Снаружичеловек,говорящийнакитайском,читаетстраницу.Ответыправильные,он замечает– дажепроницательные.Еслиегоспросят,исходятлиэтиответыот интеллектуальногоразума,онопределенноскажет«да».Ноправлион?Ктопонял историю?Определенно,этонечеловеквнутри,несведущийвкитайскоми понятияне имеющий,о чемистория.Этонекнига,котораяпростохорошаякнига,спокойно лежащаянаписьменномстолесреди кипыбумаг.Такгдежевозниклопонимание?Сеел говорит,чтоникакогопониманияневозникало,этовсеголишьсвязкабессмысленного листаниястраници черканиякарандашом.А теперьчудесноепревращение:Китайская Комната– этов точностицифроваявычислительнаямашина.Человек– этопроцессор, бездумновыполняющийинструкции,книга– этопрограмма,дающаяинструкции процессору,черновики– этопамять.Такимобразом,неважно,какхитроспроектирован компьютердляэмуляцииинтеллектапутемимитациичеловекоподобногоповедения,у негонетпониманияи нетинтеллекта.(Серлдаетпонять,чтооннезнает,чтотакое интеллект;онтолькоговорит,чембыоннибыл, компьютернеможетиметьэтого).
Этотаргументсоздалогромнуюпропастьмеждуфилософамии апологетамиИИ. Это расплодилосотнистатей,ав дополнение– ещебольшесарказмаи вражды.Защитники ИИвыступилис массойконтраргументовСерлу,такихкакзаявление,чтохотяни один изкомпонентовкомнатынепонимаеткитайский,комнатав целомпонимает,иличто человеквкомнатедействительнопонимаеткитайский,нопростонезнаетэтого.Что относительноменя,я думаю,чтоСерлбылправ.Когдая размышлялнадаргументом КитайскойКомнатыи о том, какработаюткомпьютеры,я невиделпониманияни там ни там.Ябылубежден,чтонамнеобходимопонять,чтотакое«понимание»,найти способформальноопределитьего,чтомоглобыпрояснитьявляетсясистема интеллектуальнойилинет, когдаонапонимаеткитайский,и когда– нет. Однолишьее поведениенесможетнамэтогосказать. Человекунетребуется«делать»что-то, чтобпонятьрассказ.Ямогуспокойнопрочитать рассказ,и хотянетявногоповедения,моепониманиеи осмыслениенаглядны,по крайнеймередляменя.Сдругойстороны,исходяизмоегоспокойногоповедениявыне сможетепонять,поняля рассказилинет, дажееслия знаюязык,накоторомнаписан рассказ.Вымоглибыпозжеспроситьменя,чтобузнать,поняллия, номоепонимание возникло,когдая читалрассказ,анекогдая отвечалнавашивопросы.Тезисэтойкниги втом, чтопониманиенеможетбытьизмереновнешнимповедением;какмыувидимв следующихглавах,этовнутренняяметрикатого,какмозгпомнитчто-либои используетэтивоспоминаниядлятого,чтобделатьпредсказания.КитайскаяКомната, Deep Blue и большинство компьютерных программ неделают ничегопохожего наэто. Онинепонимают,чтоониделают.Единственныйжеспособ,покоторомумыможем судить,являетсяликомпьютеринтеллектуальным– этопоеговыходнымданным,или поведению. Последнимаргументомв защитуИИявляетсято, чтокомпьютертеоретическимогбы эмулироватьцелыймозг.Компьютермогбысмоделироватьвсенейроныи их соединения,и, еслитак,тонеостанетсяразличиймеждуинтеллектоммозгаи интеллектом,эмулированнымнакомпьютереХотя . , этоможетбытьпрактическии невозможно,я с этимсогласен.НоисследователиИИнеэмулируютмозг,и их программынеинтеллектуальны.Вынеможетеэмулироватьмозгбезтого,чтобсначала понять,чтоонделает. *** П ослетого,какя получилоткази вIntel и в MIT, я незналчтоделать , .Когдавыне знаете,какпродолжать,частонаилучшейстратегиейявляетсяничегонеделать,пока вашемнениенепрояснится.Такимобразом,я продолжилработувкомпьютерной отрасли.МеняудовлетворялоостатьсявБостоне,нов 1982 годумояженазахотела переехатьв Калифорнию,такчтомыпереехали(сновапутемнаименьшего сопротивления).ЯдобилсяназначениявСиликоновойДолине,впроекте,названном Grid Systems. Grid занимался лэптопами ,прекрасными машинами ,которые стали первымикомпьютерамивколлекцииМузеяСовременногоИскусствавНью-Йорке. Работаясначалавмаркетинге,апотоминженером,я создалвконцеконцов высокоуровневыйязыкпрограммированияGridTask. Они я становились всеболееи болееважнымидляуспехаGrid; моякарьера пошлав гору. Явсеещенемогвыкинутьизголовымоелюбопытствонасчетмозгаи интеллектуальныхмашин.Ябылпоглощенжеланиемизучатьмозг.Такя прошел заочныекурсыпопсихологиичеловекаи обучалсясамостоятельно(никтоещене получалотказаотзаочнойшколы!). Послеизученияпорядочногообъемабиологии,я
решилподатьзаявлениеваспирантурупобиологиии изучатьинтеллектв биологическихнауках.Есликомпьютерныенаукиненуждаютсявмозговыхтеоретиках, томожетбытьмирбиологииоткроетдверидлякомпьютерщика.Тогдаещенебыло такойвещи,кактеоретическаябиология,и вособенноститеоретическаянейронаука, такчтобиофизикапоказаласьнаиболееподходящимполемдлямоихинтересов.Я усердноучился,сдалтребуемыевступительныеэкзамены,подготовилрезюме, рекомендательныеписьма,и Вуаля!, я былпринятнадневноеотделениебиофизикив КалифорнийскийУниверситетвБеркли. Ябылвзволнован.Наконецтоя смогприступитьк серьезнойработенадтеориеймозга, илимнетакказалось.Язавершилсвоюработу в Grid безнамерений работать сновав компьютернойиндустрии.Конечно,этообозначалонеопределенныйотказотмоей зарплаты.Мояженаужеподумывалачто «порапокупатьдоми заводитьсемью»,и я к счастьюпересталбытькормильцем.Этоопределеннонебылопутемнаименьшего сопротивления.Ноэтобылонаилучшимвариантом,которыйу менябыл, и она поддержаламоерешение. ДжонЭлленби,исследовательизGrid, затащил менявсвойофиспочтипередмоим уходоми сказал:- «язнаю,тынесобираешьсякогдалибовозвращатьсяв Grid или компьютернуюиндустрию,нотыникогданесможешьсказатьзаранее,чтопроизойдет. Вместотого,чтобполностьюотказываться,почемубытебеневзятьотпуск?Втаком случае,есличерезгодилидватынадумаешьвернуться,тысможешьсохранить зарплату,положениеи возможностьраспоряжатьсяпакетомакций».Этобыло прекраснымпредложением.Япринялего,ноя чувствовал,чтооставляюкомпьютерную индустриюнавсегда.
2. Нейронныесети Когда я поступилвКалифорнийскийУниверситетвБеркливянваре1986, первым,что я сделал,былособраниеисториитеорийинтеллектаи функциймозга.Япрочелсотни статейанатомов,физиологов,философов,лингвистов,компьютерщикови психологов. Множестволюдейизмножестваобластейширокоописалимышлениеи интеллект.В каждойобластьнаукибылсвойнаборжурналови в каждойиспользоваласьсвоя терминология.Янашелихописаниянеподходящимии неполными.Лингвисты говорилиобинтеллектевтерминах«синтаксис»и «семантика».Длянихмозги интеллектсуществовалитолькокакязык.Специалистыпозрениюссылалисьна 2мерные,2.5-мерные,3-хмерныемодели.Длянихмозги интеллектсуществовалитолько каквизуальноераспознаваниепаттернов.Компьютерщикиговорилипросхемыи фреймы,новыетермины,которыеонипридумалидляпредставленияданных.Никтоиз этихлюдейнеговорилпроструктурумозгаи прото, какбыв немукладываласьлюбая изихтеорий.Сдругойстороны,анатомыи нейрофизиологиширокоописалио структуремозгаи о том, какведутсебянейроны,ноонивбольшинствесвоемизбегали любыхпопытокпостроитькрупномасштабнуютеорию.Былосложнои тщетно пытатьсяухватитьсмыслэтихразнообразныхподходови горэкспериментальных данных,сопровождающихих. Примернов этожевремянасценувышелновыйобещающийподходк интеллекту. Нейронныесетисуществовалиещес конца60-х втойилиинойформе,нонейронные сетии движениеИИбыликонкурентами,и заденьгии заумыагентов,занимающихся вложениямивисследования.Исследователинейронныхсетейсущественно игнорировалисьисследовательскимифондамивтечениенесколькихлет. Темнеменее,
немногиепродолжализадумываться о них, и к середине80-х ониокончательно добилисьместаподсолнцем.Сложносказатьточно, откудавзялсянеожиданный интереск нейроннымсетям,нонесомненнооднимсодействующимфакторомстали продолжительныенеудачив искусственноминтеллекте.Людипрогнозировалинасчет альтернативк ИИи нашлиоднувискусственныхнейронныхсетях. НейронныесетибылиподлиннымулучшениемпослеИИ-подхода,потомучтоих архитектурабазируется,хотяи оченьслабо,нареальныхнейронныхсетях.Вместо программированиякомпьютеров,исследователинейронныхсетей,известныетакжекак коннекционисты,интересовалисьизучениемтого,какоеповедениеможетбыть продемонстрированосвязываниемгруппынейроноввместе.Мозгсостоитизнейронов; такимобразом,мозг– этонейроннаясеть.Этофакт.Надеждаконнекционистовбылав том, чтоэфемерныесвойстваинтеллектамоглибыпрояснитьсяизучениемтого,как нейронывзаимодействуют,и некоторыеизпроблем,которыенерешалисьс помощью ИИ, моглибыбытьрешенырепликациейсоответствующегосоединениямежду популяцияминейронов.Нейронныесетиотличаютсяоткомпьютератем, чтовнихнет процессора,и онинехранятинформациювцентрализованнойпамяти.Знанияи память сетираспределеныпоеесоединениям– прямокаквреальноммозге. Напервыйвзгляд,нейронныесетиказалисьнаилучшимприложениеммоихинтересов. Ноя быстроразвеялсвоииллюзиивэтойобласти.Заэтовремяу менясформировалось мнение,чтотривещибылисущественнымидляпониманиямозга.Первыммоим критериембыловключениевременивфункциимозга.Реальныймозгбыстро обрабатываетпотокиинформации.Нетничегостатическоговпотокахинформации, поступающихвмозги измозга. Вторымкритериембылаважностьобратныхсвязей.Нейроанатомыдавноосведомлены о том, чтомозгнасыщенобратнымисвязями.Например,вконтуремеждунеокортексом и нижележащейструктурой,называемойталамусом,количествосоединений,идущих обратно(в сторонувхода)превышаетколичествоидущихвпрямомнаправленииболее чемвдесятьраз! Тоесть,накаждоеволокно,передающееинформациювнаправлении неокортексаприходитсядесятьволокон,передающихинформациювнаправлении органовчувств.Обратныесвязипреобладаюттакжеи вбольшинствесоединений внутринеокортексаНиктонепонялконкретнуюрольэтихобратныхсвязей . ,ноиз опубликованныхисследованийясно, чтоониестьвезде.Я полагаю,чтоэтодолжно бытьважным. Третьимкритериембылото, чтотеорияилимодельмозгадолжнаучитывать физическуюархитектурумозга.Неокортекснеявляетсяпростойструктурой.Какмы увидимдалее,онорганизованкакповторяющаясяиерархия.Ниоднанейроннаясеть,не обладающаятакойструктурой,определеннонебудетработатькакмозг. Нокактолькофеноменнейронныхсетейпокинулсцену,еезанялклассоченьпростых моделей,которыенеудовлетворялини одномуизэтихкритериев.Большинство нейронныхсетейсостоятизнебольшогоколичестванейронов,соединенныхвтрислоя. Паттерн(вход)подаетсянапервыйслой.Этивходныенейронысоединенысо следующимслоемнейронов,такназываемымскрытымслоем.Скрытыйслойзатем соединяетсяс последнимслоемнейронов,выходным.Соединениямеждунейронами имеютразличныйвес,подразумеваячтоактивностьодногонейронаможетусиливать , активностьдругогонейронаи ослаблятьактивностьтретьеговзависимостиотвеса соединения.Изменяяэтивеса,нейроннаясетьобучаетсяотображатьвходныепаттерны навыходные.
Такиепростыенейронныесетиобрабатывалитолькостатическиепаттерны,не использовали обратныхсвязейи небыличем-топохожимнамозг.Наиболееобщийтип нейронныхсетей,называемыхсетями«обратногораспространения»,обучалисьпутем распространенияошибкиотвыходныхслоевобратнок входным.Вымоглибы подумать,чтоэтооднаизформобратнойсвязи,ноэтонетак. Обратное распространениеошибкивозникалотолькововремяфазыобучения.Когданейронная сетьработалавобычномрежимепослетого,каконабылаобучена,информация распространяласьтольководнусторону.Отвыходовк входамнебылообратныхсвязей. И у этихмоделейнебыловремени.Статическийвходнойпаттернпреобразовывалсяв статическийвыходной.Затемподставлялсядругой входнойпаттерн.Всетинебыло какойлибоисторииилизаписейо том, чтопроисходилодажечутьраньше.И наконец архитектураэтихнейронныхсетейбылатривиальнойпосравнениюсосложнойи иерархическойструктуроймозга. Ядумал,чтоэтонаправлениебыстро перейдетк болеереалистичнымсетям,ноэтого непроизошло.Посколькуэтипростыенейронныесетибылиспособнынаинтересные вещи,казалось,чтоисследованияостановятсяпрямотамнагоды.Былнайденновыйи интересныйинструмент,и неожиданнотысячиученых,инженерови студентов бросилисьполучатьгранты,зарабатыватьученыестепении писатькнигио нейронных сетях.Былисозданыкомпании,использующие нейронныесетидляпредсказания курсовнафондовыхрынках,обработкизаявокнаполучениекредитов,проверки подписейи выполнениясотендругихприложенийпоклассификациипаттернов.Хотя намеренияисследователейв этойобластимоглибыбытьболееобщими,этаобласть сталадоминирующейстараниямилюдей,которыенебылизаинтересованыв пониманиитого,какработаетмозгиличтотакоеинтеллект. Популярнаяпрессанепонималаразличий.Газеты,журналыи телевизионныенаучные программыпредставлялинейронныесети«мозгоподобными»,илиработающимипо темжепринципам,чтои мозг.ВотличиеотИИ, гдевседолжнобылобыть запрограммировано,нейронныесетиобучалисьнапримерах,чтоказалосьболее интеллектуальным.НаиболеезаметнойдемонстрациейбылNetTalk. Этанейронная сеть обучаласьотображатьпоследовательностибукввпроизносимыезвуки.Кактолькосеть былаобученанапечатныхпримерах,она началапроизносить«компьютерным» голосомчитаемыеслова.Легкобыловообразить,чточутьбольшевремени– и нейроннаясетьначнетобщатьсяс людьми.NetTalk былаошибочно провозглашена в национальныхновостяхкакмашина,обучающаясячтению.NetTalk былаотменной демонстрацией,ното, чтоонадействительноделала,былотривиальным.Онане читала,онанепонималаи неимелабольшогопрактическогозначения.Онапросто сопоставлялаподходящиепаттерныбуквпредопределеннымзвуковымпаттернам. Позвольтепривестиваманалогию,чтобпоказать,какдалекибылинейронныесетиот реальногомозга.Вообразите,чтовместотого,чтобпытатьсяпонять,какработаетмозг, мыпопытаемсяпонять,какработаетцифроваявычислительнаямашина.Черезгоды изучениямыоткроем,чтовсевкомпьютересостоитизтранзисторов.Вкомпьютере естьсотнимиллионовтранзисторови онисоединенымеждусобойопределенным сложнымобразом. Номынепонимаем,какработаеткомпьютерилипочему транзисторысоединеныименнотак. Итак,однаждымырешаемсоединитьвсеголишь несколькотранзисторов,чтобувидеть,чтопроисходит.Вотсмотрите,мыобнаружили, чтонесколькотранзисторов,когдасоединяютсявместеопределеннымобразом, становятсяусилителем!Слабыйсигнал,поданныйнаодинконец,усиливаетсяна другомконце(подобнымобразомделаютусилителиврадиоприемникахи телевизорах).Этоважноеоткрытие,и немедленновырастаетиндустрия,выпускающая
транзисторныерадиоприемники,телевизорыи другиеэлектронныеприборына транзисторныхусилителях.Всеэтохорошо,ноэтоничегонеговоритнам о том, как работаеткомпьютер.Хотяи усилительи компьютерсделаныизтранзисторов,онине имеютпочтиничегообщего.Точнотакжеи реальныймозги трехслойнаянейронная сетьпостроеныизнейронов,нонеимеютпочтиничегообщего. Летом1987 я получилопыт,которыйещебольшеохладилмойи такневысокий энтузиазмотносительнонейронныхсетей.Япришелнаконференциюпонейронным сетям,гдея увиделпрезентацию,устроеннуюкомпанией,называемойNestor. Nestor пыталасьпродатьприложениенанейроннойсетидляраспознаваниярукописных символовнаподложкеОнапредлагалалицензиюнапрограммузаодинмиллион . долларов.Этопривлекломоевнимание.ХотяNestor провела улучшение алгоритма ее нейроннойсетии рекламировалаеекакещеодинбольшойпрорыв,я чувствовал,что проблемараспознаваниярукописныхсимволовмоглабыбытьрешенаболеепростым, болеетрадиционнымпутем.Япришелдомойтойночью,размышляяо проблеме,и за двадняразработалраспознавательрукописныхсимволовкоторыйбылбыстрым, маленькими гибким.Моерешениенеиспользовалонейроннуюсетьи оноработало совершеннонетак, какмозг.Хотяэтаконференцияразожгламойинтересвразработке компьютеровсостилусом(в конечномсчетеприведшийк проектуPalmPilot десять лет спустя),этотакжеубедиломеня,чтонейронныесетибылинетакимужбольшим улучшениемпосравнениюс традиционнымиметодами.Распознавательрукописных символов,которыйя создал,пригодилсявконечномсчетедлясистемытекстового ввода,названнойGraffiti, использованной впервыхсерияхпродукции Palm. Ядумаю, компанияNestor ушлаизбизнеса . Слишкоммногодляпростыхнейронныхсетей.Большинствоихвозможностейлегко воспроизводилисьдругимиметодамии витогешумихавСМИспала.Наконец, исследователинейронныхсетейпересталиобъявлятьсвоимодели интеллектуальными.Ведьэтобылиоченьпростыенейронныесетии делалигораздо меньше,чемИИ-программы.Янехочуоставитьу васвпечатление,чтовсенейронные сетиявляютсяпростымитрехслойными.Некоторыеисследователипродолжали изучатьнейронныесетиразличныхконфигураций.Сегоднятерминнейронные сети используетсядляописанияразличныхмножествмоделей,некоторыеизнихявляются биологическиболееточными,некоторые– нет. Нопочтини однаизнихнеявляется попыткойохватить полностьюфункцииилиархитектурунеокортекса. Помоемумнению,большинствофундаментальныхпроблемс большинством нейронныхсетей– этоособенности,которыеониразделяютсИИ-программами.И теи другиеобремененытем, чтофокусируютсянаповедении.Называютлиониэто поведение«ответами»,«паттернами»или «выходнымиданными»,и ИИи нейронные сетиполагают,чтоинтеллектзаключаетсяв поведении,котороепрограммаили нейроннаясетьдемонстрируетпослеобработкизаданныхвходныхданных.Наиболее важныматрибутомкомпьютернойпрограммыилинейроннойсетиявляетсято, выдает лионаправильныеилижелаемыерезультаты.КакнавязаноАланомТьюрингом, интеллектэквивалентенповедению. Носутьинтеллектанетольков действииилиинтеллектуальномповедении.Поведение – этопроявление интеллекта ,нонецентральная характеристика илипервичное определениеинтеллекта.Рефлексиядоказываетэто: выможетебыть интеллектуальнымпростолежавтемноте,размышляяи понимая.Игнорированиетого, чтопроисходитв вашейголовеи фокусированиевместоэтогонаповедениибыло
большойпреградойнапутипониманияинтеллектаи построенияинтеллектуальных машин. *** П режде,чеммыисследуемновоеопределениеинтеллекта,я хочурассказатьвамо другихконнекционистскихподходах,которыеподошлигораздоближек описанию того,какработаетмозг.Проблемав том, чтослишкоммалолюдей,кажется,осознали важностьэтихисследований. Тогдакакнейронныесетипривлеклиосновноевнимание,небольшаяотколовшаяся группатеоретиковпонейроннымсетямстроиласети,которыенефокусировалисьна поведении.Названныесамоассоциативнойпамятью,онибылитакжепостроеныиз простых«нейронов»,которыебылисоединеныдругс другоми возбуждались,когда достигалиопределенногопорога.Ноонибылисоединеныпо-другому,с использованиембольшогоколичестваобратныхсвязей.Вместотого,чтобпередавать информациютольковперед,самоассоциативнаяпамятьвозвращаласвоивыходные данныенавход– что-товродетого,какеслибвызвонилисамомусебепотелефону.Эти циклынаобратныхсвязяхпривелик некоторыминтереснымсвойствам.Когдапаттерн активностибылприложенк искусственнымнейронам,ониформировалипамятьна этотпаттерн.Самоассоциативныесетиассоциировалипаттерныс самимисобой, отсюдатерминсамоассоциативная память . Результатытакойзаписинапервыйвзглядкажутсянелепыми.Чтобвыбратьпаттерн, хранящийсявтакойпамяти,выдолжнызадатьпаттерн,которыйхотитевыбрать.Это всеравно,чтовыпойдетек торговцуи попроситесвязкубананов.Когдаторговец спроситвас,каквысобираетесьрасплачиваться,выскажетечтобудетеплатить , бананами.Выможетеспросить:«Какойвэтомсмысл?».Ноавтоассоциативнаяпамять обладаетнесколькимиважнымисвойствами,которые обнаруженывреальноммозге. Наиболееважнымсвойствомявляетсято, чтовамнеобязательноиметьцеликомтот паттерн,которыйвыхотитевыбрать.У васможетбытьтолькочастьпаттерна,илиу вас можетбытьнемногоискаженныйпаттерн.Самоассоциативнаяпамятьможетвыбрать корректныйпаттерн,такой,какимонбылсохраненизначально,дажеесливыначалис искаженнойверсии.Этовсеравно,чтовыпридетек торговцус наполовинусъеденными коричневымибананамии получитецелыезеленыебананыназад.Илипридетевбанкс порваннойи нечитаемойбанкнотой,акассирвамскажет:«ядумаю,этоиспорченная 100-долларовая купюра,дайтееемне,ая вамдамновуюхрустящую 100-долларовую купюру». Второесвойство,отличноеотдругихнейронныхсетей,этото, чтосамоассоциативная памятьможет бытьспроектированадляхраненияпоследовательностейпаттернов,или временныхпаттернов.Этосвойстводостигаетсядобавлениемвременныхзадержекк обратнымсвязям.Стакимизадержкамивыможетеподатьнаавтоассоциативную памятьпоследовательностьпаттернов,похожихнамелодию,и онаможетвспомнить всюпоследовательность.Ямогбыподатьнесколькопервыхнот «Влесуродилась елочка»и памятьвернулабыпеснюцеликом.Когдаподставляетсячасть последовательности,памятьможетвспомнитьоставшуюсячасть.Какмыувидимдалее, людиобучаютсяпрактическилюбымвещам,какпоследовательностямпаттернов.Я предполагаючтомозгиспользуетконтуры , ,аналогичнотому,какэтоделает автоассоциативнаяпамять.
Автоассоциативныевоспоминанияуказываютна потенциальнуюважностьобратных связейдля входныхданных,изменяющихсявовремени.Ноподавляющеебольшинство ученыхвобластиИИ, нейронныхсетей,и познанияигнорируютвремяи обратные связи. Ученыевобластинейронауквцеломнеулучшилиситуацию.Онитакжеосведомлены обобратныхсвязях– онибылитеми,ктоихоткрыл– ноу большинстваизнихнет теории(недальшенеопределенныхразговорово «фазах»и «модуляциях»), объясняющейдлячегоонинужнымозгув , такомбольшомколичестве.А время занимаетнебольшуюилинецентральнуюрольвбольшинствеихидейо функционированиимозгавцелом.Онинамереныотобразитьмозгвтерминахтого,где происходятвещи,нонекогдаиликакпаттернывозбуждениявзаимодействуютво времени.Частичноэтопредубеждениеисходитизограниченностинашей экспериментальнойаппаратуры.Однаизпредпочитаемыхтехнологийдекады90-х, известнойкакДекадаМозга,этофункциональноеотображение.Аппараты функциональногоотображениямогутполучатькартинымозговойактивностичеловека. Однакоонинеспособныотслеживатьбыстрыеизменения.Исследовательпросит испытуемогосконцентрироватьсянаоднойзадачесноваи снова,такжекакеслибы фотографпросилегооставатьсянеподвижными,толькоэтоментальныйфотограф. Результатомявляетсямножестводанныхо том, где возникает определенные задачив мозгу,нооченьмалоданныхо том, какдействительнопотокиданныхпротекаютчерез мозг.Функциональноеотображениедаетвозможностьузнать,где чтотопроисходит в заданныймомент,нонеможетухватить,какактивностьмозгаменяетсявовремени. Ученыехотелибыполучитьтакиеданные,нопрактическинетаппаратурыдляэтого. Такимобразомбольшинствоученыхвобластикогнитивныхнейронаукпопадатьсяна удочкупарадигмывводавывода .Выподставляетефиксированныевходныеданныеи видите,какиеполучилисьвыходные.Диаграммысвязейкорыголовногомозгаимеют тенденциюотображатьблок-схему,котораяначинаетсявпервичныхсенсорных областях,кудасходятсязрение,слухи осязание,затемпроходятв высшие аналитическиеотделы,отделыпланированияи в моторныеобластии затемпередают указаниямускулам.Сначалавычувствуете,затемдействуете. Янехочунамекать,чтовсеигнорироваливремяи обратныесвязи.Этонастолько большоеполедеятельности,чтовиртуальноу каждойидеиестьсвоиприверженцы.В последниегодыверавважностьобратныхсвязей,времении предсказания последовательностейнаходитсянаподъеме.НогрохотИИи классическихнейронных сетейзаглушилдругиеподходыи недооцененныминамногиегоды. *** Н есложнопонять,почемулюди– дилетантыи специалисты– считали,чтоинтеллект определяетсяповедением.Несколькосотенлетлюдисоотносилиспособностимозгас часовыммеханизмом,с насосамии трубами,затемспаровоймашинойи, впоследнее время,с компьютером.ДесятилетиянаучнойфантастикиплаваливидеяхИИ, оттрех законовробототехникиАйзекаАзимовадоC3POизЗвездных ВойнИдея . интеллектуальныхмашинукорениласьвнашемвоображении.Всемашины,сделанные людьмииливоображаемыепредназначеныдлятого , ,чтобчто-тоделать.У наснет машин,которыедумают,у насестьмашины,которыеделают.Дажекогдамы наблюдаемзалюдьми,мыфокусируемсянаихповедении,аненаихскрытыхмыслях. Следовательно,интуитивнокажетсяочевидным,чтоинтеллектуальноеповедение должнобытьметрикойинтеллектуальнойсистемы.
Однако,смотрянаисториюнауки,мыувидим,чтонашаинтуициячастоявляется громаднымпрепятствиемнапутик истине.Системанаучныхвзглядовтруднадля понимания,непотомучтоонасложная,апотомучтоинтуитивныенонекорректные предположенияудерживаютнасоттого,чтобувидетьправильныйответ.Астрономыдо Коперника(1472-1543) ошибочнопредполагали,чтоземляпокоитсявцентревселенной, потомучтоонаощущается,какнеподвижнаяи кажется,чтоявляетсяцентром вселенной.Былоинтуитивноочевидным,чтовсезвездыявляютсячастьюгигантской вращающейсясферы,амынаходимсяв еецентре.Чтобыпредположить,чтоЗемля вращается,чтоееповерхностьдвижетсясоскоростьюоколотысячимильвчас, и что Землянесетсясквозьпространство– неговоряужо том, чтозвездыудаленына триллионымиль– выдолжныпредставитьсебявкачествелунатика.Ноэтообернулось корректнойсистемойвзглядов.Простойдляпонимания,ноинтуитивнонекорректной. ДоДарвина(1809-1882), казалосьочевидным,чтовсевидыживотныхнеизменнывих форме.Крокодилнескрещиваетсясколибри;ониразличныи несовместимы.Идеяо эволюциивидовпришлав противоречиенетолькосрелигиознымиучениями,нои со здравымсмыслом.Эволюцияпредполагаетчтоу , насодинобщийпредоксовсеми живымиорганизмаминаэтойпланете,включаячервейи домашниерастениянавашей кухне.Сейчасмызнаем,чтоэтоправда,ноинтуицияговоритобратное. Яупомянулэтиизвестныепримеры,потомучтоя уверен,чтопоиски интеллектуальныхмашинбылиобремененыинтуитивнымипредположениями, которыепрепятствуютнашемупрогрессу.Когдавыспроситесебя,«Чемзанимается интеллектуальнаясистема?»,интуитивноочевидноразмышлятьвтерминахповедения. Мыдемонстрируемчеловеческийинтеллектпосредствомречи, письменности, действий,верно?Да,нотолькосоднойточкизрения.Интеллект– эточто-то, что происходитв вашейголове.Поведение– этотолькодополнительныйингредиент.Это неявляетсяинтуитивноочевидным,нонесложнодляпонимания. *** Весной1986 года,кактолькоя селзамойстолпослецелогоднячтениянаучной литературы,написанияисторииинтеллекта,и рассмотренияэволюцииИИи нейронныхсетей,я оказалсязаобдумываниемдеталей.Былнескончаемыйпотоквещей, которыенадобылоизучитьи прочитать,ноя недостигкакоголибопроясненияв пониманиитого,какдействительномозгработаетвцелом,илидажечтоонделает.Так былопотому,чтообластьнейронаукпогрязла вдеталях.И этодосихпортак. Каждый годпубликуютсятысячиисследовательскихотчетов,ноонитяготеютк добавлению новыхданныхвкучу, вместотого,чтоборганизоватьих. Досихпорнетобщейтеории, нетсистемывзглядов,объясняющейчтовашмозгделаети , каконэтоделает. Яначалвоображатьначтодолжнобытьпохожерешениеэтойпроблемы , .Должноли онобытькрайнесложнымиз-засложностимозга?Должнолионозанятьсотнистраниц сплошнойматематикидлятого,чтобыописатьработумозга?Должнылимы отобразитьсотниилитысячиотдельныхконтуров,преждечеммысможемпонятьчтотополезное?Ятакнедумаю.Историяпоказываетчтолучшиерешениянаучных , проблемпростыи элегантны.Тогдакакдетализабываютсяи дорогак конечнойтеории можетбытьтрудной,конечнаяконцептуальнаямодельвобщемпроста. Безглубинногообъяснениятого,вкакомнаправлениивестиисследования,ученымв областинейронаукнеследуетбольшепродолжатьпытатьсяобъединитьвсе имеющиесядеталивсогласованнуюкартину.Мозгневероятносложный,обширныйи
устрашающийклубокнервныхклеток.Напервыйвзглядонпохожнастадион,полный приготовленныхспагетти.Такжеегоможноописать,каккошмарэлектрика.Нопри болееблизкоми аккуратномрассмотрениимыувидим,чтомозг– небеспорядочная куча.Внеммногоструктурнойорганизации– нослишкоммногодлятого,чтобможно былонадеятьсяпостичьинтуитивноегоработукакцелого,точнотакжемымоглибы увидеть,какосколкиразбитойвазысобираютсяобратновместе.Нашанеудачанеот недостаткаданныхилидажеправильнойчастиданных;всечтонамнужно– этосмена перспективы.Справильноймодельюдеталистанутзначимымии управляемыми. Рассмотримследующуюпричудливуюаналогию,чтобухватитьсутьтого,чтоя имеюв виду. Вообразите,чтотысячелетияспустячеловечествопришлок своемузакату,и исследователиизудаленныхвнеземныхцивилизацийприземляютсянаЗемлю.Они хотятпонять,какмыжили.Вособенностиониозадаченысетьюнашихдорог.Длячего этипричудливыеискусныеструктуры?Ониначинаютклассифицироватьвсе,и со спутникови с земли.Онидотошныеархеологи.Онизаписываютрасположениекаждого случайногофрагментаасфальта,каждыйдорожныйуказатель,которыйопрокинулсяи былунесенподоткосэрозией,любуюдеталь,которуюимудаетсянайти.Онизамечают, чтонекоторыедорожныесетиотличаютсяотдругих;внекоторыхместахониветреные, узкиеи в основномслучайноориентированные,в других- ввидекрасивой периодическойсетки,внекоторыхучасткахонистановятсяплотнымии идутнасотни мильчерезпустыню.Онисобираютгорыдеталей,ноэтидеталиничегонезначатдля них. Онипродолжаютсобиратьещебольшедеталейв надежденайтикакиетоновые данные,которыеобъяснятвсе.Ониостаютсявтупикенадолго. Этотолькодотехпор, покаонинескажет,«Эврика!Мнекажется,я вижу…этисоздания немоглителепортироватьсамисебя,какможеммы. Онивынужденыбыли путешествоватьсместанаместо,возможнонамобильныхплатформаххитрой конструкции».Сэтойточкизрениямногиедеталистановятсянасвоиместа.Маленькие извилистыесетиулицосталисьс раннихвремен,когдасредствапередвижениябыли оченьмедленными.Широкиедлинныедорогибылисделаныдляпутешествийна длинныедистанциинавысокихскоростях,предполагается,наконец,объяснение,для чегоназнакахбылинарисованыразличныечисла.Ученыеначинаютотличатьжилые зоныотиндустриальных,пониматьспособы,которымимоглибывзаимодействовать коммерческиеи транспортныеинфраструктуры,и т.д. Множестводеталей,которыеони каталогизировали,оказалисьнесовсемсущественными,простоиз-закатастрофили требованийместнойгеографии.Остаетсятожесамоеколичествосырыхданных,ноони большенепредставляютизсебяголоволомку. Мыможембытьуверены,чтопрорывподобногородапозволитнампонять,к чему относятсявседеталимозга. *** К несчастью ,невсеверятчтомыможем , понятькакработает , мозгВпечатляющее . количестволюдей,включаянекоторыхнейрофизиологов,верят,чтотакилииначемозг и интеллектнаходятсязапределамиобъяснимого.А некоторыеверят,чтодажеесли мысможемпонятьих, будетневозможнопостроитьмашину,котораябудетработать подобнымобразом,чтоинтеллекттребуетчеловеческоготела,нейронови, возможно, каких-тоновыхи непостижимыхзаконовфизики.Когдая слышуподобныеаргументы, я представляюмудрецовизпрошлого,которыевыступалипротивизучениянебесили противвскрытиятрупов,чтобувидеть,какработаютнашитела.«Неутруждайтесебя
изучениемэтого,этонеприведетни к чемухорошему,и дажеесливысможетепонять, какэтоработает,мыничегонесможемсделатьс этимизнаниями».Аргументы, подобныеэтим, ведутнаск направлениюфилософии,называемомуфункционализмом, нашейпоследнейостановкев краткойисториинашихразмышленийнадмышлением. Согласнофункционализму,интеллектилиразумбезоговорочноявляетсясвойством организации,и посутиневажно,организациичегоименно.Разумсуществуетвлюбой системе,чьисоставляющиечастиимеютправильныепричинныеотношениядругс другом,ноэтичастимогутбытьнейронами,силиконовымичипамииличем-нибудь еще.Ясно,чтоэтаточказрения- стандартныйвыходдлялюбогопотенциального проектировщикаинтеллектуальныхмашин. Рассмотримситуацию:будетлииграв шахматыменеереальной,еслиприигрев нее вместоконейпоставитьсолонки?Ясно,чтонет. Солонкафункциональноэквивалентна «реальному »конюпотомукаконадвигается , подоскеи взаимодействует с другими фигурами,такимобразомэтобудетдействительноиграв шахматы,анепростоих симуляция.Или, например,будетлиэтафразатойжесамой,еслия пройдусьпоней курсором,удаляякаждыйсимвол,потомзановоегопечатая?Иливозьмемпример ближек сути, рассмотримтотфакт,чтокаждыенескольколетвашетелозамещает большинствосоставляющихегоатомов.Несмотрянаэто, выостаетесьсамимсобойво всехсмыслах,которыекасаютсявас.Одинатомни чемнехужедругого,еслиониграет тужефункциональнуюрольввашеймолекулярнойструктуре.Тажесамаяистория должнаотноситьсяи к мозгу:есликакойтосумасшедшийученыйрешитзаместить каждыйвашнейронфункциональноэквивалентныммикроскопическиммашинным заменителем,выдолжныуйтис процедуры,чувствуясебянеменеетемжесамым, какимвыбыливначале. Следуяэтомупринципу,искусственнаясистема,использующаятужесамую функциональнуюархитектуру,чтои интеллектуальныйживоймозг,должнабыть точнотакжеинтеллектуальной– и непростос какимитонатяжками,адействительно, истинноинтеллектуальной. СторонникиИИ, коннекционистыи Я – мывсефункционалисты,дотехпор, покамы верим,чтопосуществунетничегоспециальногоилимагическоговмозгу,чтоделает егоинтеллектуальным.Всемыверим,чтомыспособныпостроитьинтеллектуальные машиныкак-нибудьи когданибудь .Ноестьразличныеинтерпретации функционализма.Тогдакакя утверждаючтоя , вижуцентральнуюнеудачуИИи коннекционистскойпарадигмы– ошибочностьподхода«вводвывод »- естьболее ценноевысказываниенасчеттого,почемумыещенеспособныразработать интеллектуальнуюмашину.ПокасторонникиИИпринимаютто, чтоя рассматриваю как бескомпромиссноеобречениенапровал,коннекционисты,с моейточкизрения,в основномвсеголишьзастенчивы. ИИ-исследователиспрашивают,«Почемумы, инженеры,должныбытьограничены решениями,накоторыенаткнуласьэволюция?».Впринципе,вэтоместьсвойрезон. Биологическиесистемы,подобныемозгуи генетическомуаппарату,печальноизвестны своейнеэлегантностью.ОбщейметафоройявляетсямашинаРубаГолдберганазванная , такпосле«великойдепрессии»карикатуристами,которыенарисоваликомически сверхсложноеприспособлениедлявыполнениятривиальныхзадач.У разработчиков ПОестьподобныйтермин,клудж,дляобозначенияпрограмм,которыенаписаныбез предусмотрительностии наполненыобременительной,ненужнойсложностью,часто приводящейк тому, чтопрограммастановитсянепонятнойдажепрограммисту,
написавшемуее.ИсследователиИИбоятся,чтоаналогичнои мозг - беспорядочный несколькосот - -миллионолетнийклудж,биткомнабитыйнеэффективными эволюционным«наследственнымкодом».Еслитак,удивляютсяони, почемубыпросто невыброситьбезсожаленияэтукутерьмуи неначатьс нуля? Большинствофилософови когнитивныхпсихологовблагожелательнык этойточке зрения.Имнравитсяметафораразума,какпрограммы,котораяработаетв мозгу, органическоманалогекомпьютера.Вкомпьютереаппаратныйи программныйуровни четкоразделяютсядруготдруга.Однаи тажепрограммаможетвыполнятьсяналюбой УниверсальнойМашинеТьюринга.ВыможетезапуститьWordPerfect наPC, Макинтоше , илинасуперкомпьютереCray, например ,дажеесливсетрисистемы имеютразличные аппаратныеконфигурации.И аппаратуранеимеетникакогозначениядлявашего обучения,есливыпытаетесьизучитьWordPerfect. Поаналогии ,следует мысльмозгне , можетнаучитьнасчемулибоо разуме. ЗащитникиИИтакжелюбятуказыватьнаисторическиеситуации,в которых инженерныерешениярадикальноотличалисьотприродныхверсий.Например,какмы преуспеливпостроениилетающихмашин?Имитациеймахательныхдвиженийу крылатыхживотных?Нет. Мысделалиэтоспомощьюфиксированныхкрыльеви пропеллеров,азатем– с помощьюреактивныхдвигателейЭтонетак . , каксделанов природе,ноэтоработает– и работаетгораздолучше,чеммашущиекрылья. Аналогично,мысделалиназемныетранспортныесредствакоторыемогутобогнать , гепарданеизготовлениемчетырехногихгепардоподобныхбегающихмашин , ,а изобретениемколеса.Колеса– великолепныйспособпередвигатьсяпоплоской местности,и то, чтоэволюцияненаткнуласьнаэтуопределеннуюстратегию,не значит,чтоэтоблестящийпутьдлянас,чтобобойтиее.Некоторыефилософыразума принялирасположениек метафоре«когнитивныхколес»,тоесть,ИИ-решению некоторыхпроблем,котороехотяполностьюотличаетсяоттого,чтоделаетмозг, делаетэтодействительнохорошо.Другимисловами,программа,которая воспроизводитвыходныеданные,подобные(илипревосходящие)человеческие решениязадачкакимтоузким,нополезнымспособом,действительнохорошийпуть делатьто, чтоделаетмозг. Яверю,чтоэтотродинтерпретацийфункционализма– цельоправдываетсредства– ведетИИисследователейвсторону.КакпоказалСерлвсвоейКитайскойКомнате, эквивалентностиповедениянедостаточно.Посколькуинтеллектвнутреннеесвойство мозга,мыдолжнысмотретьвнутрьмозга,чтобпонять,чтотакоеинтеллект.Внаших исследованияхмозга,и вособенностинеокортекса,намнеобходимобытьосторожными впониманиитого,какиедеталивсеголишьизбыточная«замороженнаяслучайность» эволюционногопрошлого;несомненно,множествопроцессоввстилеРубаГолдберга перемешаныс важнымисвойствами.Но, какмыскороувидим,тамскрытаэлегантность и великаямощь,опережающаянашилучшиекомпьютеры,ожидая,покамыееизвлечем изнейронныхцепей. Коннекционистыинтуитивночувствовали,чтомозгнепростокомпьютер,и чтоего секретлежитвтом, какведутсебянейроны,соединенныевместе.Этобылохорошим началом,ноэтаобластьлишьнемногосдвинуласьотсвоихраннихуспехов.Хотя тысячилюдейработалис трехслойнымисетями,и многиепродолжают,исследования надбиологическиреалистичныминейроннымисетямибылии остаются редкими.
Заполовинустолетиямывкладываливсеусилиячтобыпопытатьсязапрограммировать интеллектвкомпьютерах.Попутимыпришлик текстовымпроцессорам,базамданных, видеоиграм,Интернету,мобильнымтелефонами анимировалидинозавровна компьютере.Ноинтеллектуальныхмашиндосихпорнигденевидать.Чтобдобиться успеха,мыдолжныбудемдостаточноосновательноподглядетьу природного механизмаинтеллекта,у неокортекса.Мыдолжнывыделитьинтеллектизмозга. Другойдорогиу наснебудет.
3. ЧеловеческийМозг И так,чтоделаетчеловеческиймозгтакимнепохожимнапрограммированиеИИи нейронныесети?Чтотакогонеобычногов структуремозга,и почемуонотакзначимо? Какмыувидимвследующихнесколькихглавах,вархитектуремозгаестьмногочего, чтоможет сказатьо том, какдействительноработаетмозги почемуонвкорне отличаетсяоткомпьютера. Давайтеначнемнашезнакомствос мозгомвцелом.Вообразите,чтомозглежитна столе,и мыпрепарируемеговместе.Первое,чтовызаметите,этото, чтовнешняя поверхностьмозгакажетсявесьмаоднородной.Розоватосерый ,онпохожнагладкую цветнуюкапустус несколькимигребнямии впадинами,называемымиизвилинамии бороздами.Онмягкийи желеобразныйнаощупь.Этонеокортекс,тонкийслойнервной ткани,которыйокутываетбольшинствоболеестарыхчастеймозга.Мы собираемся сфокусироватьбольшуючастьнашеговниманиянанеокортексе.Практическивсе,о чем мыдумаем,како интеллекте– восприятие,язык,воображение,способностик математике,рисованию,музыке,планированию– происходитздесь.Вашнеокортекс читаетэтукнигу. Сейчася долженпризнаться,чтоя неокортикальныйшовинист.Язнаю,чтоя встречу некотороесопротивлениенаэтойпозиции,поэтомупозвольтемневзятьминутуна защитумоегоподходапреждечеммызаберемсяслишкомдалеко , .У каждойчасти мозгаестьсвоесообществоученых,изучающихее,и предположение,чтомысможем добратьсядооснованийинтеллектапониманиемтольконеокортекса,конечноже вызоветвозмущениесосторонысообществобиженныхисследователейОнискажут . что-то вроде:«ВамнеудастсяпонятьнеокортексбезпониманияобластиX, потомучто этидвеобластимозгаоченьсильновзаимосвязаны,и вамнеобходимаобластьX для того-тои того-то». Янеговорю,чтонесогласен.Приусловии,чтомозгсостоитиз множествачастейи большинствоизнихкритическиважныдлячеловека.(Странно, исключениемявляетсячастьмозгасдостаточнобольшимчисломнейронов,мозжечок. Есливыродилисьбезмозжечкаилиеслионповрежденвыможетевестипочти , нормальнуюжизнь.Однакоэтоневернодлябольшинствадругихотделовмозга; большинствоизнихтребуютсядлябазовыхжизненныхфункцийилиспособностейк ощущениям). Моимконтраргументомявляетсято, чтоя незаинтересованвпостроениичеловека.Я хочупонятьинтеллекти построитьинтеллектуальнуюмашину.Бытьчеловекоми быть интеллектуальным– различныевещи.Интеллектуальноймашинененужны сексуальныежелания,голод,пульс,мускулы,эмоциииличеловекоподобноетело. Человекнечтобольшеечеминтеллектуальнаямашина , .Мыбиологическиесозданиясо всеминеобходимыми иногданежелательнымбагажом,которыепроисходятизмногих этаповэволюции.Есливыхотитепостроитьинтеллектуальнуюмашину,котораяведет себякакчеловек– тоестьпроходитТестТьюрингавовсехслучаях– тогдавывозможно
должныбудетевоспроизвестимножествоизтехвещей,которыеделаютчеловека человеком.Нокакмыувидимдальше,чтобыпостроитьмашину,котораянесомненно интеллектуальна,нонеявляетсявточностичеловеком,мыможемсфокусироватьсяна тойчастимозга,котораястрогосоотноситсясинтеллектом. Тем, коговозможнозадеваетмоеисключительноевниманиек неокортексу,позвольте сказать,чтоя согласен,чтодругиеструктурымозга,такиекакмозговойствол, базальныеганглии,несомненноважныдляфункционированиячеловеческого неокортекса.Безвопросов.Ноя надеюсьубедитьвас,чтовсеосновныеаспекты интеллектавозникаютвнеокортексе,гдетакжеважнуюрольиграютдвадругихотдела – таламус и гиппокамп ,чтомыобсудим дальше покнигеВтечение . продолжительного периоданамнеобходимобудетпонятьфункциональнуюрольвсехотделовмозга.Ноя верю,чтоэтивещибылобылучшеадресоватьвконтекстехорошейобщейтеории функцийнеокортекса.Нодавайтевернемсяк неокортексу,иликакегосокращенно называют,к кортексу(коре). Возьмемшестьвизитокилиигральныхкарти сложимихвстопку.(Этодействительно поможет,есливысделаетеэто, анепростовообразите).Сейчасвыдержитемодель кортекса.Вашишестьвизитокпримерно2 миллиметравтолщинуи должныдатьвам ощущениетого,кактоноккортикальныйслой.Такжекаки стопкавизиток,неокортекс примерно2 миллиметрав толщинуи содержит6 слоев,каждыйимитируетсяпримерно однойкартой. Развернутый,неокортикальныйслойчеловекапримерноразмеромсобеденную салфетку.Кортикальныеслоидругихживотныхменьше:у крысы– размеромс почтовуюмарку;у обезьяны– размеромспочтовыйконверт.Нонесмотрянаразмеры, большинствоизнихсостоятизшестислоев,аналогичнотойстопкеизшестивизиток. Людиумнеепотомучтонашкортексотносительноразмеровтелапокрываетбольшую площадь,анепотому,чтослоитолщеилисодержатспециальные«умные»нейроны. Егоразмерывпечатляющи,таккаконокружаети обертываетбольшинстводругих частеймозга. Чтобыприспособитьсяк большимразмераммозга,природа модифицироваланашуобщуюанатомию.Человеческиеженщиныразвиваютсяс широкимтазом,чтобдатьвозможностьродитьсяребенкусбольшойголовой, свойством,котороенекоторыепалеоантропологисчитаютэволюционировавшим совместнососпособностьюходитьнадвухногах.Ноэтоещеневсе,такжеэволюция скомкаланеокортекс,запихнувеговнашичерепакакмятыйлистбумагиврюмкедля бренди. Вашнеокортексзаполненнервнымиклетками,илинейронами.Онитакплотно упакованы,чтониктоточнонезнает,сколькоже внемклеток.Есливынарисуете крошечныйквадратсосторонойодинмиллиметрсверхунастопкевашихвизиток,вы обозначитеположениеприблизительносотнитысяч(100 000) нейронов.Вообразите попыткупосчитатьточноечислов такомкрошечномпространстве;этодаже виртуальноневозможно.Темнеменее,некоторыеанатомыпредсказывают,чтов среднемчеловеческийнеокортекссодержитпорядкатридцатимиллиардовнейронов (30 000 000), ноникогонеудивитесли , вдействительности окажется больше или меньше. Этитридцатьмиллиардовклетоки естьВы. Онисодержатпрактическивсеваши воспоминания,знания,мастерствои накопленныйжизненныйопыт.После25 лет размышлениянадмозгом,я досихпорнахожуэтотфактудивительным.Точтотонкий слойклетоквидит,чувствуети создаетнашемировоззрение– этонаграни
невероятного.Теплолетнихднейи нашимечтыо лучшеммирекаким-тообразом являютсясозданиемэтихклеток.Черезмноголетпослепубликациистатьив Scientific American, ФренсисКрикнаписалкнигуо мозге,названнуюОшеломительнаяГипотеза. Ошеломительнаягипотезасостоялавтом, чторазум– этотворениеклетоквмозгу.Нет ничегобольше,ни магии,неспециальногосоуса,тольконейроныи танецинформации. Янадеюсьвыощутили,какневероятнатакаяпостановкадела.Получается,что существуетбольшаяфилософскаяворонкамеждунаборомклетоки нашим сознательнымопытом,хотяразуми мозг– едины.Называяэтогипотезой,Крикпросто соблюдалполиткорректность.То, чтонейронывнашеммозгусоздаютразум– этофакт, анегипотеза.Нанеобходимопонять,чтоэтитридцатьмиллиардовнейроновделают,и какониэтоделают.К счастью,кортекснепростобесформенныйкомокячеек.Мы можемглубжепоискатьвегоструктуреидеио том, какондаетначалочеловеческому разуму. *** Давайтевернемсяк нашемустолудляпрепарированияи ещеразвзглянемнамозг.Для невооруженногоглазананеокортексепрактическинеткакихлибоориентиров.Точнее, естьнемного,такиекакгигантскаяборозда,разделяющаябольшиеполушария,и заметнаяборозда,разделяющаяпередниеи задниеотделымозга.Ноповсюду,кудабы вынепосмотрели,извилистаяповерхностьпрактическиодинакова.Нетникаких видимыхразделительныхлинийилицветовыхпометок,обозначающихобласти, специализирующиесянаразличнойсенсорнойинформацииилиразличныхтипах мыслей. Однаколюдямдавноужеизвестно,чтогдетограницывсетакиесть .Дажедотого,как нейрофизиологисмоглиразглядетьчто-нибудьполезноеобустройствекортекса,они ужезнали,чтонекоторыементальныефункциилокализованыв определенных областяхмозга.ЕслибоксерскийударпоражаетправуюзатылочнуюдолюДжо,он можетпотерять,представьтесебе,способностьк восприятиючего-либоналевой сторонесвоеготелаиливлевойполовинепространствавокругсебя.Ударв левую переднююобласть,известнуюкакобластьБрока,наоборот,компрометируетего способностьиспользоватьправилаграмматики,хотяегословарныйзапаси способность пониматьзначениесловнеизменятся.Ударвтакназываемуюверетенообразную извилинуможетвырубитьспособностьраспознаватьлица– Джонеможетузнатьсвою мать,своихдетейилидажесвоесобственноелицонафотографии.Замечательные нарушениянаподобиеэтихдалипервымнейрофизиологампредставлениео том, что кортекссостоитизмножествафункциональныхобластей. Запрошедшеестолетиенаммногоесталоизвестноо функциональныхобластях,ноеще многопредстоитоткрыть.Каждыйизэтихрегионовчастичнонезависими, кажется, специализировандляопределенныхаспектоввосприятияилимышления.Физически ониорганизованыввиде лоскутногоодеяла,котороесовсемнемногоотличаетсяу разныхлюдей.Ониредкобываютчеткоочерчены.Функциональноониорганизованыв ветвящуюсяиерархию. Упоминаниеобиерархиикритично,такчтоя хочувыделитьвремянато, чтоб основательноопределитьее.Ябудуссылатьсянанеевтечениевсейкниги. В иерархическихсистемахнекоторыеэлементырасполагаются«выше»или «ниже» других.Виерархиибизнеса,например,менеджерысреднегоуровнявышепочтового клеркаи нижевицепрезидента .Этонеимеетничегообщегос физическим положением;дажееслименеджерработаетэтажомнижеклерка,онвсеравноостается
«выше»поиерархии .Яакцентировал наэтомвнимание длятогочтобы , прояснить ,что я имеюввиду,когдаговорюо том, чтонекоторыефункциональныеобластивышеили нижедругих.Ихфизическоерасположениевмозгунеимеетзначения.Все функциональныеобластикортексарасполагаютсянаоднойи тойжесвернутой кортикальнойповерхности.Чтоделаетодинрегионвышедругого– этото, какони соединеныдругс другом.Вкортексенижниеобластипередаютинформациюк верхним областямпутемопределенныхмежнейронныхсоединений,тогдакакверхниепередают информациюнижнимчерездругиесоединения.Естьтакжелатеральныесоединения междуобластями,которыевразличныхветвяхиерархии,подобнотому, какменеджер среднегоуровняобщаетсяс сотрудникомиздругогоофисаэтойжекомпаниивдругом штате.Детальнаясхемасоединенийкортексаобезьяныбыларазработанадвумя учеными,ДэниеломФеллеманоми ДэвидомванЭссеном.Схемапоказываетмножество областей,соединенныхвместевсложнуюиерархию.Мыможемпредполагать,что человеческийкортексимеетпохожуюструктуру. Самыенижниефункциональныеобласти,- этопервичныесенсорныеобласти,куда первоначальноприходитинформацияв кортекс.Этиобластиобрабатывают информациювеенаиболеесыройформе,насамомбазовомуровне.Например, визуальнаяинформацияпопадаетв кортексчерезпервичнуювизуальнуюобласть, называемуюдлякраткостиV1. V1 обрабатывает низкоуровневые визуальные элементы , такиекаккрошечныекраевыесегменты,мелкомасштабныекомпонентыдвижения, бинокулярныенесоответствия(длястереоскопическогозрения)и базовуюцветовуюи контрастнуюинформацию.V1 затемпередает информацию верхнимобластям ,таким какV2, V4 и IT (расскажем о нейпозжеи ) помимоэтогомногимдругимобластям . Каждаяизэтихобластейработаетс болееспециализированнымиилиабстрактными аспектамиинформации.Например,нейронывV4 отвечают наобъекты среднего уровня сложности,такиекакформазвездывразличных цветах,напримеркрасноми синем.. Другаяобласть,MT, специализируется надвижении объектов .Вверхнихэшелонах визуальногокортексаестьобласти,отвечающиезапредставлениевашихвизуальных воспоминанийвсехсортовобъектовтипа лиц, животных,инструментов,частейтелаи т.п. Другиевашичувстваимеютпохожуюиерархию.Ввашемкортексеестьпервичная слуховаяобласть,называемаяA1, и иерархия слуховых областей надней;внеместь первичнаясоматосенсорнаяобласть,называемаяS1, и иерархия соматосенсорных областейнадней.Витогесенсорнаяинформацияпопадаетв «ассоциативныеобласти», такназываютиногдаобластикортекса,которыеполучаютинформациюболеечемс одногоорганачувств.Например,ввашемкортексеестьобласть,получающая информациюотзренияи осязания.Благодаряассоциативнымобластямвыпонимаете, чтото, чтовывидитемуху,ползающуюповашейруке,и чтоощущаетещекотку, вызванооднойи тойжепричиной.Большинствоизэтихобластейполучаютсильно обработаннуюинформациюотнесколькихчувств,и ихфункцияостаетсянепонятной.Я ещемногоскажупрокортикальнуюиерархиюпозжевэтойкниге. Такжеестьдругойнаборобластейвпереднихдоляхмозга,создающихдвигательную (моторную )информацию .Моторная система кортекса такжеиерархически организована.Самаянижняяобласть,M1, посылает соединения впозвоночник и напрямуюуправляетмускулатурой.ОбластивышеM1 посылают болеесложные моторныекомандывM1. Иерархия моторных областей и иерархия сенсорных областей выглядятудивительнопохоже.Кажется,чтоониобъединялисьодними темже образом.Считается,чтовмоторныхобластяхинформацияраспространяетсявнизпо иерархиик M1, чтобпривести в действие мускулатуру ,ав сенсорныхвверх – по
иерархииоторгановчувств.Новдействительностиинформацияраспространяетсяв обоихнаправлениях.Чтосчитаетсяобратнойсвязьювсенсорныхрегионах– в моторныхрегионахявляетсявыходнойинформацией,и наоборот. Большинствоописаниймозгабазируетсянаблок-схемах,которыеотображаюточень упрощеннуюточкузрениянаиерархию.Тоесть,входныепотоки(визуальные, акустические,осязательные)попадаютвпервичныесенсорныеобластии обрабатываютсяпомерепродвижениявверхпоиерархии,затемпередаютсячерез ассоциативныеобласти,затемпопадаютвпередниедоликортексаи, наконец, передаютсяобратновнизк моторнымобластям.Янеговорю,чтотакаяточказрения полностьюошибочна.Когдавычитаетевслух,визуальнаяинформациянесомненно приходитвV1, поднимается к ассоциативным областям ,проделывает путьчерез фронтальныйкортекси возбуждаетмускулатурувашегортаи гортаниформировать звукиречи. Ноэтоещеневсе.Невсетакпросто.Супрощеннойточкизрения,которойя несоветуюпридерживаться,процессывосновномрассматриваютсякакинформация, текущаяводномнаправлении,какизделиенасборочномконвейереНоинформацияв . кортексевсегдатечеттакжеи вобратномнаправлении,и гораздобольшепроекций, передающихвнизпоиерархии,чемвверх.Когдавычитаетевслух,высшиеобласти вашегокортексапосылаютгораздобольшесигналов«вниз»к первичномувизуальному кортексу,чемвашиглазаполучаютснапечатаннойстраницы!Впоследующихглавах мыразберем,чтоделаютэтиобратныесвязи.Сейчасжея хочуубедитьводномфакте: хотяиерархиядействительносуществует,необходимовсегдабытьначеку,чтобне думать,чтоинформациятечеттольков одномнаправлении. Вернемсяк столудляпрепарирования,предположим,чтомынастроилимощный микроскоп,взялитонкийсрезоткортикальногослоя,подкрасилинекоторыеклетки,и взглянулинанашетворчествочерезокуляр.Еслимыподкрасиливсеклеткив нашем срезе,мыдолжныувидетьплотнуючернуюмассу,потомучтоклеткитакплотно упакованыи перемешаны.Ноеслимыиспользуемкраску,котораяпометитгораздо меньшеклеток,мыувидим6 слоев,о которыхя упоминал.Этислоисформированы изменениемплотностиклеточныхтел,типовклетоки ихсоединений. У всехнейроновестьобщиечерты.Помимотелаклетки,округлойчасти,которуювы представляетеприупоминанииклеток,у нихтакжеестьветвящиеся,похожиена проводаструктуры,называемыеаксонамии дендритами.Когдааксонодногонейрона соприкасаетсяс дендритомдругого,ониформируютмаленькоесоединение, называемоесинапсом.Синапс– этогденервныйимпульсс однойклеткивоздействует наповедениедругой.Нервныесигналы,илиспайки,приходящиенасинапс,могут сделатьболеевероятнымпоявлениеспайканаприемнойклетке.Некоторыесинапсы имеютобратныйэффект,делаягенерациюспайканаприемнойклеткеменеевероятной. Такимобразом,синапсыбываютвозбуждающимии тормозными.Синаптическаясила можетизменятьсявзависимостиотповедениядвухклеток.Простейшаяформа синаптическихизменений– этокогдаобанейронагенерируютспайкприблизительнов одини тотжемомент,силасоединениямеждунейронамиувеличивается.Яскажу большепроэтотпроцесс,называемыйХеббиановскимобучением,чутьпозже.В дополнениек изменениямсинаптическойсилы, очевидно,могутформироватьсяи новыесинапсымеждудвумянейронами.Этоможетпроисходитьвсегда,хотянаучная очевидностьпротиворечива.Независимоотдеталейтого,каксинапсыменяютсвою силу,определенноформированиеи усилениесинапсов– этото, чтовызывает сохранениевоспоминаний.
Хотясуществуетмножествотиповнейроноввнеокортексе,одинраспространенный классвключаетвосемьиздесятиячеек.Этопирамидальныенейроны,называемыетак, потомучтоизтелонемногопохоженапирамиду.Заисключениемверхнегослоя шестислойногокортекса,которыйсодержитмилиаксонов,нооченьмалоклеток, каждыйслойсодержитпирамидальныеклетки.Каждыйпирамидальныйнейрон соединяетсяс множествомдругихнейроноввнепосредственномокружении,и каждый посылаетдлинныйаксонвбокк болееотдаленнымобластямкортексаиливниз, к нижележащимструктураммозга,напримерк таламусу. Типичнаяпирамидальнаяклеткаимеетнесколькотысячсинапсов.Опятьже,очень трудноузнатьточно, сколько,попричинеихвысокойплотностии маленькихразмеров. Количествосинапсовизменяетсяотклеткик клетке,отслояк слоюи отобластик области.Еслибмызаняликонсервативнуюпозицию,чтокаждыйнейронимеетодну тысячусинапсов(действительноечислосинапсовоцениваетсяближек пятиили десятитысячам),тонашнеокортексдолженбылбыиметьпримернотридцать триллионовсинапсоввсумме.Этоастрономическибольшоечисло,намногоза пределаминашихинтуитивныхвозможностей.Этонесомненнодостаточно,чтоб сохранитьвсевещи,которыемыкогдалибоузналив течениежизни. *** С огласнопреданию,АльбертЭйнштейнсказалоднажды,чтопутьк специальной теорииотносительностибылпрямым,почтилегким.Онследовалестественнымпутем изединственногонаблюдения:чтоскоростьсветапостояннадлявсехнаблюдателей, дажееслинаблюдателидвижутсяс различнымискоростями.Это противоречит интуиции.Этовсеравно,чтосказать,чтоскоростьброшенногомячавсегдаоднаи та же,независимооттого,каксильноонбылброшен,иликакбыстробегутбросающийи наблюдающий.Всевидятмяч, движущийсяс одинаковойскоростьюотносительнонихв любойобстановке.Кажется,чтотакоенеможетбытьистиной.Нобылодоказано,что этоистиннодлясвета,и Эйнштейнсообразительнозадалсявопросом,каковыследствия этогостранногофакта.Онметодичнообдумалвсеследствияпостоянностискорости света,и этопривелоегок ещеболеестраннымпредсказаниямспециальнойтеории относительности,таким,какзамедлениевремениприувеличениискорости,что энергияи масса–фундаментальнооднои тоже.Книгипотеорииотносительности повторяютегоцепочкурассужденийнаобыденныхпримерахс поездами,пулями, вспышкамисветаи т.д. Теориянесложна,ноонаопределеннопротиворечитинтуиции. Внейрофизиологииестьаналогичноеоткрытие– факто неокортексе,которыйявляется настольконеожиданным,чтонекоторыеученыеотказываютсяверитьвнегои большинствооставшихсяигнорируютего,потомучтонезнают,чтос нимделать.Но этофактнастольковажный,чтоесливыаккуратнои методическиисследуетеего следствия,этораскроетсекреттого,чтоделаетнеокортекси каконработает.Вэтом случае,неожиданноеоткрытиепришлоизбазовойанатомиисамогокортекса,но потребовалсянеобычайнодогадливыйразум,чтобраспознатьего.ЭтобылВернон Монткастл,нейрофизиологизуниверситетаДжонаХопкинсавБалтиморе.В 1978 году онопубликовалстатью,названную«ОрганизационныепринципыЦеребральных Функций».ВэтомдокументеМонткастлуказал,чтонеокортексудивительнооднороден повидуи структуре.Областинеокортекса,которыеоперируютслуховойинформацией, похожинаобласти,оперирующиес осязанием,управлениеммускулатурой,языковую областьБрока,практическикаклюбыеобластинеокортекса.Монткастлпредположил, чтопосколькуэтиобластивыглядятодинаково,онидействительновыполняютоднуи
тужебазовуюоперацию!Онпредположил,чтокортексиспользуетодини тотже вычислительныйинструментдлявсего,чемонзанимается. Всеанатомывтовремяи задесятилетиедоМонтКастлаужезнали,чтокортекс выглядитодинакововезде;этонепреложныйфакт.Новместотого,чтобзадаться вопросом,чтоэтомоглобыозначать,онитратилисвоевремянапоискиразличий междуобластямикортекса.Ноониненаходилиразличий.Ониполагали,чтоеслиодна областьиспользуетсядляязыка,адругая– длязрения,товероятнеевсегодолжныбыть различиямеждуэтимобластями.Есливглядетьсядостаточноблизко– онинайдутся. Областикортексаотличаютсяпотолщине,плотностиклеток,относительной пропорциитиповклеток,длинегоризонтальныхсоединений,плотностисинапсови по многимдругимпараметрам,которыесложнонайти.Воднойизнаиболееизученных областей,первичнойвизуальнойобластиV1, действительно естьнекоторые дополнительныеподразделенияводномизееслоев.Ситуацияаналогичнаработе биологовначала19-говека.Онитратилисвоевремянапоискисиюминутныхразличий междувидами.Успехомдлянихбылонайти,чтодвемыши,выглядящиепрактически идентично,в действительностипринадлежатк различнымвидам.МногиегодыДарвин следовалтемжесамымкурсом,нередкоизучаямоллюсков.НоДарвинавконцеконцов осениловопросом,кактакиевидымогутбытьнастолькопохожи.Ихпохожестьбыла болееудивительнойи интересной,гораздобольшечемихразличия. Монткастлпроводилподобныенаблюдения.Работаясредианатомов,отыскивающих различиямеждуобластямикортекса,онпоказал,чтонесмотрянаразличия,неокортекс удивительнооднороден.Однии тежеслои, типыклетоки соединениясуществуютпо всемукортексу.Онвездепохожнашестьвизиток.Отличиянастолькотонки, что опытныеанатомынемоглис нимсогласиться.Следовательно,Монткастлутверждал, чтовсеобластикортексавыполняютоднуи тужеоперацию.То, какимобразомобласти кортексасоединеныдругс другоми с другимичастямицентральнойнервнойсистемы, являетсяпричинойтого,чтовизуальныеобластиявляютсявизуальными,моторные– моторными. Фактически,Монткастлутверждалчтопричинатого , ,чтообластикортексавыглядят слегкаразличными,заключаетсявтом, к чемуониподсоединяются,анев том, что отличаютсяихосновныефункции.Онсделалвывод,чтоестьоднаобщаяфункция, общийалгоритм,которыйвыполняютвсеобластикортекса.Зрениенеотличаетсяот слуха,неотличаетсяотмоторногоуправления.Онпредположил,чтонашигены указывают,какобластикортексасоединяются,чтооченьиндивидуальнодляфункций и видов,нокортикальнаятканьсамапосебевыполняетвсегдаоднои тоже. Давайтевзглянемнаэтосиюминутно.Дляменязрение,слухи осязаниекажутся совершенноразличными.У нихфундаментальноразныекачества.Зрениеохватывает цвет,текстуру,форму,глубину.Слухработаетс высотой,ритмоми тембром.Они кажутсясовершенноразными.Каконимогутбытьодними темже?Монткатстл говорит– онинеодинаковы,носпособ,которымкортексобрабатываетсигналыотуха такойже,каки способ,которымонобрабатываетсигналыотглаза.Онтакжеговорит, чтомоторноеуправлениеработаетнатехжепринципах. Ученыеи инженерыв большинствесвоемигнорировалипредложениеМонткастла. Когдаонипыталисьпонятьзрениеилисделать«видящий»компьютер,они выдумывалисловарьи технологии,специфическиедлязрения.Ониговорилио краях, текстурах,трехмерномпредставлении.Еслионихотелипонятьязык,онистроили алгоритмы,базирующиесянаправилахграмматики,синтаксисеи семантике.Ноесли
Монткастлправ,этиподходынетакие,какрешаетэтипроблемымозг,и скореевсего будутбезуспешными.ЕслиМонткастлправ,алгоритмкортексадолженбытьвыражен независимоотлюбыхспецифическихфункцийиличувств.Мозгиспользуетоднии те жепроцессы,чтобывидетьи слышать.Мозгзанимаетсячем-тоуниверсальным,что можетбытьпримененок любомутипусенсорныхилик моторнойсистеме. Когдая впервыепрочиталстатьюМонткастла,я чутьнеупалсостула.Этобыл Розеттскийкаменьнейронауки– единственнаястатьяи единственнаяидея, объединяющаявсемногообразныеи поразительныевозможностичеловеческого разума.Онаобъединялаихподединымалгоритмом.Одниммахомонапоказала ошибочностьвсехпредыдущихпопытокпонятьи воплотитьвтехникечеловеческое поведениекакмногообразиевозможностей.Янадеюсьвысможетеоценить,насколько радикальными с чудесноэлегантнымявляетсяпредложениеМонткастла.Лучшиеидеи внаукевсегдапросты,элегантныи неожиданны,и этооднаизлучших.Помоему мнениюэтобыло,естьи будетоставатьсявперспективеоднимизсамыхважных открытийнейронауки.Невероятно,однакомногиеученыеи инженерылибо продолжаютотказыватьсяверитьвэто, игнорируютэто, либовообщенезнаютобэтом. *** Ч астичнотакоепренебрежениепроизрастаетизскудностиинструментовдляизучения того,какинформацияраспространяетсявнутришестислойногокортекса.Имеющиесяу насинструментыоперируютнаболеегрубомуровнеи в основномнацеленына нахождениитого,где(вместокогдаи как) вкортексевозникаютразличные способности.Например,большинствонейрофизиологовнеявнопропагандируютв популярнойпрессеидею,чтомозг– этонаборвысокоспециализированныхмодулей. Техникафункциональногоотображения,наподобиефункциональной магниторезонанснойтомографии(MRI) и позитрон -эмисиионной томографии (PET), сфокусированв основномисключительнонакартированиимозгаи функциональных областей,о которыхя упоминалранее.Обычнов такихэкспериментахподопытный лежитголовойв сканереи выполняетопределенныйвидментальныхилимоторных задач.Этоможетбытьвидеоигры,спряжениеглаголов,чтениевысказываний, рассматриваниелиц, называниекартинок,воображениечего-либо,запоминание списков,принятиефинансовыхрешенийи т.д. Сканердетектирует,какиеобластимозга привыполненииэтихзадачболееактивны,чемвобычномсостоянии,и рисуетцветные точкинаизображениимозгасубъекта,чтобточноуказать местоположение.Эти области,предположительно,центральныедляданнойзадачи.Произведенытысячи экспериментовпофункциональномуотображению,и ещетысячипредстоитсделать. Такимобразоммыпостепенностроимкартинутого,гдепроисходятопределенные функциивтипичномвзросломмозге.Легкосказать«этообласть,ответственнаяза распознаваниелиц, эта– заматематическиеспособности,эта– замузыкальные»и т.д. Посколькумынезнаем,какмозгвыполняетэтизадачи,естественнопредположить,что мозгрешаетразличныезадачиразличнымиспособами. Нотаклиэто?Растущийи зачаровывающиймассивданныхподтверждает предположениеМонткастла.Нескольколучшихпримеровдемонстрируюткрайнюю гибкостьнеокортекса.Любойчеловеческиймозг,правильнопитающийсяи помещенныйв правильноеокружение,можетизучитьтысячиязыков.Одини тотже мозгможетвыучитьязыкжестов,письменныйязык,музыкальныйязык, математическийязык,компьютерныеязыки,языктела.Онможетнаучитьсявыживать впрохладномсеверномклиматеилив обжигающейпустыне.Онможетстатьэкспертом пошахматам,рыбнойловле,сельскомухозяйствуилитеоретическойфизике.
Рассмотримфакт,чтоу васестьспециальнаявизуальнаяобласть,которая предположительноспециальнопредназначенапредставлениюписьменныхбукви цифр.Значитлиэто, чтовыродилисьсязыковойобластью,готовойк обработкебукви цифр?Врядли. Письменныйязыксуществуетсовсемнедолгодлятого,чтобпопастьв нашигены,чтобзадействоватьспециальныймеханизмдляэтого.Такимобразом, кортексвсеравноразделяетсянафункциональныеобласти,специфичныедля конкретныхзадачв детстве,основываясьисключительнонаопыте.Человеческиймозг имеетневероятнуюемкостьдляизученияи адаптациик тысячамобстановок,которые несуществовалиранее.Этоуказываетначерезвычайнуюгибкостьсистемы,аненато, чтовнейтысячирешенийдлятысячзадач. Нейрофизиологитакжеобнаружили,чтосоединениявнеокортексепоразительно «пластичнычтоозначает », ,чтонеокортекс можетизменять и перекоммутировать себя взависимостиоттипаинформации,поступающейв него.Например,мозг новорожденногохорькаможнохирургическипеределатьтак, чтоглазаживотного будутпосылатьсвоисигналыв области,внормеразвивающиесядляслуха. Неожиданныйрезультатвтом, чтохорекразвиваетфункционирующийвизуальный каналв слуховойчастисвоегомозга.Другимисловами,онвидиттоймозговойтканью, котораявнормеслышитзвуки.Аналогичныеэкспериментыбылипроведеныс другими органамичувстви областямимозга.Например,частьвизуальногокортексакрысы можетбытьпересаженаприрождениив область,гдеобычнопредставленоосязание. Когдакрысавырастает,трансплантированнаятканьобрабатываетосязание,анезрение. Клеткинерождаютсяспециализированнымик зрению,осязаниюилислуху. Каждаячастьчеловеческогонеокортексапластична.Взрослыелюди,родившиеся глухими,обрабатываютвизуальнуюинформациюв техобластях,которыевнорме становятсяслуховымиобластями.А людис врожденнойслепотойиспользуюттыльную частьсвоегокортекса,котораяобычностановитсявизуальной,длячтенияазбуки Брайля.ПосколькуазбукаБрайлязатрагиваетосязание,вымоглибыподумать,чтоона должнавпервуюочередьактивироватьсяв областяхосязания,но, очевидно,ниодна областькортексанебездействует.Визуальныйкортекс,неполучающийинформациюот глаз,какэто «предполагалось»,переназначаетсянапросеиваниедругихпаттернов– в данномслучаеотдругихкортикальныхобластей. Всеэтоприведено,чтобыпоказать,какобластимозгаразвиваютспециализированные функциибазируясьвосновномнатипеинформации,поступающейвнегововремя развития.Кортекснезапрограммированжесткодлявыполненияразличныхфункцийс использованиемразличныхалгоритмов,каки земнаяповерхностьнепредопределена длятого,чтобприйтик современномурасселениюнациональностей.Организация вашего кортекса,подобнополитическойгеографииназемномшаре,моглабыпойтиподругому,еслибранеебылизаданыдругиеусловия. Геныпредопределяютобщуюархитектурукортекса,включаято, какиеобласти соединяются,новнутриэтойструктурысистемачерезвычайногибкая. Монткастлбылправ.Естьединыймощныйалгоритм,реализованныйвкаждойобласти кортекса.Есливысоединитеобластикортексавподходящуюиерархиюи обеспечите потокамиинформации,онбудетизучатьсвоеокружение.Такимобразом,нетпричин, покоторыминтеллектуальныемашиныбудущегодолжныиметьтотжесамыйнабор органовчувствиливозможностей,чтои человек.Кортикальныйалгоритмможетбыть использовандругимпутем,с другимиорганамичувстввмашинномкортексе,такчто подлинныйгибкийинтеллектвозникнетнетольков биологическоммозгу.
*** Давайтеперейдемк вопросу,которыйпосвященпредположениюМонткастлаи такой женеожиданный.Информационныепотоки,поступающиев вашкортекс,восновном идентичны.Вы, возможно,сновадумаете,чтовашичувстваполностьюотдельные сущности.Вконцеконцов,звукпередаетсяволнамидавленияповоздуху,зрение передаетсясветом,осязаниепередаетсячерездавлениенавашукожу.Слухкажется временным,зрениекажетсяв основномввидеотдельныхизображений,осязание– в основномпространственным.Чтоможетбытьболееразличным,чемзвукблеющего козлаи изображениеяблока? Нодавайтевзглянемболеепристально.Визуальнаяинформацияпосылаетсяв вашмозг черезмиллионыволоконвоптическомнерве.Послекороткойпередачичерезталамус онапопадаетвпервичныйвизуальныйкортекс.Звукипереносятсячерезтридцать тысячволоконслуховогонерва.Онипередаютсячерезнекоторыеболеестарыеобласти мозгаи попадаютв первичнуюслуховуюкору. Вашспинноймозгпереносит информациюо прикосновенияхи внутреннихощущенияхввашмозгчерездругие миллионыволокон.Онипринимаютсявашимпервичнымсоматосенсорнымкортексом. Этоосновныеканалыпопаданияинформацииввашмозг.Ониявляютсятем, каквы ощущаетемир. Выможетепредставлятьэтиканалыкаксвязкуэлектрическихпроводовилисвязку оптическихволокон.Вымоглибыувидетьиндикаторы,организованныеоптическими волокнами,гдецветныеточкипоявляютсянаконцекаждоговолокна.Каналы попаданияинформациив мозгпохожинаэто, тольковолокнаназываютсяаксонами,и онипереносятнервныесигналы,называемые«потенциаламидействия»или «спайкамиимеющие », электрохимическую природу .Органы чувствподающие , эти сигналы,различны,нокактолькоонипревращаютсявпотенциалыдействия,они становятсяодними темже– простопаттернами. Есливывзглянете,например,насобаку,множествопаттерновпоступитчерезволокна вашегооптическогонервав визуальнуючастьвашегокортекса.Есливыслышите собачийлай,другоемножествопаттерновпоступитпослуховомунервувслуховую областьвашегомозга.Есливыгладитесобаку,множествоосязательныхпаттернов поступаетизвашейрукиповолокнамвспинноммозгев частьвашегомозга, оперирующуюс осязанием..Каждыйпаттерн– отвзгляданасобаку,отзвукаеелая,от прикосновенияк собаке– расцениваетсяпо-разному,потомучтоприходитразличными путямикортикальнойиерархии.Важногдекабелиприходятвмозг.Нонаабстрактном уровнесенсорноговвода,онивсепосуществуоднои тоже,и всеобрабатываются похожимобразомв шестислойномкортексе.Слышителивызвук,видителисвет, чувствуетелидавление– вмозгунетфундаментальныхразличиймеждуэтимитипами информации.Потенциалдействияестьпотенциалдействия.Этимгновенныеспайки идентичны,несмотрянато, чемисходноонибыливызваны.Все,чтознаетвашмозг– этопаттерны. Вашевосприятиеи знанияо мирепостроеныизэтихпаттернов.Внутривашейголовы нетсвета.Тамтемно.Внутрьголовынеприходятзвуки.Тамтихо. Фактически,мозг– этотолькочастьвашеготела,котораянеощущаетсамапосебе.Хирургмогбыткнуть пальцемввашмозги выбынепочувствовалиэтого.Всяинформация,попадающаяв вашразум,приходиткакпространственныеи временныепаттернынааксонах.
Чтоточноя имелввидуподпространственнымии временнымипаттернами?Давайте взглянемнанашиосновныечувствапоочереди.Зрениепереносити пространственную и временнуюинформацию.Пространственныепаттерныэтоодновременныепаттерны вовремени;онисоздаются,когдамножестворецептороводногои тогожеорганачувств стимулируютсяодновременно.Взрениичувствительныморганомявляетсясетчатка. Изображениепопадаетвзрачок,переворачиваетсяхрусталиком,падаетнасетчаткуи создаетпространственныйпаттерн.Этотпаттернпередаетсяв вашмозг.Людисклонны думать,чтомаленькоеперевернутоеизображениемирапоступаетввашивизуальные областикортекса,ноэтоработаетнетак.Неткартинки.Этобольшенекартинка. Фундаментальноэтопростопаттернэлектрическойактивности.Егокартинкоподобное качествотеряетсяоченьбыстропомеретого,каквашкортексобрабатывает информацию,передаваякомпонентыпаттернавверхи внизмеждуразличными областями,сдвигаяего,фильтруяего. Зрениетакжесоотноситсяи свременнымипаттернами,этообозначает,чтопаттерны, попадающиеввашиглаза,постоянноизменяютсявовремени.Нотогдакак пространственныйаспектзренияочевиден,еговременнойаспектменееочевидный. Примернотриразавсекундувашиглазасовершаютнеожиданныедвижения, называемыесаккадами.Онификсируютсянаоднойточке,затемнеожиданно перепрыгиваютк другой.Каждыйраз,когдавашиглазадвижутся,изображениена вашейсетчаткеизменяется.Этообозначает,чтопаттерны,передаваемыев вашмозг, такжеполностьюменяютсяс каждойсаккадой.Этотольковпростейшемвозможном случаевысидитеи смотритенанеподвижнуюсцену.Вреальнойжизнивыпостоянно вертитеголовой,двигаететеломи ходитевпостоянноизменяющемсяокружении.Ваше сознательноевпечатление– этостабильныймир, полныйобъектови людей,которые легкоотслеживать.Ноэтовпечатлениевозможнотолькоблагодаряспособностивашего мозгаоперироватьс потокомсетчаточныхизображений,паттерныкоторыхникогда точнонеповторяются.Насамомделезрение,расцененноекакпаттерны,попадающиев мозг,течетподобнореке.Зрениебольшепохоженапесню,чемнарисунок. Большинствоисследователейзренияигнорируютсаккадыи быстрыеизменения визуальныхпаттернов.Работаясобездвиженнымиживотными,ониизучают,как возникаетзрение,когдабессознательноеживотноефиксируетвзглядвточке.Поступая так, ониуходятотвременногоизмерения.Нетничегоошибочногов этомпринципе; исключениепеременных– базовыйэлементнаучнойметодологии.Ноонивыбрасывают центральныйкомпонентзрения,изкоторогооносостоит.Времядолжнозанимать центральноеместов нейрофизиологическомучетезрения. Говоряо слухе,мыдумаемо временномаспектезвука.Длянасинтуитивноочевидно, чтозвуки,речьи музыкаизменяютсявовремени.Вынеможетеуслышатьвсюпесню сразуже,такжекакнеможетемгновенноуслышатьпроизнесенноепредложение.Песня существуеттолькововремени.Такимобразом,мыобычнонедумаемо звуке,како пространственномпаттерне.Внекоторомсмыслеэтоинверсияслучаясозрением: временнойаспектсразужеочевиден,нопространственныйаспектменееочевиден. Слухтакжеимеетпространственныйкомпонент.Выконвертируетезвукивпотенциалы действиявсвернутомкольцамиорганев ухе,называемомулиткой.Крошечный, непрозрачный,свернутыйвспиральи встроенныйвсамуютвердуюкостьтела височнуюкость,улиткабыладешифрованаболеечемполстолетияназадВенгерским физиологомДжорджемфонБекси.Строямодельвнутреннегоуха,фонБексиоткрыл, чтокаждаякомпонентаслышимоговамизвуказаставляетвибрироватьучастокулитки. Высокочастотныетонызаставляютвибрироватьжесткоеоснованиеулитки.
Низкочастотныетонызаставляютвибрироватьсвободнуюи самуювнешнюючасть улитки.Средниечастотывызываютвибрациювпромежуточныхсегментах.Каждая площадкаулиткиусеянанейронами,которыевозбуждаются,когдаихвстряхивает.В повседневнойжизнивашиулиткивибрируютнабольшомколичествечастот одновременно.Такимобразомвкаждыймоментвремениимеетсяновый пространственныйпаттернвозбужденийподлинекаждойулитки.Каждыймомент времениновыйпространственныйпаттернпробегаетпослуховомунерву.Сновамы видим,какэтасенсорнаяинформациясводитсяк пространственновременным паттернам. Людиобычнонедумаютобосязании,како пространственномфеномене,ноэтововсех отношенияхкаквременной,таки пространственныйпаттерн.Выможетепровести эксперимент,чтобсамимубедиться.Попроситедругасложитьрукуввидечашки, ладоньювверх,и закрытьглаза.Поместитемаленькийобычныйпредметвеголадонь– кольцо,ластик,илиещечто-либо– и попроситеегоопределитьчтоэто, недвигая частямируки. У негонебудетдругойподсказкикромекаквесили, возможно,большой размер.Затемпопроситеегопродолжатьдержатьглазазакрытыми,и двигатьпальцами пообъекту.Скорейвсего,онсразужеопределит.Позволивпальцамдвигаться,вы добавиливремяк сенсорномувосприятиюосязания.Естьпрямаяаналогиямежду фовеальнойобластьюв центревашейсетчаткии вашимипальцами,и тои другое обладаютвысокимразрешением.Такимобразом,осязаниетакжеподобнопесне.Ваша способностьиспользоватьосязаниесложнымобразом,такоекакзастегиваниерубашки илиотпираниедверивтемноте,зависитотизменяющихсявовременипаттернов чувстваосязания. Мыучимнашихдетей,чтоу человекапятьчувств:зрение,слух, осязание,обоняниеи вкус.Вдействительностиу насихбольше.Зрениебольшепохоженатричувства: чувстводвижения,ощущениецветаи ощущениеосвещенности.Восязании присутствуютдавление,температура,больи колебания.У настакжеестьцелаясистема сенсоров,говорящихнамо положениинашеготелаи о углахсгибасуставов.Она называетсяпроприоцептивнойсистемой(proprio- имееттотжелатинский корень,чтои proprietary – «собственность »и property – «свойство »).Вынесможете двигаться безних. У настакжеестьвестибулярныйаппаратвовнутреннемухе,которыйдаетнамощущение равновесия.Некоторыеизэтихчувствбогачеи болееочевидныдлянас,чемдругие,но всеонипоступаютвнашмозгкакпотокипространственныхпаттернов, распределенныевовременипоаксонам. Вашкортексв действительностинезнаети нечувствуетмирнапрямую.Единственная вещь,которуюзнаеткортекс– этопотокипаттернов навходныхаксонах.Ваше восприятиемирасозданоизэтихпаттернов,включаявашеощущениесамогосебя. Фактически,вашмозгнеможетнапрямуюузнать,гдекончаетсявашетелои начинаетсямир. Нейрофизиологи,изучающиеотображениетела,обнаружили,что нашеощущениесамихсебяболеегибкое,чемнамкажется.Например,еслия дамвам маленькиеграблии заставлюиспользоватьихдлятого,чтоббратьи хвататьвместо того,чтобделатьэторуками,скоровыпочувствуете,чтоонисталичастьювашеготела. Вашмозгизменитегоожидания,приспосабливаяськ новымпаттернамтактильной информации.Граблистанутбуквальновстроеннымивобразвашеготела. *** И дея,чтопаттерныотразличныхчувствэквивалентнывнутривашегомозга,является совершеннонеожиданной,и хотяонавполнепонятна,онадосихпорнеоцененапо
достоинству.Вотещенесколькопримеров.Первыйвыможетевоспроизвестив домашнихусловиях.Всечтовамнеобходимо– этонапарник,устойчиваякартонная ширмаи муляжруки. Есливыпроизводитеэтотэкспериментвпервыйраз,былобы идеальным,еслибыу васбыларезиноваярука,наподобиетех, чтопродаютсяна распродажахпередХеллоуином,нотакжесработает,есливыпростообведетевашуруку налистечистойбумаги.Положитевашунастоящуюрукунаповерхностьстолав несколькихдюймахотфальшивойи выровняйтеиходинаково(чтобыкончикипальцев быливодномнаправлении,ладонилибообевверх,либообевниз). Затемпоставьте ширмумеждудвумяруками,такчтобывывиделитолькофальшивуюруку. Покавы пристальноглядитенафальшивуюруку,работавашегонапарника– одновременно постукиватьпообеим рукамвсоответствующихточках.Например,вашнапарникмог быпостукиватьпообоиммизинцамотсуставак ногтюс однойи тойжескоростью, затемсделатьтрибыстрыхпостукиванияповторомусуставуобоихуказательных пальцевс одинаковымипромежутками,затемпостукиватьпоокружностипотыльной сторонекаждойрукии т.п. Черезнекотороевремяобластивашегомозга,гдесходятся визуальныеи соматосенсорныепаттерны– однаизтехассоциативныхобластей,о которыхя упоминалранеевэтойглаве- станутсбитыс толку.Выдействительно будетечувствоватьприкосновенияк фальшивойруке,какбудтоонавашасобственная. Другойзамечательныйпример«эквивалентностипаттернов»называетсясенсорной подстановкой.Этоможетсовершитьреволюциювжизнилюдей,потерявшихзрениев детстве,и можеткогданибудьстатьблагомдлялюдей ,родившихсяслепыми.Это такжеможетпородитьновуютехнологиючеловекомашинногоинтерфейсадля остальных. Понимая,чтодлямозгапаттерныэтовсе,ПолБах-и-Рита,профессорбиомедицинской инженерииизУниверситетаВисконсина,разработалметоддляотображения визуальныхпаттерновнаповерхностиязыка.Надеваяэтоотображающееустройство, слепыелюдиобучались«видеть»черезощущениянаповерхностисвоегоязыка. Воткакэтоработает.Человекнадеваетмаленькуюкамерунаголовуи чипнаязык. Визуальныекартинкитранслируютпиксельзапикселемвточечныенажимынаязыке. Визуальнаясцена,котораяможетбытьизображенакаксотнипикселейна телевизионномэкране,можетбытьпревращенавпаттернизсотенточечныхнажимов наповерхностьязыка.Мозгбыстрообучаетсяправильноинтерпретироватьэти паттерны. Однимизпервых,ктоиспробовалэтоустройство,являетсяЭрикВейхенмайератлет , мировогокласса,которыйослепввозрастетринадцатилет, и которыйчитаетлекциио том, чтослепыелюдинедолжнысдаваться.В 2002 годуВейхенмайервзобралсянагору Эверест,ставпервымслепымчеловеком,нетолькодостигнувшим,нои впервые предпринявшимтакуюцель. В 2003 годуВейхенмайериспробовалнаязычноеприспособлениеи увиделизображение впервыесосвоегодетства.Онсмогразглядетькатящийсяк немупополумяч, достать напитоксостолаи сыгратьвигру«Камень,Ножницы,Бумага».Позжеонпрогуливался покоридору,виделоткрывающиесядвери,изучилдверьи окно, и заметил,чтонаних естьзначки.Изображения,первоначальновоспринимаемыекакприкосновенияк языку, вскоресталивосприниматьсякакизображениявпространстве. Этипримерыещеразпоказывают,чтокортексчерезвычайногибкий,и что информация,поступающаявмозг,всеголишьпаттерны.Неважно,откудапришли
паттерны;покаоникоррелируютвовремениопределеннымобразом,мозгможет восприниматьихкакощущения. *** Всеэтонедолжнобытьнеожиданным,еслимыпримемточкузрения,чтовсе,о чем знаетмозг.Мозгэтомашинадляпаттернов.Янеговорю,чтонеправильновыражать функциимозгавтерминахслуха,зрения,нонаболеефундаментальномуровнесуть дела– паттерны.Неважно,насколькоразличнойкажетсяактивностьразныхобластей кортекса,в нихработаетодини тотжебазовыйкортикальныйалгоритм.Кортексуне важно,исходятлипаттерныотзрения,слухаилидругихчувств.Емуневажно, приходитинформацияотодногоорганачувствилиотчетырех.Такжеемубылобыне важно,еслибывывоспринималимирс помощьюсонара,радараилимагнитныхполей, илиеслибу васбылищупальцавместорук, илидажееслибвыжилив четырех измерениях,аневтрех. Этоозначает,чтовамненуженкакойлибоизвашихоргановчувствилиопределенная комбинациячувств,чтоббытьинтеллектуальным.У ХеленКеллернебылони зрения, ни слуха,хотяонаизучилаязыки сталаболееопытнымписателем,чембольшинство видящихи слышащихлюдей.Этобылоченьинтеллектуальныйчеловекбездвух основныхчувств,невероятнаягибкостьмозгапозволилаейвосприниматьи понимать миркаки людямс пятьюорганамичувств. Этотвидзамечательнойгибкостичеловеческогомозгадаетмненадеждучтомы , воссоздадимтехнологии,подсмотренныеу мозга.Когдая думаюо построении интеллектуальныхмашин,я удивляюсь,зачемихпривязыватьк обычныморганам чувств?Кактолькомысможемрасшифроватьнеокортикальныйалгоритми создать наукуо паттернах,мысможемприменитьегок любойсистеме,которуюмызахотим сделатьинтеллектуальной.И однимиззамечательныхсвойствсхемы,подсмотреннойв неокортексе,являетсято, чтонамненужнобудетспециальнохитропрограммировать ее.Также,какслуховойкортекссталвизуальнымкортексому «перекоммутированого хорька»,также,каквизуальныйкортекснаходитальтернативноеприменениеу слепых людей,точнотакжесистема,работающаянанеокортикальномалгоритме,будет интеллектуальнойнезависимооттого,какиетипыпаттерновмывыберемдлянее.Нам всеещенадобудетполоматьголовунаднастройкойразличныхпараметровсистемы,и намнеобходимобудетнатренироватьи обучитьее.Номиллиардынейронныхдеталей, дающихмозгувозможностьбытьсложным,создающиммысли,позаботятсясамио себе такимжеестественнымобразом,какэтопроисходиту нашихдетей. Вконечномсчете,идея,чтопаттерныэтофундаментальнаявалютаинтеллекта,ведетк одномуинтересномуфилософскомувопросу.Когдая сижувкомнатес моимидрузьями, откудая знаю,чтоонитамилидажечтоониреальны?Моймозгполучаетпаттерны, которыесогласуютсяс паттернами,которыея получилвпрошлом.Этипаттерны соответствуютлюдям,которыхя знаю,ихлицам,ихголосам,ихобычномуповедению, и всемвидамфактово них. Янаучилсяожидать,чтоэтипаттернывозникаютвместе определеннымобразом.Нокогдавыпереходитек ним, этовсеголишьмодель.Всенаши знанияо мире– этомодель,основаннаянапаттернах.Уверенылимы, чтомирреален? Веселои необычноразмышлятьобэтом. Некоторыефантастическиекнигии фильмы исследуютэтутему.Этонедлятого,чтобсказать,чтолюдиилиобъектынереальны. Ониреальны.Нонашауверенностьв существованиимирабазируетсянасоответствии паттернови том, какмыихинтерпретируем.Неттакойвещи,какнепосредственное восприятие.У наснетсенсоров«человека».Вспомните,мозгнаходитсявтемнойи
тихойкоробке,и незнаетни о чем, кромераспределенныхвовременипаттернов, поступающихповходнымволокнам.Вашевосприятиемирасозданоизэтихпаттернов, большеничего.Существованиеможетбытьобъективным,нопространственновременныепаттерны,текущиепосвязкамаксоноввнашихмозгах,этовсе,с чеммы должныработать. Этадискуссияосвещаетиногдаподнимаемыевопросыотношениймежду галлюцинациямии реальностью.Еслимыможемвосприниматьгаллюцинации прикосновений,исходящиеотрезиновойрукии мыможем«видеть»симуляцией прикосновенийк поверхностиязыка,«обманываемся»лимыточнотакже,когда ощущаемприкосновенияк собственнойрукеиливидимсвоимисобственнымиглазами? Можемлимыверить,чтомиртаков,каккажется?Да.Мирдействительносуществуетв абсолютнойформе,близкойк той, вкокоймыеговоспринимаем.Однако,нашмозгне можетзнатьнапрямуюобабсолютноммире. Мозгзнаето миречерезмножествочувств,которыедетектируюттолькочасть абсолютногомира.Чувствасоздаютпаттерны,которыепосылаютсявкортекси обрабатываютсяоднимии темижекортикальнымиалгоритмамидлясозданиямодели мира.Такимспособомустнаяи письменнаяречьвоспринимаются удивительнопохоже, несмотрянато, чтоонисовершенноразличнынасенсорномуровне.Также,модель мираХеленКеллерблизкак вашейи моей,несмотрянато, чтоу неесильно сокращенныйнаборчувств.Черезэтипаттернымозгсоздаетмодельмира,которая близкак реальнымвещам,и затем,удивительно,держитеевпамяти.Память– вотчто происходитс паттернамипослетого,каконипопадаютвкортекс– чтомыи обсудимв следующейглаве.
4. Память Когда вычитаете этукнигуидете , попереполненной улицеслушаете , симфонию , успокаиваетеплачущегоребенка,вашмозгнабитпространственнымии временными паттернамиотвсехвашихоргановчувств.Мирэтоокеанпостоянноменяющихся паттернов,которыеприходят,захватываяи врезаясь ввашмозг.Почемувыощущаете этотнатиск?Паттерныприходят,проходятчерезразличныеструктурыстарогомозга, и, вконечномсчете,попадаютв неокортекс.Ночтопроисходитс ними, когдаони попадаютвкортекс? Свременначалаиндустриальнойреволюциилюдирассматривалимозгкакнекоторый типмашины.Онизнали,чтовголовенетшестернейи зубьев,ноэтобылолучшей метафорой,котораяу нихбыла.Каким-тообразоминформацияприходитвмозги мозгмашинаопределяет,какдолжнореагироватьтело.Вкомпьютернуюэрумозгстал рассматриватьсякакособыйтипмашины,программируемыйкомпьютер.И какмы увиделивглаве1, исследователиИИуткнулисьв этуточкузрения,аргументируя отсутствиепрогрессатем, чтокомпьютерыслишкомслабыи медленныпосравнению с человеческиммозгом.Ониговорят,чтосовременныйкомпьютерможетбыть эквивалентентолькомозгутаракана,нокогдамысделаемкомпьютерымощнееи быстрее,онистануттакимижеинтеллектуальными,каклюди. Сэтойаналогиеймозг- компьютерсуществуетповсеместноигнорируемаяпроблема. Нейроныгораздомедленнеетранзисторовв компьютере.Нейронсобираетинформацию сосвоихсинапсови комбинируетэтуинформацию,чтобрешить,когдасгенерировать спайкдлядругихнейронов.Обычныйнейронможетсделатьэтои сброситьсебя миллисекунднапять,тоестьпримерно200 раз в секунду.Этоможетпоказаться быстрым,носовременныекремниевыекомпьютерымогутвыполнятьмиллиард операцийвсекунду.Этоозначает,чтобазоваякомпьютернаяоперациявпять миллионовразбыстреебазовойоперациивашегомозга.Этоочень,оченьбольшая разница.Таккакжеможетбыть,чтомозгбыстрееи мощнее,чемсамые быстродействующиесовременныекомпьютеры?«Безпроблем»,говорятлюди, поддерживающиеаналогию«мозгэтокомпьютер».«Мозгэтопараллельный компьютер.Внеммиллиардыклеток,работающиходновременно.Этотпараллелизм значительноувеличиваетвычислительнуюмощьбиологическогомозга». Явсегдачувствовал,чтотакойаргументбылхитростью,и простоймысленный экспериментпоказываетпочему.Этоназывается«правиловстошагов».Человекможет выполнятьзначительныезадачименьшечемзасекунду.Например,я могбыпоказать вамфотографиюи попроситьопределить,изображеналинанейкошка.Вашейзадачей былобынажатьнакнопку,еслитамкошка,нонемедведьилибородавочникилирепа. Этазадачадлякомпьютерасложнаяилиневозможнаянасегодняшнийдень,тогдакак человекможетрешитьеедостовернозаполсекундыилименьше.Нонейроны медленны,такчтозаполсекундыинформация,поступающаявмозг,можетпройтись толькопоцепочкедлинойв стонейронов.Тоесть,«компьютерное»решениеподобной проблемымозгомможетбытьвстошаговилименьше,несмотрянато, скольковсего нейроновзадействовано.Смомента,когдасветпопалввашглаз,домоментанажатия кнопкиможетбытьзадействованацепочканедлиннеестанейронов.Цифровой компьютер,пытающийсярешитьтужесамуюзадачу,сделалбымиллиардыопераций илишагов.Однойсотникомпьютерныхкомандхватиттольконато, чтобпереместить единичныйсимволнадисплей,неговоряо том, чтобсделатьчто-тоинтересное.
Ноеслиу меняестьмиллионынейронов,работающихсовместно,непохожелиэтона параллельныйкомпьютер?Конечнонет. И мозги параллельныйкомпьютероперируют параллельно,ноэтовсе,чтомеждунимиобщего.Параллельныекомпьютеры комбинируютмножествоскоростныхкомпьютеровдляработынадбольшойзадачей, типапрогнозапогодыназавтра.Чтобпредсказатьпогоду,выдолжнывычислить физическиеусловиявомножестветочекпланеты.Каждыйкомпьютерможетработать надотдельнымместомводнои тожевремя.Нодажееслисотниилитысячи компьютеровбудутработатьпараллельно,единичныйкомпьютервсеравновыполнит миллиардыилитриллионыопераций,преждечемзавершит задачу.Самыйбольшой мыслимыйпараллельныйкомпьютернеможетсделатьничегополезногозастошагов, неважно,насколькоонбольшойилибыстрый. Вотаналогия.Предположим,я попрошувасперенестиоднусотнюблоковчерез пустыню.Выможетепереноситьтолькоодинкаменьодновременно,и пересечение пустынипотребуетмиллионшагов.Выпонимаете,чтоэтозаймету васмноговремени, еслидействоватьводиночку,поэтомувынанимаетесотнюработников,которыебудут работатьпараллельно.Теперьзадачарешаетсяв сторазбыстрее,ноонавсетакже требуеткакминимуммиллионшаговнапересечениепустыни.Наемещебольшего количестварабочих– дажетысячи– недастникакоговыигрыша.Неважно,сколько рабочихвынаняли,задачанеможетбытьрешеназаменьшеевремя,чемпотребуетсяна миллионшагов.Тожесамоевернои дляпараллельныхкомпьютеров.Снекоторого момента,добавлениеновыхкомпьютеровничегонеизменит.Компьютер,неважно, скольков немпроцессорови какбыстроониработают,неможет«вычислить»ответна сложнуюзадачузасотнюопераций. Таккакжемозгрешаетсложнуюзадачузастошагов,которуюпараллельный компьютердажетеоретическинеможетрешитьзамиллионилимиллиардопераций? Ответвтом, чтомозгне «вычисляет»ответназадачу;ондостаетответизпамяти.По существуответбылсохраненвпамятизаранее.Всегонесколькошаговтребуется,чтоб достатьчто-тоизпамяти.Медленныенейронынетолькодостаточнобыстры,чтоб сделатьэто, ноонисамисоставляютэтупамять.Веськортекс– этосистемапамяти.Это совсемнекомпьютер. *** П озвольтепоказатьнапримереразличиемеждувычислением ответа назадачуи использование памяти длярешения тойжесамойзадачи .Рассмотрим задачуловли мяча.Кто-тобросаетмячвам,вывидите,какондвижетсяк вам,и менеечемзасекунду выхватаетеего.Этокажетсянесложным– дотехпор, покавынепопытаетесь запрограммироватьманипуляторробота,чтобсделатьтожесамое.Какубедилисьна своемопытемножествоаспирантов,этокажетсяпрактическиневозможным.Когда инженериликомпьютерщикэнергичноберетсязаэтузадачу,онвпервуюочередь пытаетсявычислитьполетмяча,чтобопределить,гдеонбудет,когдадостигнет манипулятора.Этовычислениетребуетрешениянаборауравненийтоготипа,что изучалисьваминафизикев институте.Затем,всешарнирыманипуляторадолжны дружнопередвинутьманипуляторв необходимоеположение.Этотребуетрешение другогонабораматематическихуравнений,болеесложного,чемпервые.Наконец,эта операциявцеломдолжнабытьповторенамножествораз,чтобыпомереприближения мячароботполучилнаилучшуюинформациюо положениии траекториимяча.Если роботбудетждатьвычисленияточногоположенияприбытиямяча,преждечемначнет движение,оннеуспеетпойматьего.Ондолженначатьдвижение,кактолькополучит малейшуюинформациюо положениимяча,и постояннокорректироватьсвое
положениепомереприближениямяча.Компьютерутребуютсямиллионыопераций, чтобрешитьмножествоматематическихуравненийдляпоимкимяча.И хотя компьютермогбыбытьзапрограммировандлярешенияэтойзадачи,«правилоста шагов»говоритнам,чтомозгрешаетеедругимспособом.Ониспользуетпамять. Какимобразомвыловитемяч, используяпамять?Вашмозгхранитинформациюо мышечныхкомандах,необходимыхдляпоимкимяча(вместес другимизаученными движениями).Когдамячброшен,происходяттривеши.Во-первых,соответствующие воспоминанияавтоматическивызываютсяобразоммяча.Во-вторых,фактически вспоминаетсявременнаяпоследовательностьмышечныхкоманд.И в-третьих, полученнаяинформациякорректируетсяпомерееевспоминаниядлятого,чтоб приспособитьк определенномумоменту,такомукакфактическаятраекториямячаи положениевашеготела.Памятьо том, какпойматьмяч, незапрограммированаввашем мозгу;оназапоминаетсязагодыпостояннойпрактики,и сохраняетсябезвычисленийв вашихнейронах. Вымоглибыподумать,«подождите,каждаяпопыткапойматьмячслегкаотличается. Вытолькочтосказали,чтокаждоевоспоминаниепостояннокорректируется,чтоб приспособитьк различнымвариацияммячавкаждомконкретномброске…Развеэтоне требуетрешениятехжесамыхуравнений,которыхмыпопыталисьизбежать?».Так можетпоказаться,ноприродарешилазадачувариациидругим,оченьпростымпутем. Какмыувидимпозжевэтойглаве,кортекссоздаетто, чтоназываетсяинвариантный образ, который автоматически оперирует с вариациями вмиреВкачестве . полезной аналогииможновообразить,чтопроисходит,когдавысадитесьнаводянуюкровать: подушкии другиелюдинакровативнезапносмещаютсявновоеположение.Кроватьне рассчитывает,каквысокодолженбытьподняткаждыйобъект;физическиесвойства водыи пластиковойоболочкиматрацаавтоматическизаботятсяо корректировке.Как мыувидимвследующейглаве,архитектурашестислойногокортекса,мягкоговоря, делаетнечтоподобноес информацией,проходящейчерезнего. *** Т акимобразом,неокортекснепохожнакомпьютер,параллельныйиликакойлибо другой.Вместовычисленияответовназадачидляихрешенияи формирования поведениянеокортексиспользуетсохраненнуюинформацию.У компьютеровтакже естьпамятьввидежесткогодискаиличиповпамяти;однакоу неокортикальной памятиестьчетыреатрибута,фундаментальноотличающиесяоткомпьютерной памяти: • Неокортекс хранит последовательности паттернов. • Неокортекс вспоминает паттерны автоассоциативно. • Неокортекс хранит паттерны в инвариантной форме. • Неокортекс хранит паттерны иерархически. Мыобсудимпервыетриразличиявэтойглаве.Явведуконцепциюиерархии неокортексав главе3. Вглаве6 я опишуеезначимостьи каконаработает.
Когдав следующийразвыбудетерассказыватьисторию,остановитесьи подумайте, почемуводинмоментвременивыможетерассказыватьтолькоободномаспекте истории.Вынеможетерассказатьодновременновсе,чтопроисходило,неважно,как быстровыговоритеилия слушаю.Вамнеобходимозакончитьоднучастьистории преждечемвысможетеприступитьк , следующейЭтонетолькопотомучто . разговорныйязыкпоследовательный;и письменный,и устный,и визуальныйрассказ историипроисходятпоследовательнымобразом.Всеэтопотому,чторассказхранитсяв вашейголовевпоследовательнойформеи можетбытьвспомнентольков тойжесамой последовательности.Вынеможетевспомнитьвсюисториюодновременно.Фактически вбольшинствеслучаевневозможнодуматьо какойлибосложнойвещинекако последовательностисобытийилимыслей. Выможетеотметитьтакже,чторассказываяисториюнекоторыелюденемогутсразу жедойтидосути. Кажется,чтоонираспространяютсяо совершеннонесвязанных деталях.ЭтоможетраздражатьВыможетекрикнуть . «Ближек делу!». Ноони описываютисториютак,какбудтоонапроисходилас ними, вовремени,и немогут рассказатьеепо-другому. Другойпример:я хотелбы, чтобвыпредставилисвойдомпрямосейчас.Закройтеглаза и представьтеего.Ввашемвоображениипройдитек входнойдвери.Вспомните,какона выглядит.Откройтевходнуюдверь.Зайдитевнутрь.Теперьпосмотритеналево.Чтовы видите?Посмотритенаправо.Чтотам?Пройдитевванную.Чтосправа?Чтослева?Чтов верхнемправомящике?Какиевещи у васв душе?Вызнаетевсеэтивещиплюстысячи другихи можетевспомнитьихдостаточнодетально.Этивоспоминанияхранятсяв вашемкортексе.Вымоглибысказать,чтовсеэтивещичастьвоспоминанияо вашем доме.Новынесможетедуматьо нихо всеходновременно.Очевидно,чтоэтосвязанные воспоминания,нонетспособавспомнитьвсеэтидеталиодновременно.У вас исчерпываюшиевоспоминанияо вашемдоме;ночтобвспомнитьих, выдолжныпройти черезпоследовательностьсегментов,в основномтемжесамымпутем,какимони известнывамизличногоопыта. Всевоспоминанияпохожинаэто. Выдолжныпройтичерезвременную последовательностьтак, каквысделалибывдействительности.Одинпаттерн(подходк двери)затрагиваетдругойпаттерн(прохождениечерездверь),онзатрагивает следующий(спуститьсявхоллилиподнятьсяпоступенькам),и такдалее.Каждый– это последовательность,которуювыпроходилираньше.Конечно,сознательнымусилиемя могуизменитьпорядоктого,какя описываюваммойдом. Ямогуперепрыгнутьот цокольногоковторомуэтажу,еслизахочусфокусироватьсянавещах непоследовательно.Однакоже,кактолькоя начнуописыватькакуюнибудьвыбранную комнатуиливещь,я сновавернуськ последовательности.Действительно произвольногомышлениянесуществует.Воспоминанияпочтивсегдаследуютпутем ассоциаций. Вызнаетеалфавит.ПопробуйтепроизнестиегозадомнапередВынесможете . ,потому чтовыобычнонеслышалиеговобратнойпоследовательности.Есливыхотитеузнать, чточувствуютдети,изучающиеалфавит,попробуйтепроизнестиеговобратной последовательности.Этотожесамое,счемсталкиваютсяони. Этодействительно трудно.Вашезнаниеалфавита– этопоследовательностьпаттернов.Ононеможетбыть запомненоиливспомненонепосредственноиливпроизвольномпорядке.Тожесамоес дняминедели,месяцамигода,вашимтелефоннымномероми бесчисленным множествомдругихвещей.
Вашазнаниепесни– великолепныйпримервременнойпоследовательностивпамяти. Вспомнитекакуюнибудьмелодию .Ялюблюприводитьпримерс «Somewhere over the Rainbow», ноподойдет любаямелодия .Вынесможете представить сразувсюпесню целиком,тольковпоследовательности.Выможетеначатьс началаили, возможно,с припева,нозатемвыбудетевоспроизводитьнотазанотой.Вынесможетевспомнить песнюзадомнапередточнотакже , ,каки вспомнитьвсюмгновенно.Сначалавы услышалипеснютак,каконазвучитвовремени,и выможетееевспомнитьтолько точнотакже,какеезаучили. Этоприменимотакжеи к сенсорнойпамятинизкогоуровня.Вспомнимваши тактильныеощущениятекстуры.Вашкортексхранитпамятьо том, начтопохоже ощущение,когдавыдержитепригоршнюгравия,проводитепальцамипобархату, нажимаетенаклавишифортепиано.Этапамятьточнотакжеоснованана последовательностях,какалфавитилипесни;толькопоследовательностиболее короткие,охватывающиевсеголишьдолисекунд,аненесколькосекундилиминут. Еслия зароювашурукув ведрегравия,покавыспите,когдавыпроснетесь,выне поймете,с чемсоприкасаетсявашарука,поканепошевелитепальцами.Вашапамять тактильнойтекстурыгравияосновананапоследовательностяхпаттерновощущения нейронамивашейкожидавленияи вибрации.Этипоследовательностиотличаютсяот тех,которыевыполучилибы, еслибвашарукабылапогруженав пескеилив пенопластовыешарикииливсухиелистья.Когдавысгибаетевашуруку, царапаньеи перекатываниекамешковдолжносоздаватьсигнальныепоследовательностипаттернов гравияи вызыватьсоответствующиевоспоминанияввашемсоматосенсорномкортексе. Когдавывследующийразбудетевыходитьиздуша,уделитевниманиетому, каквы вытираетесьполотенцем.Яобнаружил,чтокаждыйразвытираюсьпрактическиводной и тойжепоследовательностирастираний,похлопыванийи положенийтела.Спомощью забавныхэкспериментовя обнаружил,чтомояженатакжеследуетнеизменным паттернам,когдавыходитиздуша.Возможно,с вамипроисходиттожесамое.Есливы следуетепоследовательности,попробуйтеизменитьее.Выможетезаставитьсебя сделатьэто, новамнеобходимооставатьсясосредоточенным.Есливыотвлечетесь,вы сновавернетеськ заученнымпаттернам. Всяпамятьхранитсявсинаптическихсоединенияхмеждунейронами.Фактическимы хранимвкортексеоченьбольшоеколичествовещей,ното, чтов одинмоментвремени мыможемвспомнитьтолькокрошечнуюдолюэтихсохраненныхвоспоминаний, вызванотем, чтотолькоограниченноеколичествосинапсови нейроновв вашейголове играютактивнуюрольввспоминаниив одинмоментвремени.Когдавыначинаете вспоминать,чтоестьу васдома,одномножествонейроновстановитсяактивным,что ведетзатемк активизациидругогомножестванейронов,и т. д. У неокортексавзрослого человеканевероятнобольшаяемкостьпамяти.Нонесмотрянато, чтомыпомнимтак многовещей,мыможемвспомнитьводинмоментвременитольконебольшуючасть,и можемсделатьэтотольковпоследовательностиассоциаций. Вотинтересноеупражнение.Попробуйтевспомнитьдеталивашегопрошлого,гдевы жили,какиеместапосещали,людей,которыхвызнали.Яобнаружил,чтоя всегдамогу вспомнитьо вещах,о которыхнедумалв течениемножествалет. Естьтысячидеталей воспоминаний,сохраненныхвсинапсахвашегомозга,которыередкоиспользуются.В любоймоментвременимывспоминаемтолькокрошечнуюдолютого,чтомызнаем. Большаячастьинформацииожидаетсоответствующихстимулов,чтоббыть востребованной.
Компьютернаяпамятьнехранитпоследовательностипаттернов.Этоможетбыть сделанос помощьюразличныхпрограммныхсредств,нокомпьютернаяпамятьне делаетэтогоавтоматически.Вотличиеотэтого,кортексавтоматическихранит последовательности.Этоявляетсянеотъемлемымаспектомсистемынеокортикальной памяти. *** Т еперьдавайтерассмотримвтороеключевоесвойствонашейпамяти,ее автоассоциативнуюприроду.Какмыувиделивглаве2, этоттерминпростообозначает, чтопаттерныассоциируютсяс самимисобой.Автоассоциативныесистемыпамяти– это то, чтоможетвспомнитьпаттернполностью,когдазаданытолькочастичныеили искаженныеданные.Этоработаети дляпространственныхи длявременныхпаттернов. Есливывидите,чтоиз-зазанавесаторчатботинкивашегоребенка,выавтоматически воображаетеегоцеликом.Вывосполняетепространственныйпаттернпоегочастичной версии.Иливообразите,чтовывидитечеловека,ждущегоавтобус,номожете наблюдатьтолькоегочасть,потомучтоончастичнозагороженкустом.Вашмозгне сбиваетсяс толку.Вашиглазавидяттолькочастьтела,новашмозгдополняет оставшеесясоздаваявосприятиечеловекацеликомнастолькоявно , , чтовыможетене заметить,чтовыэтотолькоподразумеваете. Вытакжевосполняетеи временныепаттерны.Есливывспоминаетенебольшуюдеталь того,чтопроизошлооченьдавно,полнаяпоследовательностьсобытийможет заполнитьвашразум.ИзвестнаясерияновеллМарселяПруста,Remembrance of Things Past, начинаетсяс воспоминанияо том, какпахнетпеченье– и отталкиваясьотэтого,он выдаетбольшетысячистраниц.Приобщениимычастонеслышимнекоторыхслов, еслимынаходимсявшумномпомещении.Никахпроблем.Нашмозгзаменяет пропущенноетем, чтооножидаетуслышать.Точноустановлено,чтомыдействительно слышимневсесловаизтех, которыевоспринимаем.Некоторыелюдивслухзавершают предложениядругих,номысленнокаждыйизнасделаетэтопостоянно.И нетолько конецпредложения,нои серединуи даженачало.Вбольшинствеслучаевмыне осознаем,чтопостояннозавершаемпаттерны,ноэтоповсеместноеи фундаментальное свойствотого,какпамятьхранитсявкортексе.Влюбоймоментчастьможет активизироватьцелое.Вэтомсутьавтоассоциативнойпамяти. Вашнеокортексэтосложнаябиологическаяавтоассоциативнаяпамять.Влюбоймомент прогулкикаждыйфункциональныйрегионпосуществунеустанноожидает,что поступятзнакомыепаттерныилифрагментыпаттернов.Выможетесильнозадуматься о чем-либо,нокактолькопоявитсявашаподруга,вашимыслипереключатсянанее.Это переключениенеявляетсячем-то, чтовывыбираетесознательно.Появлениевашей подругивсеголишьзаставляетвашмозгначатьвспоминатьпаттерны, ассоциирующиесяс ней. Этонеизбежно.Послетого,какваспрервут,вычасто спрашиваете,«Очемя толькочтодумал?».Общениес друзьямизаужиномследует путямиассоциаций.Разговорможетначатьсяс едыпередвами,носалатвызовет ассоциированноевоспоминаниео салатенавашейсвадьбечтоприведетк , воспоминаниюо ещечьейнибудьсвадьбечтоприведетк , воспоминаниюо том, гдеони провелимедовыймесяц,к политическимпроблемамвпрошломи т.д. Мыслии воспоминанияассоциативносвязаны,произвольномыслиникогданевозникают. Информация,поступающаявмозг,автоассоциативносвязанасамас собой,заполняя настоящееи автоассоциативносвязываяс тем, чтодолжнопоследовать.Мы называем этицепочкивоспоминаниймыслями , и хотяихпутьнепредопределен ,мынеможем полностьюихконтролировать.
*** С ейчасмыможемрассмотретьтретьеважноесвойствонеокортикальнойпамяти:как онаформируетто, чтомыназываеминвариантнымпредставлением.Вэтойглавея пояснюосновныеидеиинвариантногопредставления,авглаве6 – деталитого,как кортекссоздаетего. Компьютернаяпамятьразработанадлятого,чтобхранитьинформациювточнотаком жевиде,каконапредставляется.Есливыкопируетепрограммус компактдискана жесткийдиск,каждыйбайткопируетсясостопроцентнойточностью.Единичная ошибкаилиотличиемеждудвумякопиямиможетвызватьсбойпрограммы.Память неокортексаотличаетсяотэтого.Нашмозгнепомнитвточности,чтоонвидит, слышитиличувствует.Мынепомнимилиневспоминаемвещисоточно– непотому чтокортекси егонейронынебрежныеилиподверженыошибкам,апотомучтомозг помнитважныевзаимосвязимиранезависимоотдеталей.Давайтерассмотрим несколькопримеров,иллюстрирующихэто. Какмывиделив главе2, простаямодельавтоассоциативнойпамятисуществует десятилетия,и, каксказановыше,мозгвспоминаетавтоассоциативно.Номежду автоассоциативнойпамятью,построеннойисследователяминейронныхсетей,и памятьюкортексаестьбольшаяразница.Искусственнаяавтоассоциативнаяпамятьне используетинвариантноепредставлениеи, следовательно,онаошибочнав некоторых базовыхпринципах.Вообразите,чтоу меняестьизображениелица,сформированное большимнаборомчерныхи белыхточек.Этакартинка– паттерн,и еслиу меняесть искусственнаяавтоассоциативнаяпамять,я могухранитьмножествокартинокв этой памяти.Нашаискусственнаяавтоассоциативнаяпамятьнадежнавтом, чтоеслия дам половинулица,илидажепаруглаз,онараспознаетэтучастьи корректнозаполнит оставшуюсячасть.Этотэкспериментвточностибылпроделаннесколькораз.Ноеслия сдвинукаждуюточкунапятьпикселейвлево,памятьсовершеннонесможетраспознать лицо.Дляискусственнойавтоассоциативнойпамятиэтосовершенноновыйпаттерн, потомучтониодинизпикселейсохраненногопаттернаи новогопаттернане выровнены.Выи я, конечноже,безтрудавидимсдвинутыйпаттернкактожесамое лицо.Возможно,мыдаженезаметимизменений.Искусственнаяавтоассоциативная памятьнеможетраспознатьпаттерны,еслионисдвинуты,повернуты, масштабированыилитрансформированыоднимизтысячдругихспособов,тогдакак нашмозглегкосправляетсяс этимивариациями.Чтопозволяетнамвосприниматьчтотокактожесамоеилинеизменное,тогдакакпоступающиепаттерны,представляющие его,новыеилиизмененные?Давайтерассмотримдругойпример. Возможно,сейчасвыдержитеврукахкнигу.Когдавыдвигаетекнигу,илименяете освещение,илипо-другомуусаживаетесьнастуле,илификсируетеглазанадругой частистраницы,паттерныосвещенности,попадающиенавашусетчатку,полностью меняются.Визуальнаяинформацияизменяетсяотмоментак моментуи никогдане повторяется.Фактически,вымоглибыдержатьэтукнигусотнилети ни разупаттерны навашейсетчатке,и, следовательно,попадающиеввашмозг,неповторилисьбы. Ноу васни насекундуневозникалобысомнений,чтокнига,которуювыдержите, действительнотасамаякнига.Внутреннийпаттернвашегомозга,представляющий «этукнигу»,неменяется ,хотястимулы,информирующие васнаходятся впостоянном изменении.Поэтомумыбудемиспользоватьтермининвариантноепредставление, ссылаясьнавнутреннеепредставлениевмозгу.
Другойпример,вспомнителицоподруги.Выузнаетееекаждыйраз,когдавидите.Это происходитавтоматическименеечемзасекунду.Неимеетзначения,чтоонавдвух шагахотвас,трехилинадругойсторонекомнаты.Когдаонаблизко,изображениеее лицазанимаетвсювашусетчатку.Когдаонадалеко,ееизображениезанимает маленькуючастьвашейсетчатки.Онаможетбытьлицомк вам,немногобокомили в профиль.Онаможетулыбаться,прищуриватьсяилизевать.Выможетевидетьеев яркомсвете,в тениилиподспецифическимосвещениемдискотеки.Еелицоможет появлятьсяв бесчисленныхпозицияхи вариациях.Вкаждомслучаепаттернысвета, попадающиенасетчатку,уникальны,новкаждомслучаевыточнознаете,чтосмотрите именнонанее. Давайтеприоткроемзавесуи взглянемнато, чтопроисходитв вашеммозгувовремя выполненияэтогоизумительноготрюка.Изэкспериментовнамизвестно,чтоеслимы будемотслеживатьактивностьнейроноввизуальнойобластикортекса,называемойV1, паттерныактивностибудутотличатьсяприкаждомразличномвзгляденалицо. Каждыйраз,когдалицодвигаетсяиливашиглазафиксируютсявновойточке, паттерныактивностивV1 изменяются ,практически подобно изменению паттернов на сетчатке.Однако,еслимыбудемотслеживатьактивностьклетоквобласти, ответственнойзараспознаваниелиц – функциональнойобластинанесколькоуровней вышепокортикальнойиерархии,чемV1 – мыобнаружим стабильность .Тоесть, некотороемножествоклетоквобласти,ответственнойзараспознаваниелиц, остается активным,покалицовашейподругинаходитсявполевашегозрения(илидажеесли воображаетсявмысленномполезрения), несмотрянаегоразмер,положение, ориентацию,масштаби выражениелица.Этастабильностьвозбуждениянейронов– инвариантноепредставление. Интроспективноэтазадачакажетсянастолькопростой,чтоедвалистоитназыватьее проблемой.Онаработаетавтоматически,какдыхание.Онакажетсятривиальной, потомучтомынеосознаем,какэтопроисходит. И внекоторомсмысле,она тривиальна,потомучтонашмозгможетрешитьееоченьбыстро(вспомнитеправило сташагов).Однако,проблемапониманиятого,каккортексформируетинвариантное представление,остаетсяоднойизвеличайшихтайннауки.Насколькосложнаэта проблема,спроситевы?Настолько,чтоникто,дажеиспользуясамыймощный компьютервмире,неспособенрешитьее.И этонеотнеотнедостаткаколичества попыток. Размышленияподаннойпроблемеимеютдревниекорни. ОнидоходятдоПлатона,23 столетияназад.Платонудивлялся,какимобразомлюдиспособнымыслитьи узнаватьо мире.Онобратилвнимание,чтореальныевоплощениявещейи идеивсегда несовершенны,и всегдаразличны.Например,у васестьпонятиесовершенной окружности,хотявыникогданевиделитакуювдействительности.Всенарисованные окружностинесовершенны.Дажееслионанарисованас помощьюциркуля,окружность представляетсятемнойлинией,тогдакак линиянастоящейокружностинеимеет толщины.Какжевытогдавообщесмогливоспринятьпонятиеидеальнойокружности? Иливозьмемболеежитейскийслучай,подумаемо понятии«собака».Любаяизсобак, какихвывидели,отличаетсяотдругих,и каждыйразвывидитеименноконкретную собаку.Всесобакиразличныи выникогдабынесмоглиувидетьконкретнуюсобаку одними темжеобразом.Новесьвашопытотносительнособаксходитсяк ментальному понятию«собака»,котороенеизменно.Платонбылсбитстолку.Каквозможнотакое, чтомызапоминаеми применяемпонятияв этоммиребесконечноразнообразныхформ и постоянноменяющихсяощущений?
РешениемПлатонабылаегоизвестнаяТеорияФорм.Онпришелк выводу,чтонаш высшийразумдолженбытьсвязанс некоторымтрансцендентныммиром сверхреальности,гдев безвременномсовершенствесуществуютпостоянные, неизменныеидеи(Формыс заглавнойФ). Нашидушиприходятизэтогомистического меставмоментрождения,заключилон, гдеониузнаюто Формахвихпервоначальном виде.Послерожденияу нассохраняютсяскрытыезнанияо них. Обучениеи понимание происходитпотомучтоформыреальногомиранапоминаютнамо Формах,которым онисоответствуют.Выможетеузнатьпроокружностии собак,потомучтоони соответственновызываютвоспоминанияОкружностии Собаки. Всеэтодостаточнодалекоотсовременныхвзглядов.Ноесливыуберетевысокопарную метафизику,выувидите,чтоонвдействительностиговорилобинвариантности.Его системаобъяснениябыладалекаотцели,ноегоинтуиция,чтоэтоодинизважнейших вопросово природечеловека,которымимыможемзадаться,попалавяблочко. *** Ч тобу васнесложилосьвпечатление,чтоинвариантностьотноситсятолькок зрению, давайтевзглянемнанекоторыепримерыс другимичувствами.Рассмотримтактильные ощущения.Когдавытянетеськ бардачкув машине,чтобнайтисолнечныеочки, ваши пальцыдолжнытолькослегказадетьих, чтобвыихнашли.Неважно,какаячастьвашей рукисоприкоснется;этоможетбытьбольшойпалец,любаячастьлюбогопальцаили ладонь.Соприкоснутьсяможнос любойчастьюочков,с линзой,дужкой,петлейили частьюоправы.Всеголишьдвижениялюбойчастивашейрукинадлюбойчастьюочков достаточно,чтобвашмозгидентифицировалих. Вкаждомслучаепоток пространственныхи временныхпаттернов,поступающих с вашихтактильных рецепторов,совершенноразличный– различныеучасткикожи,различныечасти объекта– новыхватаетевашиочкибезраздумий. Илирассмотримсенсомоторнуюзадачу– вставитьключвзамокзажигания.Положение, вкоторомвысидите,положениетела,рук, каждыйразслегкаотличаются.Длявасэто выглядиткакповторяющеесяизодня вденьдействие,ноэтопотомучтоу вас инвариантноепредставлениевмозгу.Есливыпопытаетесьсделатьробота,который смогбыпопастьвмашинуи вставитьключ, выбыстробыувидели,чтоэтопрактически невозможно,покавынебудетеуверены,чтороботнаходитсяводноми томже положениии держитключодинаковокаждыйраз.И дажеесливысмоглибыуправлять им, чтобсделатьэто, роботапришлосьбыперепрограммироватьподразличные машины.Роботыи компьютерныепрограммы,подобноискусственной автоассоциативнойпамяти,ужасныприобращениис вариациями. Другойинтересныйпример– этовашаподпись.Гдетоввашеммоторномкортексе ,в переднихдолях,у васестьинвариантноепредставлениевашегоавтографаКаждыйраз . , когдавыподписываетесьвыиспользуетеоднуи , тужепоследовательностьударов, изгибови ритмов.Этовернои когдавыподписываетесьежеминутнохорошейручкойна весу,и когданеловкоподписываетеськарандашом,зажатыммеждукончикамипальцев. Каждыйразполучаетсячто-торазное,конечно,особенновнеудобныхусловиях, которыея толькочтоуказал.Темнеменее,несмотрянамасштаб,пишущую принадлежностьиликомбинациючастейтела,вывсегдазапускаетеоднуи туже абстрактную«моторную»программу. Изпримерас подписьювидно,чтоинвариантноепредставлениев моторномкортексев некоторомсмыслеэтозеркальноеотражениеинвариантногопредставленияв
сенсорномкортексе.Ссенсорнойстороны,большоемножествовходныхпаттернов можетактивироватьодини тотжеансамбль,которыйпредставляетодини тотже абстрактныйпаттерн(лицовашейподруги,вашиочки). Смоторнойстороны,одини тот жеансамбль,представляющийнекоторуюабстрактнуюмоторнуюкоманду(ловлямяча, подпись)способенпроявитсебявширокоммножествемышечныхкоманди удовлетворитьширокомумножествудругихограничений.Этасимметриямежду восприятиеми действиеми естьто, чтомыдолжныожидать,если,какпредположил Монткастл,вовсехобластяхкортексаработаетединыйбазовыйалгоритм. Вкачествепоследнегопримерадавайтевернемсяк сенсорномукортексуи снова взглянемнамузыку(мненравитсяиспользоватьмузыкальнуюпамятьв качестве примера,потомучтолегкоувидетьвсепроблемы,которыедолженрешитьнеокортекс). Инвариантноепредставлениемузыкииллюстрируетсявашейспособностью распознаватьмелодиювлюбойтональности.Тональность,вкоторойсыгранамелодия, ссылаетсянамузыкальнуюшкалу,накоторойпостроенамелодия.Однаи таже мелодия,сыграннаявразличныхтональностях,построенаизразличныхнот. Выбрав тональностьдляисполнения,вызадаетевсеоставшиесянотывмелодии.Мелодия можетбытьвоспроизведенавразличныхтональностях.Этозначит,чтокаждое исполнение«однойи тойже»мелодиивновойтональности– фактическиполностью отличающаясяпоследовательностьнот! Каждоеисполнениестимулируетразличные участкивашейулитки,вызываясовершенноразличныепространственновременные паттерны,поступающиевслуховойкортекс…и темнеменеевывоспринимаетеоднуи тужемелодиювкаждомслучае.Еслиу васнетабсолютногослуха,вынесможетедаже различить,чтооднаи тажесыгранавдругойтональности,еслитольконебудете сравнивать. Представьтепесню«Somewhere over the Rainbow». Возможновывпервыеуслышалиеев исполненииДжудиГарлендвфильме«ВолшебникстраныОз»,ноеслиу васнет абсолютногослуха,товозможновынесможетедажевспомнитьтональность,вкоторой онаееисполняла(Ляминор). Еслия сядузафортепианои начнуигратьпеснювтакой тональности,вкоторойвыееникогданеслышали– скажем,вРеминоре– онабудет звучатькакточнотажесамаяпесня.Вынезаметите,чтовсенотыотличаютсяотнотв тойверсии,с которойвызнакомы.Этоозначает,чтовашамузыкальнаяпамятьдолжна бытьвформе,игнорирующейвысотуноты. Памятьдолжнахранитьсущественные отношениямеждунотами,нонесаминоты. Вданномслучаесущественными отношениямиявляютсяотносительнаявысотаноты, или «интервал».«Somewhere over the Rainbow» начинается соктавывверхзатем , полутонвниззатем , большая терция внизи т.д. Интервальнаяструктурамелодииоднаи тажеприисполнениявлюбой тональности.Вашаспособностьлегкоузнаватьпеснювлюбойтональностипоказывает, чтовашмозгхранитеев форме,инвариантнойк высотенот. Аналогично,памятьо лицевашейподругитакжедолжнохранитьсявформе,не зависящейотособенностейточкизрения.Чтоделаетеелицоузнаваемым,такэтоего относительныеразмеры,относительныеоттенкицвета,относительныепропорции,ане то, каконовыгляделов последнийвторниквобед.Естьнекоторые«пространственные интервалы»междучертамиеелица,такжекаки «высотныеинтервалы»междунотами впесне.Еелицоширеотносительноееглаз.Ееноскорочеотносительношириныее глаз.Цветееволоси цветееглазсвязаныподобнымотношением,котороеостается постояннымдажееслиприразличномосвещенииихабсолютныецветазначительно изменяются.Когдавызапоминаетееелицо,вызапоминаетеэтиотносительные атрибуты.
Яверю,чтоподобноеабстрагированиеформывозникаетвовсемкортексе,влюбойего области.Этообщеесвойствонеокортекса.Памятьхранитсяв форме,котораяфиксирует сутьотношений,анеконкретныедетали.Когдавывидите,чувствуетеилислышите что-либо,кортексполучаетдетальную,высокоспецифическуюинформациюи конвертируетее винвариантнуюформу.Именноинвариантнаяформахранитсяв памяти,и любаяноваяинформациясравниваетсяименновинвариантнойформе. Хранение,вспоминаниеи узнаваниепроисходятвинвариантнойформе.В вычислительнойтехникенетэквивалентнойконцепции. *** Этоподнимаетинтереснуюпроблему.Вследующейглавея докажу,чтоважной функциейкортексаявляетсяиспользованиепамятидляпредсказания.Ноисходяиз того,чтокортексхранитвоспоминанияв инвариантнойформе,какимобразомон делаетконкретныепредсказания?Вотнекоторыепримеры,иллюстрирующиепроблему и еерешение. Вообразите,чтосейчас1980 годи выв пограничномгородкев ЗападнойАмерике.Ваша возлюбленнаяедетпоездомизВосточнойАмерики,чтобвстретитьсяс вамивновом пограничномгородке.Конечноже,выхотитевстретитьеенастанции,когдаона приедет.Занескольконедельдоприездавыузнаете,когдапоездвыходити приходит. Расписаниянет, и покавыможетесказать,чтопоездникогданеприбываети неубывает воднои тожевремядня. Стакойпозициивыникогданесможетепредсказать,когда приедетеепоезд.Нозатемвызамечаетечтоестьнекаяструктуравтом , , какпоезд прибываети убывает.Поездс востокаприбываетчерезчетыречасапослетого,как уедетнавосток.Этотчетырехчасовойперерывостаетсяпостояннымизоднявдень, хотяконкретноевремяизменяется.Вденьееприбытиявыотслеживаетепоезд, уходящийнавосток,и засекаетевремя.Черезчетыречасавывозвращаетесьнастанцию и встречаетееепоездпрямовмоментприбытия.Этапритчаиллюстрируети проблему распознаваниялицнеокортексом,и то, каконеерешает. Мир, ощущаемыйвашимиорганамичувствникогданеповторяется;такжекаквремя отправкии прибытияпоезда,онвсевремяразный.Способ,которымвыпонимаетемир, заключаетсявтом, чтобнайтиинвариантнуюструктурувпостоянноизменяющемся потокеинформации.Однако,этойинвариантнойструктурысамойпосебене достаточнодляиспользованиявкачествеосновыдляпредсказаний.Знаниетолько того,чтопоездприходитчерезчетыречасапослеотправки,непозволяетвампоявиться наплатформевовремядлявстречивозлюбленной.Чтобсделатьконкретное предсказание,мозгдолженсовместитьзнаниеинвариантнойструктурыс самыми последнимидеталями.Предсказаниевремениприбытиятребуетвыявления четырехчасовойструктурыврасписаниипоездаи комбинацииеес детальнымзнанием того,восколькоушелпоследнийпоезднавосток. Когдавыслушаетезнакомуюмелодию,исполняемуюнафортепиано,вашмозг предсказываетследующуюнотудотого,каконабудетсыграна.Нопесня,какмы видели,хранитсявпамятивформе,инвариантнойк высотенот. Вашапамятьговорит вам,какойинтервалбудетследующим,нонеговоритничегоо конкретнойноте.Для предсказанияточнойнотытребуетсякомбинацияследующегоинтерваласпоследней конкретнойнотой.Еслипоследнийинтервалэтобольшаятерцияи последнейнотой, которуювыслышали,былоДо, товыможетепредсказать,чтоследующейнотойбудет Ми. Выслышитев вашейголовеМи, ане «большуютерцию».И есливынеошибаетесьс идентификациейпеснии пианистнеспотыкается,вашипредсказаниябудутверными.
Когдавывидителицовашейподруги,вашкортексзаполняетсяи предсказывает мириадыдеталейееуникальногоизображениявданныймомент.Онсверяется,чтоее глазаправильные,чтоеенос, губыи волосыточнотакие,какиедолжныбыть.Ваш кортексделаетэтипредсказанияс большойспецифичностью.Онможетпредсказать низкоуровневыедеталиеелицадажеесливыникогданевиделиеевтакойконкретной ориентациииливтакомокружении.Есливыточнознаете,какрасполагаютсяглазаи носвашейподруги,и вызнаетеструктуруеелица,товыможететочнопредсказать,как должнырасполагатьсяеегубы.Есливызнаете,чтоеекожаимееторанжевыйоттенокв светезаката,товызнаете,какойоттенокдолжныприобрестиееволосы.И сноваваш мозгделаетэтопутемкомбинациипамятио инвариантнойструктурееелицас особенностямитекущегоопыта. Примерс расписаниемпоездавсеголишьаналогиятого,чтопроисходитввашем кортексе,номелодияи лицо– нет. Комбинированиеинвариантногопредставленияи текущейинформациидлядетальногопредсказания– этоименното, чтопроисходит. Этоповсеместныйпроцесс,происходящийвкаждойобластивашегокортекса.Именно таквыделаетеконкретныепредсказанияотносительнокомнаты,в которойвысейчас сидите.Именнотаквыспособныпредсказатьнетолькослова,которыевамговорят другие,нотакжеи интонацию,скоторойониэтоскажут,какимтономониэтоскажути изкакойчастикомнатывыдолжныуслышатьголос.Именнотаквыточнознаете,когда вашаногакоснетсяпола,и чтоонапочувствует,когдавыбудетеподниматьсяпо ступенькам.Именнотаквыспособнынаписатьсвоеимяногойилипойматьброшенный мяч. Трисвойствакортикальнойпамяти,рассмотренныев этойглаве(хранение последовательностей,автоассоциативностьи инвариантноепредставление),являются необходимымиингредиентамидляпредсказаниябудущегонаосновепамятио прошлом.Вследующейглавея покажу,чтопредсказание– этосутьинтеллекта.
5. Новая структураинтеллекта Однажды вапреле 1986 годая размышлял надтем,чтозначит«пониматьчтолибо » . Несколькомесяцевя билсянадфундаментальнымвопросом,Чемжезанимаетсямозг, еслионнепродуцируетповедение?Чтоделаетмозг,когдаонпассивнослушаетречь? Чтоделаетвашмозгпрямосейчас,когдаончитает?Информацияпоступаетвмозг,но невыходитизнего.Чтос нимпроисходит?Вашеповедениевданныймоментвозможно элементарное– вродедыханияилидвиженияглаз– но, каквыужезнаете,вашмозг делаетгораздобольше,чемэто, посколькувычитаетеи понимаете.Пониманиедолжно бытьрезультатомнервнойактивности.Нокакой?Чтонейроныделают,годнаони понимают? Когдая огляделмойофисвтотдень,я увиделзнакомыестулья,плакаты,окна, растения,карандашии т.д. Вокругменябылисотнивещей.Моиглазавиделиих, когдая мелькомоглядывался,нопростосозерцаниеихневызывалоу меняникакихдействий. Никакогоповедениянеосуществлялосьи нетребовалось,нокак-тоя «понимал» комнатуи еесодержимое.Яделалто, чегонемогласделатьКитайскаяКомнатаСерла,и мненетребовалосьвозвращатьчто-либочерезпрорезь.Японимал,ноникакие действиянемоглидоказатьэтого.Чтоозначало«Понимать»? Какразкогдая размышлялнадэтойдилеммой,у меняпоявилосьозарение,одинизтех эмоциональносильныхмоментов,когдато, чтобылопутаницей,неожиданно становилосьясными понятным.Всечтоя сделал– этоспросил,чтопроизошлобы, если бывкомнатепоявилсяновыйобъект,которогоя никогдараньшеневидел– скажем, синяякофейнаячашка. Ответказалсяпростым.Ядолженбылзаметитьновыйобъект,какнесоответствующий. Ондолженбылпойматьмоевнимание,какнечтоновое.Мнененадобылобы спрашиватьсебясознательно,являетсяликофейнаячашкановой.Этопростодолжно быловозникнуть,какнесоответствие.Кажущийсятривиальным,лежащийвоснове ответявляетсямощнойконцепцией.Чтобызаметить,чточто-тоотличается,некоторые нейронывмоеммозгу,которыенебылиактивныдоэтого,должныбылистать активными.Какэтинейроныузнали,чтокофейнаячашкаявляетсяновой,асотни другихпредметов– нет?Ответнаэтотвопросдосихпордляменяявляется неожиданным.Нашмозгхранитвоспоминания,чтобыпостоянноделатьпредсказания обовсем,чтомывидим,чувствуем,слышим.Когдая оглядываюкомнату,моймозг используетпамятьдляформированияпредсказанийо том, чтооножидает почувствовать,преждечемя почувствуюэто. Громадноеколичествопредсказаний возникаетзапределамипонимания.Этокакеслибыотдельныечастимоегомозга говорили:«Посредистолаестькомпьютер?Да.Ончерный?Да.Вправомуглустолаесть лампа?Да.Лежитлисловарьтам, гдея егооставил?Да.Прямоугольнолиокно, вертикальнылистены?Да.Стоголинаправлениясветитсолнцедляданноговремени дня?Да».Нокогдапоступаетнекоторыйвизуальныйпаттерн,которогоя непомнюв этомконтексте,предсказаниенарушается.И ошибкапривлекаетмоевнимание. Конечно,мозгнеразговариваетсамс собой,когдаделаетпредсказания,и онделает предсказаниянепоследовательнымобразом.Онтакженепростоделаетпредсказанияо различныхобъектахвродекофейнойчашки.Вашмозгпостоянносовершает предсказанияо структуретогосамогомира,в котороммыживем,и делаетонэто параллельнымобразом.Этобудетверными когдамыбыстрообнаруживаемнеобычную
текстуру,уродливыйносилинеобычноедвижение.Сразунескажешьнасколько , обширныэтивосновномподсознательныепредсказания,что, возможно,является причинойтого,почемумытакдолгоупускалиихважность.Онипроисходятнастолько автоматически,настольколегко,чтомыошиблисьвоценкетого,чтопроисходитв нашихголовах.Янадеюсьубедитьвасвмогуществеэтойидеи.Предсказаниянастолько обширны,чтонаше«восприятие»- тоесть,какиммывидиммир – происходитне толькоотнашихоргановчувств.То, чтомывоспринимаем– этокомбинациятого,что мычувствуем,и предсказаний,основанныхнапамятинашегомозга. *** Н есколькоминутспустяя провелмысленныйэксперимент,чтобпомочьвыразитьто, чтоя понялв тотмомент.Яназываюегоэкспериментомс измененнойдверью.Вотон. Когдавыприходитекаждыйденьдомой,вамобычнонужнонесколькосекунд,чтоб войтичерезпараднуюдверьилитудверь,какуювыиспользуете.Выподходите, поворачиваетеручку,входитеи захлопываетееезасобой.Этокрепкоустоявшаяся привычка,то, чтовыделаетвсевремяи уделяетеэтомумаловнимания.Предположим, покаваснебыло,я прокралсяввашдоми заменилчто-товвашейдвери.Этоможет бытьчтоугодно.Ямогбыпередвинутьручкунадюйм,заменитьвращающуюсяручку нашпингалет,илизаменитьбронзовуюнахромированную.Ямогбыизменитьвес вашейдвери,заменивсплошнуюдревесинунаполую,илинаоборот.Ямогбысделать петлискрипучимии тугими,илисделатьихлегкоскользящими.Ямогбысделатьшире илиужедверьи двернойпроем.Ямогбыизменитьеецвет,добавитьдверноекольцо туда,гдедолженбытьдвернойглазок,илидобавитьокошко.Ямогувообразитьтысячи изменений,которыемогбысделатьс вашейдверьюбезвашеговедома.Когдавы вернетесьдомойвтотденьи попытаетесьоткрытьдверь,выбыстрообнаружитечто что-тонетак.Можетпройтинесколькосекунд,покавыпоймете,чтоименнонетак, но самфактизменениявызаметитеоченьбыстро.Когдавашарукапотянетсяк дверной ручке,выобнаружите,чтоонаненасвоемместе.Иликогдавыувидитеновоедверное окошко,что-топокажетсястранным.Илиесливесдвериизменился,вытолкнетееес неправильнымусилиеми будетеудивлены.Сутьвтом, чтовызаметителюбоеиз тысячиизмененийзаоченькороткийпромежутоквремени. Каквыэтоделаете?Каквызамечаетеэтиизменения?Специалистыв ИИили компьютерщикиподходятк этойпроблеметак,чтосоздаетсясписоксвойствдверии заноситсявбазуданных,полякотороймогутсодержатьотдельныезаписидлякаждой конкретнойдвери.Когдавыподходитек двери,компьютеропросилбывсюбазу данных,глядянаширину,цвет,размер,положениеручки, вес,звуки т.д. Хотя поверхностноэтозвучитаналогичнотому, какя описывалвышето, какмоймозг проверяеммириадыпредсказаний,когдая оглядываюмойофис,насамомделеесть далекоидущиеотличия.ИИ-стратегиянереальна.Во-первых,невозможнозаранее указатьвсеатрибуты,которыемогутбытьу двери.Списокпотенциальнобесконечен. Во-вторых,нампонадобилисьбыподобныеспискидлялюбыхобъектов,которыемы встречаемежесекундновнашейжизни.В-третьих,ничтоизтого,чтонамизвестноо мозгеи нейронах,непозволяетпредположить,чтоониработаютименнотак.И наконец,нейроныпростослишкоммедленны,чтобреализоватьбазыданныхв компьютерномстиле.У васбызанялодвадцатьминутвместопарысекунд,чтоб заметитьизменениявдвери. Естьтолькоодинспособинтерпретироватьвашуреакциюнаизмененнуюдверь:ваш мозгделаетнизкоуровневыепредсказанияпоповодутого,чтооножидаетувидеть,
услышать,почувствоватьвкаждыймомент,и делаетонэтопараллельно.Всеобласти вашегонеокортексаодновременнопытаютсяпредсказать,какимидолжныбытьих следующиеощущения.Визуальныеобластиделаютпредсказанияпоповодукраев, форм,объектов,расположенияи движений.Слуховыеобластиделаютпредсказанияпо поводувысотызвуков,направленийнаисточники звуковыхпаттернов. Соматосенсорныеобластиделаютпредсказанияо прикосновениях,текстурах,контурах и температуре. «Предсказание »обозначает ,чтонейроны ,задействованные ввосприятии вамидвери становятсяактивнымидотого,какониполучатсенсорнуюинформацию.Когда поступаетсенсорнаяинформация,онасравниваетсяс тем, чтоожидалось.Когдавы подходитек двери,вашкортексформируетмассупредсказанийнаосновепредыдущего опыта.Когдавыподошлик ней, онпредсказываетчтопочувствуютвашипальцы , ,когда выприкоснетеськ двери,и в какомположениибудутвашисуставы,когдавы действительнодотронетесьдодвери.Когдавыначинаетеоткрыватьдверь,вашкортекс предсказываеткакоесопротивлениедверивозникнети , каконабудетзвучать.Когда всевашипредсказаниясовпадут,вывойдетев дверьнеосознавая,чтоэтипредсказания былипроверены.Ноесливашиожиданиянарушены,ошибказаставитвасобратить внимание.Верныепредсказанияприведутк пониманию,чтодверьнормальна, неверныепредсказанияприведутвасв замешательствои вынудятвасобратить внимание.Двернаязащелканетам, гдепредполагается.Дверьслишкомлегкая.Дверьне поцентру.Текстураручкинета. Мыделаемнепрерывныенизкоуровневые предсказанияпараллельнодлявсехоргановчувств. Ноэтоневсе.Язанимаюболеестрогуюпозицию.Предсказаниянепростооднаиз вещей,которыеделаетвашмозг.Этопервичная функция неокортекса и фундамент интеллекта.Кортекс– этоорганпредсказаний.Еслимыхотимпонять,чтотакое интеллект,чтотакоетворчество,какработаетмозги какпостроитьинтеллектуальные машины,мыдолжныпонятьприродуэтипредсказанийи каккортексихделает.Даже поведениелучшепониматькакпродуктпредсказаний. *** Я незнаюктопервым , предположил ,чтопредсказания этоключк пониманию интеллекта.Внаукеи промышленностиниктонеизобреталчто-тополностьюновое. Наоборот,людивидели,каксуществующиеидеиукладываютсявновыерамки. Компонентыновойидеиобычновитаютвсреденаучныхобсуждений,преждечемее откроют.Чтоявляетсяновым,такэтоупаковкаэтихкомпонентоввединоецелое. Аналогично,идеяо том, чтопервичнаяфункциянеокортексаделатьпредсказания,не являетсяполностьюновой.Онавиталавразличныхформахнекотороевремя.Ноещене предполагалось,чтоеезаконноеположениев центретеориио мозгеи вопределении интеллекта. Поирониисудьбы,некоторыеизпионеровискусственногоинтеллектауделяли вниманиекомпьютерныммоделяммирас использованиемпредсказаний.В 1956 году, например,Д.М.Маккэйутверждалчтоинтеллектуальныемашиныдолжныиметь , «механизм внутреннего ответапредназначенный » для«сопоставления входной информации».Оннеиспользовалслова«память»и «предсказание»,ноонразмышлялв томженаправлении. Ссередины90-х такиетермины,какумозаключение, порождающие модели и предсказание прокрались в научнуюноменклатуру .Всеониссылались наподобные
идеи.Например,в 2001 годувсвоейкниге«I of the vortex» Рудольфо ЛлинасизНьюЙоркскогоМедицинскогоУниверситетаписал:«Способностьпредсказыватьисход будущихсобытий– критическаядляуспешногопродвижения– вероятнеевсего являетсяпредельнойи наиболееобщейизвсехфункциймозга».Такиеученые,как ДэвидМамфордизУниверситетаБрауна,РаешРаоизВашингтонскогоУниверситета, СтивенГроссбергизБостонскогоУниверситетаи множестводругихписалии теоретизировалио ролиобратныхсвязейи предсказании.Естьцелыйподраздел математики,посвященныйбайесовскимсетям.НазванныевчестьТомасаБайеса, английскогоминистра,родившегосяв 1702 году,пионерастатистики,байесовскиесети используюттеориювероятностейдляпредсказания. Чегонехватало,такэтособратьэтинесопоставимыекускивсогласованную теоретическуюоснову.Яутверждаючтоэтогонебылосделаноранее , ,и этоявляется цельюданнойкниги. *** П реждечеммыприступимк детальномуизучениютого,каккортексделает предсказания,давайтерассмотримнесколькодополнительныхпримеров.Чембольше выбудетедуматьнадэтойидеей,тембольшевыосознаете,чтопредсказаниясильно распространеныи являютсябазисомдляпониманиямира. Этимутромя готовилоладьи.Наодномизэтаповэтогопроцессая потянулсянеглядяк дверцешкафчика.Яинтуитивнознал,невидя,чтоя долженпочувствовать– вданном случаеручкудверцышкафчика– и когдая долженеепочувствовать.Яповорачивал крышкумолочнойканистры,ожидая,чтоонадолжнаповернутьсяи открыться.Я повернулсяк плите,ожидаянебольшогонажатияи поворотас определеннымусилием. Яожидалуслышатьзвукзагоревшегосяпламеничерезнесколькосекунд.Каждую минутунакухнея делалдюжиныилисотнидвиженийи каждоесодержаломножество предсказаний.Язналэто, потомучтоесликакоелибоизэтихдвижениепривелобык другомурезультату,я быобратилвнимание. Каждыйраз,когдавыставитеногуприходьбе,вашмозгпредсказываеткогдавашанога , должнапрекратитьдвижениеи какимэластичнымдолженбытьматериал,накоторый вынаступите.Есликогданибудьвампопадетсялестничныйпролетс отсутствующей ступенькой,вызнаете,какбыстрообнаружите,чточто-тонетак. Выопускаетеногуи в тотмомент,когдаона«проходитсквозь»ожидаемуюступеньку,вызнаете,чтоу вас проблема.Ноганичегонечувствует,новашмозгделаетпредсказаниеи предсказание несбывается.Роботс компьютернымуправлениемконечножеупадет,неосознавая,что что-тонеправильно,тогдакаквыузнаетеобэтом, кактольковашаногапродвинется хотьнадолюдюймазатотпредел,накотороммозгожидалееостановки. Когдавыслушаетезнакомуюмелодию,выслышитеследующуюнотупреждечемона , возникнет.Когдавыслушаетелюбимыйсборник,выслышитеначалокаждой следующейпеснизанесколькосекунддотого,каконаначнется.Почемутак происходит?Нейронывашегомозга,которыедолжнывозбудиться,когдавыуслышите следующуюноту, возбуждаютсядотого,каквыдействительноееслышите,таким образомвы «слышите»песнювсвоейголове.Нейронывозбуждаютсяв ответнапамять. Этапамятьможетбытьудивительнодолгой.Неудивительноуслышатьмузыкальный сборниквпервыезанескольколети всеещеавтоматическислышатьследующуюпесню послеокончанияпредыдущейСоздаетсязабавноеощущениенебольшой .
неопределенности,когдавыслушаетелюбимыйкомпактдисквслучайномпорядке ;вы знаете,чтовашепредсказаниеследующейпеснибудетошибочным. Когдавыслушаетеговорящегочеловека,вычастознаете,чтоонсобираетсясказать, преждечемонзакончитговорить– или, покрайнеймере,выдумаете,чтознаете! Иногдамыдаженеслышим,чтоондействительноговорит,авместоэтогослышимто, чтоожидаемуслышать(эточастопроисходилосомной, когдая былребенком,такчто матьдваждыводиламеняк врачудляпроверкислуха).Выэточастичноощущаете, потомучтолюдисклонныиспользоватьобщиефразыиливыраженияв своемобщении. Еслия скажу«How now brown…,»вашмозгактивирует нейроны ,представляющие слово cow прежде ,чемя егоскажухотяесли ( , английский неявляется вашимроднымязыком, вынепоймете,о чемя говорю). Конечно,вынеможетепостояннознать,что собираютсясказатьдругие.Предсказанияневсегдаточны. Наоборот,нашразум работает,делаявероятностныепредсказания,касающиесятого,чтовот-вотдолжно произойти.Иногдамыточнознаем,чтодолжнопроизойти,аиногданашиожидания распределеныпонесколькимвозможнымисходам.Еслимыбудемужинатьзастоломи я скажу,«пожалуйста,передайтемне…»,длявашегомозганебудетнеожиданностью, еслия скажу«соль»,«перец»или «горчицу».Внекоторомсмыслепредсказываетвсеэти возможныеисходыодновременно.Однако,еслия скажу,«пожалуйста,передайтемне тротуар»,выпоймете,чточто-тонетак. Возвращаяськ музыке,мытакжеможемнайтиздесьвероятностныепредсказания.Если выслышитепесню,которуюникогдараньшенеслышали,у васвсеравномогутбыть достаточносильныеожидания.Взападноймузыкея ожидаюуслышатьрегулярный размер,повторяющийсяритм, я ожидаюуслышатьмузыкальныефрагментыс одинаковымколичествомдолей,я ожидаю,чтопеснязакончитсятоникой.Выможете незнать,чтообозначаютэтитермины,но – полагая,чтовыслышалиподобные мелодии– вашмозгавтоматическипредсказываетсильныедоли,повторяющиеся ритмы,окончанияфрагментови конецпесни.Еслиноваяпеснянарушаетэти принципы,вытутжечувствуете,чточто-тонетак.Задумайтесьобэтомнанесколько секунд.Выслышитепесню,которуюникогдараньшенеслышали,вашмозгощущает паттерны,которыеонникогдараньшенеощущал,нотемнеменеевыделаете предсказаниеи можетесказать,чточто-тонетак. Основаниемдляэтихвосновном бессознательныхпредсказанийявляютсявоспоминания,хранящиесяв вашемкортексе. Вашмозгнеможетточносказать,чтодолжнопроизойтипосле,нотемнеменееон предсказываеткакойнотныйпаттернскореевсегодолженбыть , ,акакой– нет. У насу всехдолженбытьопыт,когдамынеожиданнозамечали,чтоисточник постоянногофоновогошума,такойкакотдаленныйотбойныймолотокили приглушеннаяфоноваямузыка,прекращается– хотямынезамечалиэтогозвука,пока онзвучал.Вашизвуковыеобластипредсказываютегопродолжение,моментза моментом,и показвукнеменяется,вынеобращаетевнимания.Прекратившись,он нарушаетвашепредсказаниеи привлекаетвнимание.Вотисторическийпример.Сразу послетого,каквНью-Йоркепересталиходитьназемныепоезда,людивызывали полициюсрединочи, заявляя,чтоихчто-торазбудило.Ониимелитенденцию вызыватьполициюкакразв товремя,в котороераньшезапределамиихквартир ходилипоезда. Иногдаговорят,чтовидеть– значитверить.Иногдамывидимто, чтоожидаемувидеть, такчасто,каквидимто, чтореальновидим.Одинизнаиболеевосхитительных примеровэтогоявляетсято, чтоисследователиназываютзамещением.Возможновы ранеезамечали,чтоу васвкаждомглазуестьнебольшаяслепаяобласть,гдеваш
оптическийнервпокидаетсетчаткучерезотверстие,называемоеоптическимдиском.У васнетфоторецептороввэтойобласти,такчтовыпостояннослепыв соответствующей областивизуальногополя.Естьдвепричины,покоторымвыобычнонезамечаете этого,однаобычная,другая– весьмазанимательная.Обычнаяпричинаэтото, что слепыеобластинеперекрываются,такчтокаждыйглазкомпенсируетдругой. Ноинтересно,чтовывсеравнонезамечаетеслепойобласти,когдаоткрыттолькоодин глаз.Вашавизуальнаясистема«восполняет»отсутствующуюинформацию.Когдавы закрываетеодинглази смотритенароскошновытканныйтурецкийковерилина волнистыеконтурыдревесныхволоконв полировкестола,выневидитедыр. Целые узелкив ковре,целыетемныепрожилкидревесныхволоконпостоянновыпадаютиз полязрениявашейсетчатки,когдавашаслепаяобластьпопадаетнаних, новывидите цельныеучасткитекстурыи цвета.Вашвизуальныйкортексдорисовываетпопамяти подобныепаттерныи создаетнепрерывныйпотокпредсказаний,которыевосполняют любуюотсутствующуюинформацию. Замещениевозникаетвовсехчастяхвизуальногоизображения,нетольковслепой области.Например,я показываювамкартинупобережьяс выброшенныминаберег поленьями,лежащиминакамнях.Границымеждукамнямии поленьямичеткиеи очевидные.Однако,еслиприблизитьизображение,выувидите,чтокамнии поленья имеютпохожуютекстуруи цветв техместах,гдесоприкасаются.Вувеличенномвиде краяполеньеввообщенеотличимыоткамней.Еслимысмотримнакартинуцеликом, краяполеньевчеткие,нов действительностимыдомысливаемкраяпоостальнойчасти изображения.Когдамысмотримнамир, мывоспринимаемчеткиелиниии границы, разделяющиеобъекты,носырыеданные,поступающиев глаз,частозашумленыи неоднозначны.Нашкортексзаполняетотсутствующиеилизагрязненныеучасткитем, чтомысленнотамдолжнобыть.Мывоспринимаемизображениянедвусмысленно. Визуальноепредсказаниетакжележитвосноветого,какдвигаютсявашиглаза.Вглаве 3, я упомянул саккады .Околотрехразв секунду вашиглазафиксируются в однойточке, затемнеожиданноперепрыгиваютнадругую.Обычновынеосознаетеэтидвижения,и обычносознательноихнеконтролируете.И каждыйраз,когдавашиглазафиксируются вновойточке,паттерн,поступающийизглазввашмозг,полностьюменяетсяпо сравнениюспредыдущейфиксацией.Такимобразомтриразавсекундувашмозгвидит что-тополностьюотличное.Саккадынесовсемслучайны.Когдавысмотритеналицо, вашиглазаобычнофиксируютсявпервуюочередьнаодномглазу,затемнадругом, перескакиваятудасюда ,изредкафиксируясьнаносу,нарте,наушахи надругих чертахлица.Вывоспринимаетепросто«лицо»,новашиглазавидятглаз,глаз,нос, рот, глази т.д. я отдаюсебеотчетв том, чтоэтодлявасявляетсянеосознаваемым.Все,что выосознаете– этонепрерывноеизображениемира,носырыеданные,поступающиев вашуголову,такиежеотрывистые,какс видеокамерыв неумелыхруках. Теперьпредставьтечтовывстречаетекого , -тос дополнительнымносомнатомместе, гдедолженбытьглаз.Вашиглазафиксируютсначалаодинглаз,затемсовершают саккадунавторойглаз,новместотого,чтобувидетьглаз вывидитенос. Вы определеннозналибы, чточто-тонетак.Чтобтакпроизошло,у вашегомозгадолжны бытьожиданияилипредсказаниятого,чтоондолженувидеть.Когдавы предсказываетеглаз,новидитенос, предсказаниенарушается.Такнесколькоразв секундупопутнос каждойсаккадойвашмозгделаетпредсказанияо том, чтоондолжен увидеть.Когдаэтопредсказаниенарушается,немедленнопривлекаетсявашевнимание. Вотпочемутактруднонесмотретьналюдейс физическимидефектами.Еслибвы увиделикого-тос двумяносами,былобытрудноудержатьсяоттого,чтобнеуставиться
нанего,такведь?Конечно,есливыживетес этимчеловеком,точерезнекотороевремя выпривыкнитек двумносами большенебудетезамечатьничегонеобычного. Теперьподумайтео самомсебе.Какиепредсказаниявыделаете?Когдавы переворачиваетестраницыэтойкниги, выожидаетечтостраницасогнетсядо , определеннойстепении перевернетсяпредсказуемымобразом,которыйотличаетсяот того,какпереворачиваетсяобложка.Есливысидите,выпредсказываетечтоощущение , давлениянаваштелонебудетизменяться;ноеслинамокшеесиденьеначалобы прогибаться,илиподверглосьдругимнеожиданнымизменениям,выбыперестали уделятьвниманиекнигеи попыталисьбысообразить,чтопроисходит.Есливы потратитенекотороевремянанаблюдениязасобой,выможетеначатьпонимать,что вашевосприятиемира,вашепониманиемирасильносвязанос предсказанием.Ваш мозгпостроилмодельмираи постоянносравниваетмодельс реальностью.Вызнаете, гдевыи чтоделаетеблагодаряобоснованностиэтоймодели. Предсказаниенеограниченопаттернаминизкоуровневойсенсорнойинформациивроде зренияи слуха.Досихпоря ограничивалсяобсуждениемтакихпримеров,потомучто этопростейшийпутьпознакомитьвасс системойвзглядовдляпониманияинтеллекта. Однако,согласнопринципуМонткастла,чтовернодлянизкоуровневыхсенсорных областей,должнобытьвернымдлявсехкортикальныхобластей.Человеческиймозг интеллектуальнеечему , другихживотных,потомучтоонможетделатьпредсказанияо болееабстрактныхвидахпаттернови болеедлинныхвременныхпоследовательностях паттернов.Чтобыпредсказать,чтоскажетмояжена,когдаувидитменя,я должензнать, чтоонаговорилараньше,чтосегодняпятница,чтодопятничноговечеранадовынести мусор,чтоя несделалэтогов течениенедели,и чтоу женыопределенноевыражение лица.Когдаонаоткроетрот, у менябудуточеньсильныепредсказанияпоповодутого, чтоонаскажет.Вданномслучаея точнонезнаю,какиесловаонаскажет,ноя знаю,что онанапомнитмнео том, чтонадовынестимусор.Важноезамечание,чтовысокий интеллектнеявляетсякаким-товидомпроцесса,отличающихсяотпроцессов перцептивногомышления.Онработаетнатойжесамойнеокортикальнойпамятии алгоритмепредсказания. Заметьте,чтонашитестынаинтеллектпосуществутестынапредсказание.Сдетского сададоколледжаIQ-тестыоснованы наформировании предсказаний .Задана последовательностьчисел,какоечислодолжнобытьследующим?Заданотри различныхпроекциисложногообъекта,какаяизследующихтакжеявляетсяего проекцией?СловоA относится к словуB, каксловоCотносится к какомуслову? Наукасамапосебеэтоупражнениявпредсказаниях.Мы продвигаемнашезнаниео миречерезпроизводствогипотези ихпроверку.Этакнигапосуществуявляется предсказаниемо том, чтотакоеинтеллекти какработаетмозг.Дажедизайнпродукции вкорнепроцесспредсказания.Приразработкедизайнаодеждыилимобильных телефоновдизайнерыи инженерыпытаютсяпредсказать,какповедутсебяконкуренты, чегохотятпотребители,сколькобудетстоитьновыйдизайни какойстильбудет востребован. Интеллектизмеряетсяспособностьювспоминатьи предсказыватьпаттернывмире, включаяязык,математику,физическиесвойстваобъектови социальныеситуации.Ваш мозгполучаетпаттерныизвнешнегомира,сохраняетизввидевоспоминанийи делает предсказанияпутемкомбинациитого,чтоонвиделранееи чтопроисходитсейчас. ***
В этомместевымоглибыподуматьЯсогласен :« ,чтомоймозгзанимается предсказаниямии я могубытьинтеллектуальным,простолежавтемноте.Каквы указали,мнененужночто-либоделать,чтобпониматьилибытьинтеллектуальным.Но неявляютсялитеситуацииисключением?Выдействительноаргументируете,что интеллектуальноепониманиеи поведениеполностьюразрозненны?Вконечномсчете неповедениелиделаетнасинтеллектуальными,анепредсказание?Вконцеконцов поведениеиграетконечнуюопределяющуюрольввыживании». Это,конечно,справедливыйвопрос,в конечномсчетеименноповедениеимеет наибольшеезначениеввыживанииживотного.Предсказаниеи поведениенеявляются полностьюразрозненными,ноихотношенияоченьтонкие.Во-первых,неокортекс появилсянаэволюционнойсценеужепослетого,какживотныеобрелисложное поведение.Следовательно,значениекортексадлявыживаниядолжновпервуюочередь рассматриваться втерминахпостепенногоусовершенствования,котороеонмогдать дляживотныхс ужесуществующимповедением.Сначалапоявилосьповедение,затем интеллект.Во-вторых,большаячастьизтого,чтомыощущаем,вбольшейстепени зависитоттого,чтомыделаеми какмыперемещаемсявмире.Следовательно предсказаниеи поведениеблизкосоотносятся.Давайтевзглянемнато, чтоизэтого следует. Млекопитающиеэволюционировали с большимнеокортексом,потомучтоондавалим некотороепреимуществоввыживании,и этипреимуществаукоренилисьвповедении. Новначалекортексслужилдляболееэффективногоиспользованиясуществующего поведения,анедлятого,чтобсоздаватьсовершенноновоеповедение.Чтобыпрояснить это, нанеобходимовзглянутьнато, какэволюционировалмозг. Простыенервныесистемывозникливскорепослетого,какмногоклеточныесоздания началираспространятьсяпоЗемле,сотнимиллионовлетназад,ноисториянастоящего интеллектаначаласьсовсемнедавнос предкаминашихрептилий.Рептилииуспешно завоевывалисушу.Онираспространилисьповсемконтинентами модифицировалисьв многочисленныевиды.У нихбылиострыечувстваи хорошоразвитыймозг,который наделилихсложнымповедением.Ихпрямыепотомки,живущиесегоднярептилии,до сихпоробладаютим. У аллигатора,например,сложноевосприятие,такжекаку васи у меня.У негохорошоразвитыеглаза,уши, нос, роти кожа.Онпроявляетсложное поведение,включающееспособностик плаванию,бегу,маскировке,охоте,устройству засад,гнездованиюи поискупартнеров. Вчемжеразличиемеждумозгомрептилиии человека?Эторазличиеи большоеи маленькое.Ясказал«маленькое»,потомучтов грубомприближениивсе,что существуетвмозгерептилии,существуети вмозгечеловека.Ясказал«большое», потомучтов мозгечеловекаестьнечтодействительноважное,чегонету рептилий– большойкортекс.Иногдавыслышалиссылкуна «старый»или «примитивный»мозг.У каждогочеловекаестьнаиболеедревниеструктурывмозге,такиежекаку рептилий. Онирегулируюткровяноедавление,голод,половоевлечение,эмоциии множество другихаспектовдвижения.Когдавыстоите,сохраняетеравновесиеи ходите,например, вывосновномполагаетесьнастарыймозг.Есливыслышитепугающийзвук,паникуете и начинаетебежать– этовосновномвашстарыймозг.Выненуждаетесьвчемто большем,чеммозгрептилии,чтобсовершатьмножествоинтересныхи полезных вещей.Такчтожеделаетнеокортекс,есливнемнетостройнеобходимостидлятого, чтобвидеть,слышатьи двигаться?
Млекопитающиеболееинтеллектуальны,чемрептилии,попричинеобладания неокортексом.(Самоэтословопроисходитотлатинскихслов,обозначающих«новая кора»,или «новаякорка»,потомучтокортексбуквальнопокрываетстарыймозг). Неокортексвпервыепоявилсядесяткимиллионовлетназад,и онестьтолькоу млекопитающих.Чтоделаетчеловекаумнеедругихмлекопитающих,такэтов основномбольшаяповерхностьнеокортекса,котораязначительноувеличиласьвсего несколькомиллионовлетназад.Вспомните,чтокортекспостроенизодинаковых повторяющихсяэлементов.Кортикальныйслойу человекатакойжетолщиныи имеет примернотакуюжеструктуру,каки у млекопитающихродственников.Когдаэволюция делаетчто-тобольшоеоченьбыстро,какэтопроизошлос человеческимкортексом,она делаетэтокопированиемсуществующихструктур.Мысталиумнеепутемдобавления значительногоколичестваэлементов,работающихнаобщемкортикальномалгоритме. Существуетобщеезаблуждение,чточеловеческиймозгплодмиллиардовлет эволюции.Этоможетбытьверным,еслиговоритьо нервнойсистемев целом.Однако, человеческийнеокортекссампосебеотносительноноваяструктураи существует недостаточнодолго,чтобподвергнутьсясущественнымэволюционнымулучшениям. Отсюданачинаетсяядромоейаргументациитого,какпониматьнеокортекс,и почему памятьи предсказаниеявляютсяключамик загадкеинтеллекта.Мыначнемс мозга рептилий,необладающегокортексом.Эволюцияобнаружила,чтоеслиприделать системупамяти(неокортекс)к сенсорнымпутямпримитивногомозга,животные получаютспособностьк предсказаниюбудущего.Вообразите,чтостарыймозг рептилийтаки занимаетсясвоимиделами,нотеперьсенсорныепаттерны одновременноподаютсявнеокортекс.Неокортексхранитсенсорнуюинформациюв своейпамяти.Вбудущем,когдаживотноепопадаетв тужесамуюилипохожую ситуацию,памятьраспознаетпоступающуюинформациюкак похожуюи вспоминает, чтопроисходиловпрошлом.Воспоминаниясравниваютсяс потокомсенсорной информации.Вместеони «замещают»текущийсенсорныйпотоки предсказывают,что будетдальше.Сравниваяактуальныйсенсорныйпотокс воспоминаниями,животноене толькопонимает,гдеоно, номожеттакжепредвидетьбудущее. Теперьвообразите,чтокортекспомнитнетолькото, чтоживотноевидело,нотакже помнитповедениестарогомозгав подобнойситуации.Мыдаженепредполагаемчто , кортексзнаето различияхмеждуощущениеми поведением;длякортексавсеэто паттерны.Когдаживотноеобнаруживаетсебявтакойжеилиподобнойситуации,онне толькопредвидитбудущеенотакжевспоминает , ,какоеповедениепривелок такому видениюбудущего.Такимобразом,памятьи предсказаниепозволяютживотному использоватьегосуществующееповедение(старыймозг) болееинтеллектуально. Например,вообразите,чтовыкрыса,изучающаялабиринтвпервыйраз.Побуждаемый неудовлетворенностьюилиголодом,выиспользуетенавыки,унаследованныеот старогомозга,чтобыизучатьновуюобстановку– слушаетесмотрите , ,нюхаетеи пробираетесьвдольстен.Всясенсорнаяинформацияиспользуетсявашиммозгом,но такжепередаетсяввашнеокортекс,гдесохраняется.Вкакойтомоментвы обнаруживаетесебявтомжесамомлабиринте.Вашнеокортексраспознаеттекущий сенсорныйпоток,кактот, которыйонвиделранееи вспомнитсохраненныепаттерны, представляющието, чтопроисходиловпрошлом.Посути, этопозволяетвамувидеть кратчайшийпутьвбудущем.Еслибвыбылиговорящейкрысой,вымоглибысказать, «О, я узналаэтотлабиринт ,и я помнюэтотугол».Кактольконеокортекс вспомнит ,что происходиловпрошлом,вывообразитенахождениесыра,которыйвывиделив прошлыйраз,когдавыбылив этомлабиринте,и какдонегодобраться.«Еслия здесь повернунаправо,я знаю,чтопроизойдетпотом.Вконцеэтогокоридораестькусочек
сыра.Явижуеговсвоемвоображении».Когдавынесетесьчерезлабиринт,вы полагаетесьнастарые,примитивныеструктуры,чтобвыполнятьдвижения,подобные поднятиюлап и шевеленияусами.Свашим(относительно)большимнеокортексом,вы можетевспомнитьместа,вкоторыхвыбыли, сноваузнатьих вбудущеми предсказать, чтопроизойдетпотом.Ящерицабезнеокортексаобладаетболеескудными возможностямивспомнитьпрошлое,и будетобыскиватьлабиринтзановокаждыйраз. Вы (крыса)понимаетемири ближайшеебудущеепотомучтообладаетекортикальной , памятью.Вывидитеживыекартиныполучениявознагражденияи опасности,которые последуютпослепринятиякаждогорешения,и такимобразомвыдвижетесьпомиру болееэффективно.Выбуквальновидитебудущее. Нозаметьте,вынепроявляетеникакогоособенногоилифундаментальнонового поведения.Вынестроитесебедельтаплани нелетитек сырув концекоридора.Ваш неокортексформируетпредсказанияо сенсорномпотокепаттернов,чтопозволяетвам увидетьбудущееновашапалитрадоступныхвидовповеденияпрактическине , затрагивается.Вашаспособностьк бегу,лазаньюи исследованиювосновномвсееще каку ящерицы. Когдакортекспомереэволюциистановитсябольше,онначинаетпомнитьо миревсе большеи больше.Онможетсформироватьбольшевоспоминанийи сделатьбольше предсказаний.Сложностьэтихвоспоминанийи предсказанийтакжеувеличивается.Но что-тодругоезамечательноепроисходит,чтоведетк исключительночеловеческим способностяминтеллектуальногоповедения. Человеческоеповедениевыходитзарамкистарогобазовогорепертуарадвижений уровнякрысы.Неокортикальнаяэволюциявывеланаснановыйуровень.Тольколюди создалиписьменныйи устныйязык.Тольколюдиготовятеду,шьютодежду,летаютна самолетахи строятнебоскребы.Нашидвигательныеспособностии способностик планированиюзначительнопревысилиспособностинашихближайшихродственников средиживотных.Каккортекс,которыйбылсоздандляпредсказаний,может генерироватьневероятносложноеповедениетолькоу человека?И какэтосовершенное поведениеэволюционировалотаквнезапно?Естьдваответанаэтотвопрос.Один заключаетсявтом, чтонеокортикальныйалгоритмнастолькомощныйи гибкий,чтов результатенебольшойперекоммутации,уникальнойдлячеловека,онсмогсоздавать новое,усложненноеповедение.Другойответзаключаетсяв том, чтоповедениеи предсказаниедвестороныодноймедали.Хотякортексможетвоображатьбудущееон , можетделатьточныесенсорныепредсказаниятольков томслучае,еслизнает,какое поведениебудетсгенерировано. Впростейшемпримерескрысой,ищущейсыр, крысапомнилалабиринти использовала памятьдляпредсказаниятого,чтоонаувидитсырзауглом.Хотякрысамоглабы повернутьналевоилинаправо,толькоодновременныепамятьо сыреи правильное поведение,«повернутьнаправонаразвилке»,моглибызаставитькрысусделать предсказанияо сыреистинным.Хотяэтотривиальныйпример,ондаетпониманиетого, насколькоглубокасвязьсенсорныхпредсказанийи поведения.Любоеповедениевлияет нато, чтомывидим,слышими чувствуем.Большинствоизтого,чтомыощущаемв данныймомент,сильнозависитотнашихдействий.Поместитевашурукупередлицом. Чтобпредсказать,чтовыувидитеруку, вашкортексдолжензнать,чтоондалруке командудвигаться.Есликортексувидитвашурукудвижущейсябезсоответствующих моторныхкоманд,выбудетеудивлены.Простейшийпутьинтерпретироватьэто – предположить,чтовашмозгсначаладвигаетрукуи толькопотомпредсказываетчто , ондолженувидеть.Ясчитаю,чтоэтоневерно.Наоборот,я думаю,чтокортекссначала
предсказываетувидетьруку, и этопредсказаниеименното, чтовызываетмоторные команды,делающиепредсказаниеистинным.Сначалавыдумаете,и этозаставляетвас действовать,чтобсделатьвашимыслиправдой. Сейчасмыхотимвзглянутьнаизменения,которыепривелик тому, чточеловек обладаетсущественнорасширеннымрепертуаромповедения.Существуютли физическиеразличиямеждукортексомобезьяныи человека,которыемоглибы объяснить,почемутолькоу человекаестьречьи другоесложноеповедение? Человеческиймозгпримерновтриразабольшечеммозгшимпанзе.Ноестьнечто большеечем , «больше- значитлучше».Ключк пониманиюк скачкучеловеческого поведениянаходитсявсоединенияхмеждуобластямикортексаи частямистарого мозга.Прощеговоря,нашмозги мозгшимпанзеотличаютсясоединениями. Давайтевзглянемпоближе.Каждыйзнает,чтомозгразделяетсяналевоеи правое полушарие.Ноестьтакжеи другоеразделение,котороеменееизвестно,и именнотам мыдолжныискатьотличиячеловека.Влюбоммозге,особенновбольшом,есть разделениекортексанапереднююи заднююполовину.Ученыеиспользуюттермин антериорная дляпередней и постериорная длязадней .Разделением передней и задней половиныявляетсябольшаяборозда,называемая«central sulcus». Задняячастькортекса содержитсектора,кудаприходитвизуальная,слуховаяи осязательнаяинформация. Именнотамв основномвозникаетсенсорноевосприятие.Передняячастьсодержит областикортекса,которыезадействованыввысокоуровневомпланированиии мышлении.Онатакжесодержитмоторныйкортекс,отделмозга,наиболее ответственныйзадвижениемускулови, следовательно,формированиеповедения. Когданеокортексприматовсталсовременембольше,антериорнаяполовинастала непропорциональнобольшой,особенноу человека.Посравнениюс другимиприматами и раннимигоминидами,у насгромадныйлоб, предназначенныйдлятого,чтобвмещать нашоченьбольшойантериорныйкортекс.Нотолькоэтогоувеличениянедостаточно дляобъясненияразвитиянашихмоторныхспособностейпосравнениюс другими существами.Нашаспособностьпроизводитьисключительносложныедвижения происходитизтогофакта,чтонашмоторныйкортексимеетгораздобольше соединенийс мышцаминашеготела.У другихмлекопитающихпереднийкортекс играетменееведущуюрольв моторномповедении.Большинствоживотныхполагаются восновномнастарыечастимозгадлягенерацииихповедения.Вотличиеотэтого, кортексчеловекаузурпировалбольшуючастьмоторногоконтроляу другихчастей мозга.Есливыповредитемоторныйкортекскрысы,крысанеполучиткакоголибо заметногоущерба.Еслиповредитьмоторныйкортексчеловека,онстанет парализованным. Людичастоспрашиваютменяо дельфинах.Большойлиу нихмозг?Ответ- да;у дельфинабольшойнеокортекс.Кортексдельфинаимеетболеепростуюструктуру,чем человеческийнеокортекс(трислоявместонашихшести), ноподругимпараметрамон больше.Похоже,чтодельфинможетпомнитьи пониматьмноговещей.Онможет индивидуальнораспознаватьдругихдельфинов.Возможноу негоблестящаяпамятьо егособственнойжизни,вавтобиографическомсмысле.Возможноонзнаеткаждый уголоки каждующелкувокеане,гдеонкогдалибобыл . Нохотяондемонстрирует довольносложноеповедение,дельфинынеблизкик нам. Такчтомыможем предполагать,чтоихкортексимеетменеесущественноевлияниенаихповедение.Суть втом, чтокортексэволюционировалвосновномдляобеспеченияпамятио мире. Животныес большимкортексоммогутвосприниматьмирпочтивомногомкаквыи я. Нолюдиединственные,у когопреобладающуюпередовуюрольв , поведениииграет
кортекс.Вотпочемуу нассложныйязыки замысловатыеприспособления,тогдакаку другихмлекопитающихнет. Вотпочемумыможемписатьновеллы,бродитьв интернете,посылатьзондынаМарси строитьпрогулочныекорабли. Теперьмыможемувидетькартинуцеликом.Сначалаприродасоздалаживотных,таких какрептилиис усложненнымвосприятиеми усложненным,ноотносительноригидным поведением.Затемонаобнаружила,чтопутемдобавлениясистемыпамятии направлениявнеесенсорногопотокаживотноеможетпомнитьпрошлыйопыт.Когда животноеобнаруживаетсебявтойжесамойилиподобнойситуации,должнывсплыть воспоминания,ведущиек предсказаниютого,чтоскорейвсегодолжнопроизойти потом.Такимобразом,интеллекти пониманиеначалисьс системыпамяти,которая направлялапредсказанияв сенсорныйпоток.Этипредсказанияявляютсясутью понимания.Знатьчто-тообозначаетуметьсделатьпредсказаниеобэтом. Кортексэволюционировалвдвухнаправлениях.Вопервых,онсталбольшеи сложнее потипамвоспоминаний,которыеонможетхранить;онсталспособенпомнитьбольше вещейи делатьпредсказания,основанныенаболеесложныхотношениях.Во-вторых,он началвзаимодействоватьс моторнойсистемойстарогомозга.Дляпредсказаниятого, чтовыувидите,услышитеи почувствуетепотом,емунужнознать,какиедействия будутпредприняты.Вслучаелюдейкортексперехватилбольшуючастьнашего моторногоповедения.Вместотого,чтобыпростоделатьпредсказаниянаоснове поведениястарогомозга,человеческийнеокортексуправляетповедением,чтобы удовлетворитьсвоипредсказания. Человеческийкортексособеннобольшойи, следовательно,имеетогромнуюемкость.Он постояннопредсказываетчтовыувидите , ,услышитеи почувствуетевосновномтаким образом,чтовыэтонеосознаете.Этипредсказанияявляютсянашимимыслями,и, в комбинациис сенсорнойинформацией,ониявляютсянашимвосприятием.Яназываю этуточкузрениянамозгмоделью«память - предсказание». ЕслибыКитайскаяКомнатаСерласодержалаподобнуюсистемупамяти,котораямогла быделатьпредсказанияо том, какиекитайскиесимволыдолжныпоявиться следующимии чтопотомдолжнопроисходитьв рассказе,мымоглибыс уверенностью сказать,чтокомнатапонимаеткитайскийязыки понимаетрассказ.Теперьмыможем видеть,вчемошибалсяАланТьюринг.Предсказание,анеповедениеявляется доказательствоминтеллекта. Сейчасмыготовывдатьсявдеталиэтойновоймодели«памятьпредсказание ».Для того,чтобделатьпредсказаниябудущихсобытий,вашнеокортексдолженхранить последовательностипаттернов.Чтобывызватьсоответствующиевоспоминания, необходимозатребоватьпаттерныпоихсходствус прошлымипаттернами (автоассоциативная память).И, наконец ,воспоминания должныбытьсохранены в инвариантнойформе,такчтобызнанияо прошлыхсобытияхмоглибыбытьприменены к новойситуации,котораяпохожа,нонеидентичнапрошлой.То, каккортексразрешает этизадачи,атакжеболееполноеисследованиеегоиерархии,являетсятемой следующейглавы.
6. Как работаеткортекс Попытки понятькакработает , мозгподобны , решению гигантской головоломки из кусочковкартинки.Выможетеподходитьк еерешениюдвумяспособами.Используя подход«сверхувниз», выначинаетес того,чтоберетецельнуюкартинку,и, пользуясь ей, решаетекакиекусочкиигнорировать , ,акакиеискать.Другойподход,«снизувверх», когдавыфокусируетесьнепосредственнонасамихкусочках.Выизучаетеихнаналичие особенностейи ищитенаиболееподходящиесредидругихкусочков.Еслиу васнет цельнойкартинкирешения ,метод«снизувверх»являетсяиногдаединственнымпутем. Головоломка«познаймозг»особенноустрашающаяВотсутствиихорошего . теоретическогообоснованиядляпониманияинтеллектаученыестараются придерживатьсяподхода«снизувверх».Нозадачаоченьтрудна,есливообщене неосуществима,еслиголоволомкатакаясложная,какмозг.Чтобыощутитьтрудность, вообразитеголоволомкуснесколькимитысячамикусочков.Большинствокусочков могутбытьинтерпретированыразличнымипутями,какеслибыу каждогобыла подходящаякартинканаобоихсторонах,нотолькооднаизнихправильная.Все кусочкипочтиодинаковыпоформе,такчтовынесмоглибыопределенносказать, подходятдвакусочкаилинет. Большинствоизнихнебудетиспользовановконечном решении,новынезнаете,какиеи сколько.Каждыймесяцновыекусочкиприходятпо почте.Некоторыеизэтихновыхкусочковзаменялибыболеестарые,какеслибы разработчикголоволомкисказал,«Язнаю,чтовыработалис этимистарымикусочками нескольколет, нооказалось,чтоонинегодятся.Извините.Вместонихиспользуйтеэти новыекусочкидобудущихизвещений».К сожалению,у васнетидей,начтобудет похожконечныйрезультат;ещехуже,еслиу васбылиидеи,ноониоказались неправильными. Этааналогияс головоломкойявляетсявеликолепнымописаниемсложности,с которой мысталкиваемсяприсозданииновойтеориикортексаи интеллекта.Кусочки головоломки– этобиологическиеи поведенческиеданные,которыеученыесобрализа сотнилет. Каждыймесяцпубликуютсяновыедокументы,создающиедополнительные кусочкиголоволомки.Иногдаданныеодногоученогопротиворечатданнымдругого. Посколькуданныемогутбытьинтерпретированыразличнымиспособами,практически вовсеместьразногласия.Безтеоретическихоснований«сверхувниз»небудет консенсусавтом, чтоискать,чтонаиболееважноиликакинтерпретироватьгоры накопленнойинформации.Нашепониманиемозгазастрялонаподходе«снизувверх». Все,чтонамнужно– этотеоретическиеобоснованиядляподхода«сверхувниз». Модель«памятьпредсказание »можетвыступитьв этойроли. Онаможетпоказатьнам, какначинатьскладыватьвместекусочкиголоволомки.Чтобыделатьпредсказания, вашемукортексунуженспособпомнитьи хранитьзнанияо последовательностях событий.Чтобыделатьпредсказанияновыхсобытий,кортексдолженсформировать инвариантныепредставления.Вашемумозгунужносоздаватьи хранитьмодельмира такого,какойонесть,независимооттого,каквывидитееговразличных обстоятельствах.Зная,чтодолженделатькортекс,ведетнаск пониманиюего архитектуры,особенноегоиерархическогодизайнаи шестислойнойформы. Когдамыизучимэтитеоретическиеосновы,представленныездесьвпервые,я перейду надетальныйуровень,которыйможетбытьмногообещающимдлянекоторых читателей.Большинствоконцепций,с которымивысейчасвстретитесь,непривычны
дажедляэкспертовв нейронауках.Ноя верю,с небольшимусилиемкаждыйсможет понятьфундаментэтихтеоретическихоснов.Главы7 и 8 этойкнигигораздоменее техническиеи болееширокоисследуютследствиятеории. Нашерешениеголоволомкиможеттеперьобернутьсяк поискубиологическихдеталей, которыеподтверждаютгипотезу«памятьпредсказание »;этоподобнотому, чтомы оставимвсторонебольшойпроценткусочковголоволомки,зная,чтоотносительно небольшойпроцентоставшихсякусочковприоткроетрешение.Кактолькомы обнаружим,чтоищем,задачастанетуправляемой. Втожевремяя хочузаметить,чтоэтитеоретическиеоснованияещенезавершены. Естьмножествовещей,которыемнеещенепонятны.Номногоея ужесделал, основываясьнадедуктивномвыводе,экспериментах,выполненныхвомножестве различныхлабораторий,и знаниианатомии.Последние5 – 10 летисследователииз множестваподобластейнейронаукисследовалиидеи,подобныемоим, хотя использовалидругуютерминологиюи, насколькомнеизвестно,непыталисьсложить этиидеиводнуобщуютеорию.Ониговорятобобработке«сверхувниз»и «снизу вверх»,какпаттерныраспространяютсячерезсенсорныеобластимозгаи какважно инвариантноепредставление.Например,ГабриэльКреймани КристофКох, нейрофизиологиизКальтеха,совместнос нейрохирургомИцхакомФрейдомизUCLA, обнаружиликлетки,которыевозбуждаются,когдачеловеквидитизображениеБилла Клинтона.Однаизмоихцелей– объяснить,какобразуютсяэтиклеткиБиллаКлинтона. Конечно,всетеориидолжныделатьпредсказания,которыемогутбытьпротестированы влаборатории.Яукажунесколькотакихпредсказанийвприложении.Сейчасмызнаем, чтоискать,и оченьсложнаясистемабольшеневыглядиттакойсложной. Вследующихразделахэтойглавымыглубжеи глубжебудемзондироватьто, как работаетмодель«памятьпредсказание ».Мыначнемс широкомасштабнойструктурыи широкомасштабныхфункцийнеокортекса,и будемдвигатьсяк предстоящему пониманиюболеемелкихкусочкови того,каконискладываютсявкартинку.
Рисунок 1. Первые четыре области визуального распознавания объектов.
6.1. Инвариантное представление Ранеея изобразилкортекскакслойклетокразмеромс обеденнуюсалфетку,такойже толщины,какшестьвизиток,гдесоединениямеждуразличнымиобластямизадаютв целомиерархическуюструктуру.Сейчася хочунарисоватьдругуюкартинукортекса,
котораявысветитееиерархическиесоединения.Вообразите,чтомыразрезали обеденнуюсалфеткунафункциональныеобласти– секциикортекса,которые специализируютсянаопределенныхзадачах– и сложилиэтиобластиоднанадругую подобноблинчикам.Есливыразрежетеэтустопкуи посмотритесостороны,вы увидитерисунок1.Кортекснасамомделенепохожнаэто, каквымоглибыподумать, нокартинкапоможетвамувидеть,какпроходитинформация.Япоказалчетыре кортикальныхобласти,вкоторыеснизупоступаетсенсорнаяинформацияи течетвверх отобластик области.Заметьте,информацияходитвобоихнаправлениях. Рисунок1 представляетчетыревизуальныхобласти,задействованныхвраспознавании объектов– то, каквывидитеи узнаетекошку,храм,вашумаму,ВеликуюКитайскую Стену.Биологиобозначаютих V1, V2, V4 и IT. Визуальная информация ,представленная направленнымивверхстрелкамивнизурисунка1, возникаетвсетчаткеобоихглази идетвV1. этаинформация можетрассматриваться какпостоянно меняющиеся паттерны,распределенныеприблизительнопомиллионуаксонов,связанныхвместев оптическийнерв. Мыговорилиранеео пространственныхи временныхпаттернах,ноимеетсмысл освежитьвашупамять,посколькумыбудемссылатьсянанихоченьчасто.Вспомните, чтовашкортекс– этобольшойслойнервнойткани,которыйсодержит функциональныеобласти,специализированныенаопределенныхзадачах.Этиобласти соединяютсябольшимисвязкамиаксоновиливолокон,которыепередаютинформацию отодногорегионак другому,всеодновременно.Влюбоймоментвременинекоторое множествоволоконвозбуждаетсяэлектрическимимпульсом,называемым потенциаломдействияилиспайком,тогдакакдругиеостаютсянеактивными. Коллективнаяактивностьсвязкиволокони естьто, чтообозначаетпаттерн. Паттерн , поступающийвV1, можетбытьпространственным ,когдавашвзглядзадерживается на объекте,и временными,когдавашвзгляддвижетсяпообъекту. Какотмечалосьранее,примернотриразав секундувашиглазасовершаютбыстрое движение,называемоесаккадой,и остановку,называемуюфиксацией.Еслиученый подключитустройство,отслеживающеедвижениеглаз,выбудетеудивлены,какими отрывистымиявляютсясаккады,хотявашевизуальноеощущениенепрерывнои стабильно.Рисунок2 показываеткаку , некоторогочеловекадвижутсяглаза,когдаон смотритналицо.Заметьте,чтофиксациинепроизвольны.Теперьвообразите,чтовы моглибывидетьпаттернактивности,поступающиевV1 отглазэтогочеловека .Он меняетсяпостояннос каждойсаккадой.Несколькоразв секундукортексвидит совершенноновыйпаттерн. Вымоглибыподумать,«хорошо,ноэтовсеещетожесамоелицо,просто смещающееся».Вэтоместьдоляправды,нонетакмного,каквыдумаете. Светочувствительныерецепторыввашейсетчаткераспределенынеравномерно.Они плотносконцентрированывфовеальнойобластив центре,и постепенноредеютк периферии.Вотличиеотэтогоклеткикортексараспределеныравномерно.В результатеизображениес сетчатки,отображаемоевпервичнуювизуальнуюобластьV1, сильноискажено.Когдавашиглазафиксируютсянаносу,аненаглазутогожесамого лица,картинказначительноотличается,какеслибыеерассматриваличерез искажающиелинзы,которыепостояннодергаютсятудасюда .Нокогдавывидителицо, ононекажетсявамискаженным,и некажетсяпрыгающим.Большуючастьвременивы даженеосознаете,чтопаттерныс сетчаткиполностьюизменяются.Вывидите«просто лицо».(Рисунок2бпоказываетэтотэффектнапримеребереговоголандшафта).Это подтверждениезагадкиинвариантногопредставления,о котороммыговориливглаве
4. То, чтовывоспринимаете – этонето, чтовидитV1. Какжевсетакивашмозгузнает, чтоонвидитоднои тожелицо,и почемувынезнаете,чтопоступающаяинформация изменяющаясяи искаженная?
Рисунок 2а. Как глаза совершают саккады по человеческому лицу. Рисунок 2б. Искажение, вызванное неравномерным распределением рецепторов по сетчатке. ЕслимыпоместимэлектродывV1 и будемнаблюдать ,какотвечают отдельные клетки, мыобнаружим,чтокаждаяконкретнаяклеткавозбуждаетсятольковответна визуальнуюинформациюоткрошечнойчастисетчатки.Этотэкспериментбыл проделанмногорази являетсяопорнымв исследованиизрения.Каждыйнейронв областиV1 имееттакназываемое рецептивное полекоторое , сильноспецифично для каждоймельчайшейчастиобщегополязрения– тоесть,цельногомирапередвашими глазами.Представляется,чтоклеткивV1 совсемнезнаюто лицахмашинах , ,книгах илидругихзначительныхобъектах,которыевывидитевсевремя;они «знают»о крошечных,с игольноеушко,порцияхвизуальногомира. КаждаяклеткавV1 такженастроены наспецифические видыпоступающих паттернов . Например,конкретнаяклеткаможетактивнопульсировать,когдаонавидитлиниюили край,наклоненныйподугломв 30 градусов.Этикраясамипосебеимеютнебольшое значение.Онимоглибыбытьчастьюлюбогообъекта– половицы,стволомотдаленного пальмовогодерева,сторонойбуквыМ илиоднойизпочтибесконечногочисла возможностей.Прикаждойновойфиксации,рецептивноеполеклеткипопадаетна новуюи совершенноотличнуюпорциювизуальногопространства.Принекоторых фиксацияхклеткабудетсильновозбуждаться,надругихбудетвозбуждатьсяслабоили вообщенебудет.Такимобразом,каждыйраз,когдавысовершаетесаккаду,множество клетоквV1 вероятнее всегоизменяет своюактивность . Однако,нечтоволшебноепроисходит,есливыпомещаетеэлектродв верхнююобласть, показаннуюнарисунке1, областьIT. Здесьмыобнаруживаем некоторые клетки, которыестановятсяи остаютсяактивными,когдаобъектполностьюпоявляетсягденибудьвполезрения.Например,мымоглибынайтиклетки,которыевозбуждаются толькотогда,когдавиднолицо.Этиклеткиостаютсяактивнымидотехпор, покаваши глазавидятлицогденибудьв полевашегозрения.Ониневключаютсяи не выключаютсяприкаждойсаккадекакэтоделаютклеткив , V1. Рецептивное полеэтих клетоквIT покрывает большую частьвизуального пространства и настроено на возбуждение,когдавиднолицо.
Давайтеоткроемтайну.ПоходуохватачетырехкортикальныхэтаповотсетчаткидоIT, клеткиизменяютсяотбыстроизменяющихся,пространственноспецифичных, распознающихкрошечныекусочкиячеек,допостоянновозбужденных, пространственнонеспецифичных,распознающихобъекты.КлеткивIT говорят нам,что мывидимлицогдетовполенашегозрения .Этиклетки,называемыеобычно нейронамилица,будутвозбуждатьсянезависимооттого,наклоненолилицо, повернутоли, иличастичнозагорожено.Эточастьинвариантногопредставлениядля «лиц». Написатьэтисловакажетсятакпросто.Четырекороткихэтапа,и Вуаля,мыузнали лицо.Ниоднакомпьютернаяпрограммаилиматематическаяформуланерешаетэту задачус надежностьюи общностью,близкойк человеческомумозгу.Номызнаем,что мозгрешаетеезанесколькошагов,такчтоответнеможетбытьсложным.Однаиз основныхцелейэтойглавыобъяснить,какполучаютсянейронылица,нейроныБилла Клинтонаилидругие.Мыдоберемсядоэтого,номыдолжныохватитьсначаламного другого. Взглянемнарисунок1 по-другому.Вывидите,чтоинформациятакжетечетотвысших областейк низшимчерезсетьобратныхсвязей.Этисвязкиаксонов,которыеидутот областейвродеIT к низшимобластям вродеV4, V2 и V1. Болеетогообратных , связей много,еслинебольше,чемпрямых. Многолетученыеигнорировалиобратныесвязи.Есливашепониманиемозга сфокусированонатом, каккортекспринимаетинформацию,обрабатываетееи затем действуетнаееоснове,вамненужныобратныесвязи.Всечтовамнужно– этопрямые соединения,ведущиеотсенсорныхобластейкортексак моторным.Нокогдавы начинаетепонимать,чтофункциякортекса– предсказание,товамнеобходимоввестив модельобратныесвязи;мозгдолженпосылатьпоступающуюинформациюобратнок областям,которыеполучилиинформациюпервыми.Предсказаниетребуетсравнения того,чтопроисходити того,чтовыожидаетеТо . , чтодействительнопроисходитидет вверх,то, чтовыожидаетеидетвниз. Тежесамыепрямыеи обратныепроцессывозникаютвовсехобластяхкортекса, задействованныхвовсехорганахчувств.Нарисунке3 рядомс визуальнойстопкой блинчиковизображеныпохожиестопкидляслухаи осязания.Тамтакжеизображена чутьболеевысшаякортикальнаяобласть,ассоциативная,котораяполучаети интегрируетинформациюотнесколькихразличныхоргановчувств.Тогдакакрисунок 1 основан назнаниисоединений междучетырьмя известными областями кортекса , рисунок3 чистоконцептуальнаядиаграмма,непытающаясяохватитьдействительные кортикальныеобласти.Вреальноммозгучеловекамассакортикальныхобластей соединеныразличнымиспособами.Фактически,большаячастьчеловеческогокортекса состоитизассоциативныхобластей.Анимированнаяхарактеристика,показаннаяздесь и наследующихрисунках,предназначенадлятого,чтобыпомочьвампонять,что происходит,невводясильнов заблуждение.
Рисунок 3. Формирование инвариантного представления для слуха, зрения и осязания. Трансформация– отбыстроизменяющихсяк медленноменяющимсяи от пространственноспецифичныхк пространственноинвариантным– оченьхорошо изученадлязрения.И хотяэтонетакочевиднои требуетдоказательств,многие нейрофизиологиверят,чтотожесамоепроисходитвовсехсенсорныхобластях кортекса,нетольковвизуальных. Возьмемслух. Когдакто-торазговариваетс вами,изменениявзвуковомдавлении происходяточеньбыстро;паттерны,поступающиевпервичнуюслуховуюобласть, называемуюA1, изменяются оченьбыстро.Ноеслимымоглибыпоместить электроды чутьвышепослуховомупотоку,мынашлибыинвариантныеклетки,которыеотвечают насловаилидаженафразы.Вашслуховойкортексмогбыиметьгруппуклеток, которыевозбуждаются,когдавыслышите«спасибо»и другуюгруппуклеток, возбуждающуюсянафразу«доброеутро». Такиеклеткидолжныоставалисьбы активными,втечениевсеговысказывания,полагая,чтовыраспозналифразу. Паттерны,получаемыепервойслуховойобластьюмогутизменятьсяоченьшироко. Словоможетбытьпроизнесенос различнымакцентом,наразличнойвысотеилис различнойскоростью.Ночемвышепокортикальнойиерархии,темменеезначимыми становятсянизкоуровневыеособенности;словоестьслово,несмотрянаакустические детали.Тожесамоевернои длямузыки.Выможетеуслышать«Three Blind Mice», сыгранноенапианино,накларнетеилиспетоеребенком,и вашA1 будетполучать совершенноразличныепаттернывкаждомслучае.Ноэлектрод,помещенныйввысшие слуховыеобласти,долженобнаружитьклетки,которыемонотонновозбуждаются каждыйраз,когдаиграют«Three Blind Mice», независимо отинструмента ,темпаили другихдеталей.Такойконкретныйэкспериментнебылпроведен,конечно,потомучто онтребуетслишкомбольшихвмешательствдлячеловека,ноесливысогласны,что долженсуществоватьобщийкортикальныйалгоритм,выможетебытьуверены,что такиеклеткисуществуют.Мывидим,чтовслуховомкортексетотжесамый вид обратныхсвязей,предсказанияи инвариантноговспоминания,чтои ввизуальном. Наконец,осязаниедолжновестисебяточнотакже.Опятьже,конкретныеэксперименты небылипроведены,хотяполнымходомидутисследованиянаобезьянахс помощью аппаратуры,отображающеймозгс высокимразрешением.Посколькусейчася сижуи пишу,у меняврукеавторучка.Ятрогаюколпачокавторучки,и моипальцы поглаживаютегометаллическийдержатель.Паттерны,поступающиев мой
соматосенсорныйкортексотсенсорныхрецепторовмоейкожи,постоянноизменяются, покамоипальцыдвигаются,ноу меняпостоянноеощущениеавторучки.Водинмомент я могусогнутьметаллическийдержательпальцами,в другоймоментя этосделаю другимнаборомпальцевиливообщегубами.Многоинформации,поступающейиз различныхв соматосенсорныйкортекс.Однако,нашэлектродсновадолженнайти клеткивобластях,удаленныхнанесколькошаговотпервичной,которыеинвариантно отвечаютна «авторучку».Онидолжныоставатьсяактивными,покая поглаживаю авторучку,и им должнобытьвсеравно,откакихименнопальцевиличастеймоеготела я дотрагиваюсьдонее. Подумайтенадэтим. Слухомилиосязаниемвынеможетеопознатьобъектс одномоментногосенсорногопотока.Паттерны,поступающиеотушейилирецепторов кожисодержатнедостаточноинформациивкаждыйконкретныймоментвремени,чтоб сказатьвам,чтовыслышитеиличувствуете.Когдавывоспринимаетесериюслуховых паттернов,такуюкакмелодия,произнесенноесловоилихлопающуюдверь,иликогда вытактильноощущаетеобъект,такойкакавторучка,единственныйспособсделатьэто – использовать потокинформации вовремени .Вынеможете узнатьмелодию ,услышав однуноту, вынеможетеузнатьощущениеавторучкиоднимприкосновением.Таким образом,нейроннаяактивность,соответствующаяментальномувосприятиюобъекта, такогокакпроизнесенноеслово,должнодлитьсяповременидольше,чемотдельный паттерн.Этопростодругойспособприйтик томужесамомувыводу,чточемвыше областькортексавиерархии,темменьшеизмененийповременивыдолжнывидеть. Зрениетакжебазируетсянапотокахинформациивовремении работаеттемжесамым общимобразом,какслухилиосязание,нопосколькумыспособныузнавать индивидуальныйобъектзаоднуфиксацию,онопортитобщуюкартину.Несомненно, этаспособностьраспознаватьпространственныепаттернызакороткоевремяфиксации многиегодысбивалас путиисследователейработавшихнадмашиннымзрением , .Онив основномигнорироваликритическоезначениевремени.Хотяможновлабораторных условияхзаставитьчеловекаузнаватьобъектыбездвиженияглаз,этонеявляется нормой.Нормальноезрение,такоекакчтениеэтойкниги, требуетпостоянного движенияглаз.
6.2. Интеграция чувств Чтоженасчетассоциативныхобластей?Досихпормывидели,какинформационные потокиидутвверхи внизпоконкретнойсенсорнойобластикортекса.Потоки,идущие вниз, замещаютпоступающуюинформациюи делаютпредсказаниео том, чтомы ощутимдалее.Тежесамыепроцессывозникаютмеждуразличнымичувствами– то есть,междузрением,слухоми осязанием.Например,что-то, чтоя слышу,может привестик предсказаниютого,чтоя долженувидетьилипочувствовать.Сейчася пишу вмоейспальне.У нашейкошкиКеоестьошейник,которыйпозвякивает,когдаона ходит.Яслышуееприближающеесяпозвякиваниеизкоридора.Поэтойзвуковой информациия узнаюмоюкошку,поворачиваюголовук коридоруи входящейКео.Я ожидаюувидетьеенаоснованииеезвука.ЕслиКеоневойдетилипоявитсядругое животное,я будуудивлен.Вэтомпримере,звуковаяинформациясначалапривелак слуховомуузнаваниюКео.Информацияподняласьпослуховойиерархиик ассоциативнойобластии соединилазрениеи слух. Затемобразспустилсяобратнопо слуховойи зрительнойиерархии,ведяи к слуховому,и к зрительномупредсказанию. Рисунок4 иллюстрируетэто.
Такогородамультисенсорныепредсказаниявозникаютвсевремя.Ясгибаюдержатель моейручки, я чувствую,какдержательсоскальзываетспальцеви я ожидаюуслышать щелкающийзвук,когдадержательударитсяо корпусручки. Еслия неслышущелчка, следующегозаотпусканиемдержателя,я будуудивлен.Моймозгточнопредсказывает, когдая услышузвуки начтоондолженбытьпохож.Чтобпроисходилотакое предсказание,информацияподнимаетсячерезсоматосенсорныйкортекси спускается обратнои всоматосенсорный,и вслуховойкортекс,ведяк предсказаниюзвукаи ощущениящелчка. Другойпример:несколькоднейя ездилнаработунавелосипедеВтоутроя . шелв гаражбралвелосипеди , выкатывалегонаподъезднуюдорожку.Впроцессеэтого,я получалмножествовизуальных,тактильныхи слуховыхощущений.Велосипед ударялсяо двернойкосяк,цепьтрещалапедалиударялипомоимногам , ,и колеса вращались,когдатерлисьобпол. Впроцессевыносавелосипедаизгаражамоймозг встречалсяс плотинойзрительных,слуховыхи тактильныхощущений.Каждый сенсорныйпотокделаетпредсказаниядлядругихвесьмаскоординированнымобразом. То, чтоя вижу,ведетк точномупредсказаниютого,чтоя почувствуюи услышу,другие чувствапримернотакже.Видвелосипедаударяющегосяобкосякзаставляетменя , ожидатьуслышатьопределенныйзвуки почувствоватьподскакиваниевелосипеда. Ощущениепедалей,ударяющихсяо моиноги, заставляетменявзглянутьвнизи увидеть педалитам,гдея ихпочувствовал.Предсказаниянастолькоточны,чтоя долженсразу заметить,еслиодноизэтихощущенийбудетнемногонескоординированнымили необычным.Информацияодновременнотечетвверхи внизпосенсорнойиерархии, чтобысоздатьединыйсенсорныйопыт, включающийпредсказаниеповсеморганам чувств.
Рисунок 4. Информация течет вверх и вниз по сенсорной иерархии, чтобы сформировать предсказания и создать единый сенсорный опыт. Проведитетакойэксперимент.Прекратитечитатьи сделайтечто-нибудь,любое движение,котороевключаетдвижениевашеготелаи манипулированиеобъектами. Например,подойдитек раковинеи откройтекран.Теперь,когдавысделалиэто, попробуйтезаметитькаждыйзвук,прикосновениеи изменениеввизуальной информации.Выдолжнысконцентрироваться.Каждоедействиеглубокосвязаносо
зрением,слухоми тактильнымиощущениями.Поднимитеилиповернитекран,и ваш мозгбудетожидатьпочувствоватьдавлениенавашукожуи сопротивлениеваших мышц.Выожидаетеувидетьи почувствоватьдвижениерукояткикранаи услышать звукводывкране.Когдаводаударитсяо раковину,выожидаетеуслышатьдругойзвуки увидетьи почувствоватьбрызги. Каждыйшагсоздаетзвук,которыйвыпредвидитеосознанноилинет. Дажепростейшее действие - держаниекниги– ведетк многочисленнымсенсорнымпредсказаниям. Вообразите,чтовыпочувствовалии услышализакрытуюкнигу,новизуальноона остаетсяоткрытой.Выдолжныбытьшокированыи сбитыс толку.Какмывиделив экспериментес измененнойдверьювглаве5, выпостоянноделаетепредсказанияо мире,которыескоординированыповсемвашимчувствам.Когдая концентрируюсьна всехмелкихощущениях,я поражаюсь,каксильноинтегрированынашисенсорные предсказания.Хотяэтипредсказаниямогутпоказатьсяпростымиилитривиальными, обратитевнимание,какиеонивсепроникающиеи кактолькоонимогутпроисходитьс такойкоординациейпаттернов,следующихвверхи внизпокортикальнойиерархии. Когдавыпоймете,каквзаимосвязанычувства,выпридетек выводу,чтонеокортекс,все сенсорныеи ассоциативныеобластиработаюткакодноцелое.Да,у насестьвизуальный кортекс,ноонпростоодинизкомпонентоводнойобщейсенсорнойсистемы– изображения,звуки,прикосновенияи другиечувства,скомбинированные,текутвверхи внизпоединойиерархиисомногимиветвями. Следующийфакт:всепредсказанияобретаютсянаопыте.Мы ожидаемвнастоящеми в будущем,чтодержательавторучкибудетиздаватьщелкающийзвук,потомучтоонтак делалв прошлом.Велосипеды,ударяющиесявгаражахвыглядят , ,чувствуютсяи звучат длянаспредсказуемымобразом.Вынеродилисьс этимизнаниями;выобрелиих благодаряневероятнойспособностивашегокортексапомнитьпаттерны.Еслидля поступающеговвашмозгпаттернаестьсоответствующийпаттерн,вашмозгиспользует его,чтобыпредсказатьбудущиесобытия. Хотярисунки3 и 4 неотображаютмоторныйкортекс,выможетевообразитьегокакеще однустопкублинчиков,такжекаки сенсорнуюстопку,подсоединеннуюк сенсорной системечерезассоциативныеобласти(хотяс болеетеснымисоединениямис соматосенсорнымкортексомдлявыполнениядвиженийтела).Вэтомсмыслемоторный кортексведетсебяпочтитакже,каки сенсорныеобласти.Информацияизлюбой сенсорнойобластиможетподниматьсяк ассоциативнымобластям,чтоможетвызвать паттерн,попадающийвмоторныйкортекси приводящийк поведению.Точнотакже, каквизуальнаяинформацияможетвызватьпаттерны,идущиек слуховыми сенсорным областям,онаможетвызватьи паттерны,идущиек моторномукортексу.Впервом случаемыинтерпретируемэтипотокивверхвнизкакпредсказание .Вслучаес моторнымкортексом– какмоторныекоманды.КакуказалМонткастл,моторный кортексвыглядитточнотакже,каки сенсорный.Следовательно,каккортекс обрабатываетвозвращающиесясенсорныепредсказания,похожимобразом обрабатываети моторныекоманды. Вскоремыувидим,чтов кортексенетчистомоторныхиличистосенсорныхобластей. Сенсорныепаттерныодновременнотекути тами там– и затемвозвращаютсяповсем областямиерархии,ведяк предсказаниюилимоторномуповедению.Хотяу моторного кортексаестьнекоторыеспециальныеатрибуты,о немможнодуматьвсеголишькако частиоднойбольшойсистемы«памятьпредсказание ».Онпрактическипохожна другиеорганычувств.Зрение,слух, осязаниеи поведениеглубокопереплетены.
6.3. Новая точка зрения на V1 Следующийшагвпониманииархитектурыкортексатребуетвзглянутьна кортикальныеобластипо-другому.Мы знаем,чтовысшиеобластикортикальной иерархииформируютинвариантноепредставление.Нопочемуэтаважнаяфункция должнавозникатьтольконаверху?ДержаназадворкахмыслизамечаниеМонткастлао симметрии,я начализучатьразличныеспособы,которымимоглибысоединяться кортикальныеобласти. Рисунок1 изображаетчетыреклассическихобластивизуальногопути, V1, V2, V4 и IT, где V1 внизунанемV2, , V4 и насамомверхуIT. Каждый изнихусловно рассматриваетсяи изображенкакединая,непрерывнаяобласть.Такимобразомвсе клеткиV1 предположительно делают однои тоже,хотявразличных частях визуальногополя.ВсеклеткиV2 решают задачуподобного типаВсеклетки . V4 специализированыподобнымжеобразом. Страдиционнойточкизрения,когдаизображениелицапоступаетвобластьV1, клетки внемсоздаютгрубыйнабросоклицавтерминахпростыхлинейныхсегментови других элементарныхдеталей.Этотнабросокпоступаетв V2. ЗатемV2 делает своеделос изображением,производяболеесложныйанализчертлица,и передаетрезультатвV4, и т.д. Инвариантностьи распознаваниеобъектадостигаетсятолькотогда,когда информациядостигаетверхнейточки, IT. К несчастью,стакойточкойзрениянаV1, V2 и V4 естьнекоторые проблемы .Почему инвариантноепредставлениедолжновозникатьтольков IT? Есливсекортикальные областивыполняютодну и тужефункцию,почемуIT Должна бытьособенной ? Во-вторых,лицоможетпоявитьсяналевойстороневашегоV1 илинаправой,и вы должныузнатьего.Ноэкспериментыяснопоказывают,чтонесмежныеколонкиV1 не имеютпрямогосоединения;леваясторонаV1 неможетзнатьчтовидит , правая . Отступитеи подумайтенадэтим. РазличныечастиV1 явнозанимаются похожими вещами,таккаквсеониучаствуютвраспознаваниилица,нов тожевремяони физическинезависимы.ПодобластииликластерыV1 физически разъединены ,но делаютоднои тоже. Вконечномсчетеэкспериментыпоказывают,чтовсевысшиеобластикортекса получаютинформацию,сходящуюсяотдвухилиболеесенсорныхобластейнижепо иерархии(рисунок3). Внастоящеммозгедесяткиобластеймогутсходитьсяк ассоциативнойобласти.Новтрадиционныхинтерпретацияхнижниесенсорные области,наподобиеV1, V2 и V4 имеютразличные видысоединений .Каждая рассматривается,какеслибыу неебылтолькоодинвход– толькооднастрелка,идущая снизу– безявногосхожденияинформацииотдругихрегионов.V2 получает информациютолькоотV1 и толькоПочему . некоторые кортикальные области получаютсходящуюсяинформацию,адругие– нет?Этотакженесовместимосидеей Монткастлао единомкортикальномалгоритме. Поэтими другимпричинамя пришелк уверенности,чтоV1, V2 и V4 недолжны рассматриватьсякакединыекортикальныеобласти.Наоборот,каждаяявляется набороммножествамелкихподобластей.Давайтевернемсяк аналогиисобеденной салфеткой– плоскойверсиейкортекса.Давайтевоспользуемсяавторучкойдляразметки всехфункциональныхобластейкортексананашейкортикальнойсалфетке.Наибольшей
областьюбезоговорочноявляетсяV1, первичная визуальная область .Следующей была быV2. Ониогромныпосравнению с большинством другихобластей .Яполагаю ,чтоV1 в действительностидолжнарассматриватьсякакмножествооченьмаленькихобластей. Вместооднойбольшойобластинасалфеткемынарисовалибымножествомаленьких областей,которыевсевместезанималибыобласть,предназначеннуюдляV1. Другими словами,V1 состоитизнескольких отдельных маленьких кортикальных областей , которыенесоединяютсясосвоимисоседяминапрямую,атолькочерезвышеилиниже поиерархии.V1 имелабынаибольшее количество подобластей извсехвизуальных областей.V2 такжесостояла быизменьшего количества подобластей чутьбольшего размера.Этожебылобыверными дляV4. Носовременем ,когдавыдоберетесь до областиIT, этобудетдействительно единая область ,вотпочемуу клетокв IT «птицеглазое »видение целоговизуального мира. Вэтоместьпривлекательнаясимметрия.Давайтевзглянемнарисунок5, накотором показанатажесамаяиерархия,чтои нарисунке3, заисключениемтого,чтотам сенсорнаяиерархияизображенакакя , описалвыше.Заметьте,чтотеперькортексвезде выглядитодинаковымобразом.Возьмителюбуюобласть,и вынайдетемножество нижнихобластей,обеспечивающихсхождениеинформации.Принимающиеобласти посылаютпроекцииобратнок входнымобластям,говоряим, какиепаттерныони должныожидатьувидетьдалее.Высшиеассоциативныеобластиобъединяют информациюотнесколькихчувств,такихкакзрениеилиосязание.Нижниеобласти, подобныеподобластямV2 объединяют информацию ототдельных подобластей в V1. Областинезнают– и, конечноже,немогутзнать– чтообозначаетлюбойизихвходов. ПодобластямV2 ненужнознатьчтоониобрабатывают , информацию отнескольких частейV1. Ассоциативным областям ненужнознатьчтоониобрабатывают , информациюотзренияи слуха.Наоборот,цельлюбойкортикальнойобласти– найти, каксоотносятсяеевходы,запомнитьпоследовательностикорреляциймеждунимии использоватьэтупамятьдляпредсказаниятого,каквходыповедутсебяв будущем. Кортексестькортекс.Вездепроисходитодини тотжепроцесс:общийкортикальный алгоритм.
Рисунок 5. Альтернативный взгляд на кортикальную иерархию. Этоновоеиерархическоеописаниепомогаетнампонятьпроцесссоздания инвариантногопредставления.Давайтепоближевзглянемнато, какэтоработаетв зрительномканале.Напервомуровнеобработкилеваястороназрительногополя отличаетсяотправойсторонытакимжеобразом,какзрениеотличаетсяотслуха. ЛевыйV1 и правыйV1 формируют одини тотжевидпредставления толькопотомучто ,
нанихотображаютсяподобныепаттерныв течениежизни.Какслухи зрение,они могутрассматриватьсякакотдельныесенсорныепотоки,которыеобъединяютсявыше. ПодобныйобразоммаленькиеобластивV2 и V4 являются ассоциативными областями зрения.(подобластимогутперекрываться,ноэтофундаментальнонеизменилобы способработыэтихобластей).Интерпретациявизуальногокортексаподобнымобразом непротиворечити неизменяетчто-либо,чтонамизвестноо егоанатомии. Информациятечетвверхи внизповсемветвямиерархическогодеревапамяти. Паттернывлевомполезрениямогутпривестик предсказаниювправомполезрения темжепутем,какзвонколокольчиковмоейкошкиведетк визуальномупредсказанию того,чтоонавходитв моюспальню. Наиболееважнымрезультатомэтойновойкартиныкортикальнойиерархииявляется то, чтотеперьмыможемсказать,чтокаждаяобластькортексаформирует инвариантноепредставление.По-старомуу наснебылозавершеннойкартины инвариантногопредставления– такого,каклица– дотехпор, покаинформацияне достигалаверхнегослоя,IT, которыйвидитцельную картинумираТеперь . мыможем сказать,чтоинвариантноепредставлениевездесущеИнвариантноепредставление . формируетсявкаждойкортикальнойобласти.Инвариантностьнеявляетсячемто магическипроявляющимся,когдамыдостигаемверхнихобластейкортекса,такихкак IT. Каждая область формирует инвариантное представление изинформации от областейнижепоиерархии.Такимобразом,подобластиV4, V2 и V1 создают инвариантноепредставлениенаосноветого,чтопоступаетвних. Онимогутвидеть толькокрошечнуючастьмира,и словарьсенсорныхобъектов,с которымиони оперируют,являетсяболеепростым,ноонивыполняюттужесамуюфункцию,чтои IT. Также,ассоциативныеобластивышеIT формируют инвариантное представление паттерновотнесколькихоргановчувств.Такимобразом,всеобластикортекса формируютинвариантноепредставлениемиравизображениинижестоящихобластей. Вэтоместьопределеннаякрасота. Нашаголоволомкастронуласьс места.Мы большенезадаемсявопросом,как формируетсяинвариантноепредставлениезачетырешагаотверхадониза.Вместо этогомызадаемсявопросом,какинвариантноепредставлениеформируетсяв каждой кортикальнойобласти.Этосоздаетощущениесовершенстваеслимывсерьез , принимаемсуществованиеобщегокортикальногоалгоритма.Еслиоднаобластьхранит последовательностьпаттернов,токаждаяобластьдолжнахранитьпоследовательности. Еслиоднаобластьсоздаетинвариантноепредставление,новсеобластисоздают инвариантноепредставление.Переосознаниекортикальнойиерархииподобнотому, какизображенонарисунке5, делаетвозможнымтакуюинтерпретацию.
6.4. Модельмира Почемунеокортекспостроениерархически? Выможетедуматьо мире,перемещатьсявнем, делатьпредсказаниябудущего,потому чтовашкортексстроитмодельмира.Однаизважнейшихконцепцийэтойкниги– это то, чтоиерархическаяструктуракортексахранитмодельиерархическойструктуры мира.Вложеннаяструктурареальногомираотражаетсявложеннойструктурой кортекса.
Чтоя имелв видуподвложеннойилииерархическойструктурой?Подумайтео музыке. Нотыкомбинируются,формируяинтервалы.Интервалыкомбинируются,формируя мелодическиефразы.Фразыкомбинируются,формируямелодииилипесни.Песни комбинируютсявсборники.Подумайтео письменномязыке.Буквыкомбинируются, формируяслоги.Слогикомбинируются,формируяслова.Словакомбинируются, формируясловосочетанияи предложения.Глядяпо-другому,подумайтео вашем окружении.Оновозможносостоитиздорог,домов.Вдомахестькомнаты.Вкаждой комнатеестьстены,потолок,пол, дверьи одноилинесколькоокон. Каждаяизэтих частейсостоитизещеболеемелкихобъектов.Окнасделаныизстекла,рам, защелоки жалюзи.Защелкисделаныизещеболеемелкихчастей,вродешурупов. Наминутувзглянитенато, чтовасокружает.Паттерныс сетчаткипоступаютвваш первичныйвизуальныйкортекси комбинируются,чтобсформироватьлинейные сегменты.Линейныесегментыкомбинируются,чтобсформироватьформы.Эти сложныеформыкомбинируются,чтобсформироватьобъекты,такиекакнос. Нос комбинируетсясглазамии ртом, чтобсформироватьлицо.Лицокомбинируетсяс другимичастямитела,чтобсформироватьчеловека,которыйсидитв комнате напротиввас. Всеобъектыв миресостоятизсубобъектов,которыепоявляютсявместесогласованно; этотосамоеопределениеобъекта.Когдамыдаемчему-тоназвание,мыделаемэто, потомучтонаборсвойствсогласованнодвижетсявместе.Лицоявляетсялицомименно потому,чтодваглаза,носи ротвсегдапоявляютсявместе.Глазявляетсяглазомименно потому,чтозрачок,радужкавекии , остальноевсегдапоявляютсявместе.Тожесамое можетбытьсказаноо стульях,машинах,деревьях,паркахи ландшафтеИ . , наконец, песняестьпесня,потомучтосерииинтерваловвсегдапоявляютсявместев последовательности. Вэтомотношениимирпохожнапесню.Каждыйобъектв миресостоитизнабора мелкихобъектов,и большинствообъектовявляютсячастямибольшихобъектов.Этото, чтоя называювложеннойструктурой.Понявее,выувидитевложеннуюструктуруво всем.Вполнойаналогиис этим, вашапамятьо вещахи способ,которыммозг представляетих, сохраненыв иерархическойструктурекортекса.Вашапамятьо вашем домесостоитнеизоднойобластикортекса.Онахранитсяв иерархиикортикальных областей,которыеотражаютиерархическуюструктурудома.Широкомасштабные отношениясохраняютсявверхнейчастииерархии,амелкомасштабные– в нижней. Дизайнкортексаи метод,с помощьюкоторогообучается,естественнымпутем раскрываютиерархическиеотношенияв мире.Вынеродилисьсознаниемязыка,домов илимузыки.У кортексахитрыйалгоритмобучения,которыйестественнымпутем обнаруживаетлюбуюсуществующуюиерархическуюструктуруи захватываетее.Когда структураотсутствует,мывпадаемвзамешательство,дажевхаос. Водинмоментвременивыможетеощущатьтолькосподмножествоммира.Выможете бытьтольководнойкомнатедом, смотретьтольководномнаправлении.Попричине иерархиикортекса,выспособнызнать,чтовывдоме,в комнате,смотритевокно, даже хотявэтотмоментвашиглазафиксируютсяназащелкеокна.Высшиеобластикортекса обрабатываютпредставлениео вашемдоме,тогдакакнижниеобластипредставляют комнату,ещеболеенижниесмотрятнаокно. Аналогично,иерархияпозволяетвам знать,чтовыслушаетеи песнюи сборник,хотявлюбоймоментвременивыслышите толькооднуноту, котораясамапосебеговорит,какаянотабудетследующейОна . позволяетвамзнать,чтовыс вашейлучшейподругой,хотявашиглазафиксируютсяна
ееруках.Высшиеобластикортексаотслеживаютбольшуюкартинку,тогдакакнизшие областиактивноработаютс быстроизменяющимисямаленькимидеталями. Посколькумыможемтрогать,слышатьи видетьтолькооченьмаленькуючастьмирав любоймоментвремени,информация,поступающаявмозг,является последовательностямипаттернов.Кортексунеобходимоизучатьэти последовательности,которыевозникаютсноваи снова.Внекоторыхслучаях,такихкак мелодия,последовательностипаттерновприходятв жесткомпорядке,порядке интервалов.Большинствоизнасзнакомостакимвидомпоследовательностей.Ноя собираюсьиспользоватьсловопоследовательность вболееобщемсмысле,ближек значениюматематическоготерминамножество. Последовательность этомножество паттернов,которыеобычноследуютодинзадругим,ноневсегдавфиксированном порядке.Чтоважно,такэтото, чтопаттернывпоследовательностиследуютодинза другимвовремени,дажееслинев фиксированномпорядке. Некоторыепримерныдолжныпрояснитьэто. Когдая гляжуналицо, последовательностьвходныхпаттернов,которуюя вижу,нефиксирована,но определяетсямоимисаккадами.Водинмоментвремения могуфиксироватьв порядке «глазглазносрот», ав другоймомент– впорядкеротглаз « носглаз».Компоненты лица – этопоследовательность .Онистатистически соотносятся и обычновозникают во временивместе,хотяпорядокможетменяться.Есливывоспринимаете«лицо»,когда фиксируетесьна «нос», товероятнеевсегоследующимпаттерномбудет«глаз»или «рот»,ноне«авторучка »или«автомобиль ». Каждаяобластькортексавидитпотокитакихпаттернов.Еслипаттернысоотносятся такимобразом,чтообластьможетнаучитьсяпредсказывать,какойпаттернбудет следующим,кортикальнаяобластьформируетпостоянноепредставление,илипамять дляпоследовательности.Изучениепоследовательностейэтонаиболеебазовый ингредиентдляинвариантногопредставленияобъектовреальногомира. Объектыреальногомирамогутбытьконкретными,вродеящерицы,лицаилидвери, илионимогутбытьабстрактными,каксловоилитеория.Мозгобрабатывает абстрактныеи конкретныеобъектыодинаковымобразом.И теи другиепросто последовательностипаттернов,возникающихвместевовременипредсказуемым образом.Фактически,определенныевходныепаттерныповторяются,чтопозволяет кортикальнойобластизнать,чтоэтиобразывызваныреальнымиобъектамимира. Предсказуемостьэтоопределениереальности.Еслиобластькортексаобнаруживает, чтоонаможетнадежнои предсказуемодвигатьсяпоэтимпаттернам,используясерии физическихдвижений(такихкаксаккадыглазилискольжениепальца)и может аккуратнопредсказыватьих, когдаониразвертываютсявовремени(какзвуки, составляющиепеснюилипроизнесенныеслова),мозгинтерпретируетих, какимеющие причинно-следственныеотношения.Разногласияв многочисленныхвходных паттернах,возникающиеводноми томжеотношениисноваи сновабезочевидной причиннойсвязи,исчезающемалы.Предсказуемыепоследовательностипаттернов должныбытьчастьюбольшегореальносуществующегообъекта.Такимобразом, надежнаяпредсказуемостьявляетсянадежнымспособомузнать,чторазличные событиямирафизическисвязанывместе.У каждоголицаестьглаза,уши, роти нос. Еслимозгвидитглаза,затемделаетсаккадуи видитдругойглаз,затемещеодну саккадуи видитрот, онопределенночувствует,чтовидитлицо.
Еслибыкортикальныеобластимоглиговорить,онимоглибысказать:«Яощущаю множестворазличныпаттернов.Иногдая могупредсказать,какойпаттернбудет следующим.Ноэтипаттерныопределенносоотносятсяодинсдругим.Онивсегда возникаютвместе,и я могунадежноперепрыгиватьмеждуними. Такимобразом,когда я вижулюбоеизэтихсобытий,я ссылаюсьнанихобщимназванием.Именноэто групповоеимя, анеиндивидуальныепаттерныя передаюввысшиеобластикортекса». Такимобразом,можнобылобысказать,чтомозгхранитпоследовательности последовательностей.Каждаяобластькортексаизучаетпоследовательности, вырабатываетто, чтоя назвал«именами»дляпоследовательностей,которыеоназнает, и передаетэтиименав следующиеобластивышепокортикальнойиерархии.
6.5. Последовательности последовательностей Когдаинформациядвижетсявверхотпервичныхсенсорныхобластейк высшим уровням,мывидим,чтоонивсеменьшеи меньшеизменяютсявовремени.Впервичной визуальнойобласти,типаV1, множество активных клетокбыстроизменяется , посколькуновыепаттерныпадаютнасетчаткунесколькоразв секунду.Ввизуальной областиIT клеткивозбуждающиеся , напаттерны ,болеестабильны .Чтотам происходит?Каждаяобластькортексаимеетрепертуарпоследовательностей,которые ейизвестны,аналогичныерепертуарупесен.Областихранятэтипеснеподобные последовательностиобовсем:звукприбоя,разбивающегосяо пляж,лицовашейматери, путьотдомадоближайшегомагазина,какпроизноситьслово«попкорн»,кактасовать колодукарт. У насестьназваниядляпесен,и подобнымобразомкаждаякортикальнаяобластьимеет названиядлякаждойизпоследовательностейкоторыеоназнает , .Это«имя»- группа клеток,совместноевозбуждениекоторыхпредставляетнаборобъектовв последовательности.(Незадумывайтесьсейчасо том, каквыбираютсяэтигруппы клеток;мыпридемк этомупозже).Этиклеткиостаютсяактивными,покаидет последовательность,и именноее«имя»передаетсяв следующуюобластьпоиерархии. Покапоступающиепаттерныявляютсячастьюпредсказуемойпоследовательности, областьвыдаетпостоянно«имя»дляследующейобластивышепоиерархии. Этокакеслибыобластисказали:«Вотимяпоследовательности,которуюя слышу,вижу илиощущаю.Вамненужнознатьо конкретныхнотах,краяхили текстурах.Явамдам знать,еслипроизойдетчто-тоновоеилинепредсказуемое».Болееконкретномыможем вообразитьобластьIT наверхушке визуальной иерархии ,передающую эстафету ассоциативнымобластямвышенее:«Явижулицо.Да,с каждойсаккадойглаза фиксируютсянаразличныхчастяхлица;я вижуразличныечастилицатам, гдеони должныбыть.Ноэтовсеещетожесамоелицо.Ядамвамзнать,когдаувижучто-то другое».Подобнымобразомпредсказуемыепоследовательностисобытийстановятся идентифицированными«именем»- постояннымпаттерномвозбужденныхклеток.Это происходитсноваи сновапомерепродвиженияпоиерархическойпирамиде.Одна областьмоглабыраспознатьпоследовательностьзвуков,которыесоставляютфонемы, и передаетпаттерны,представляющиефонемы,вышестоящейобласти.Вышестоящая областьраспознаетпоследовательностьфонем,чтобсоставлятьслова.Следующая вышестоящаяобластьраспознаетпоследовательностислов,чтобсоставитьфразы,и т.д. Примитевовнимание,что «последовательности»в нижнихобластяхкортексамогут
бытьоченьпростыми,такимикаквизуальноепространственноедвижениекраячеголибо. Свертываниемпредсказуемойпоследовательностив «именованныйобъект»в каждой кортикальнойобластипоиерархиимыдостигаемвсебольшейи большейстабильности, чемвышемынаходимся.Этосоздаетинвариантноепредставление. Обратныйэффектвозникает,когдапаттерндвижетсяобратновнизпоиерархии: стабильныйпаттерн«раскрывается»впоследовательность.Предположим,когдавы училисьвседьмомклассе,вызаучивалиГеттисбергскоепослание,и сейчасвыхотите повторитьего.Ввысшихречевыхобластяхкортексахранитсяпаттерн, представляющийизвестнуюречьЛинкольна.Во-первых,этотпаттернразворачивается ввоспоминаниео последовательностифрази предложений.Вследующейобластиниже поиерархиикаждаяфразаразворачиваетсяввоспоминаниео последовательностислов. Вэтомместеразворачивающийсяпаттернраздваиваетсяи идетвнизи послуховой частикортекса,и помоторной.Следуяпомоторномупути, каждоеслово разворачиваетсяввоспоминаниео последовательностифонем.И, наконец,в нижней областикаждаяфонемаразвертываетсявпоследовательностьмышечныхкоманддля произнесениязвуков.Чемнижепоиерархиивысмотрите,тембыстреесменяются паттерны.Единый,неизменныйпаттерннавершинемоторнойиерархиив конечном счетеприводитк сложнойи длиннойпоследовательностизвуковречи. Инвариантностьтакжеработаетвнашупользу,когдаинформацияидетвнизпо иерархии.ЕсливыхотитенапечататьГеттисбергскоепосланиевместотого,чтоб произнести,всеначинаетсяс тогожесамогопаттернанавершинеиерархии.В следующейобластинижепоиерархиипаттернразворачиваетсявфразы.Ещениже фразыразворачиваютсявслова.Досихпорнетразницымеждутем, произносится Геттисбергскоепосланиеилипечатается.Новследующейобластинижепоиерархии моторныйкортексвыбираетдругойпуть.Словаразворачиваютсявбуквы,буквы разворачиваютсявмышечныекомандыдлятого,чтобвашипальцыпечатали." Four score and seven years ago our fathers brought forth…"– воспоминание обэтихсловах обрабатываетсякакинвариантноепредставление;неимеетзначения,произносители вы, печатаетеилипишетеихотруки. Заметьте,вамненужнозапоминатьречьдважды, одинраздляпроизнесения,один– длянаписания.Единоевоспоминаниеобэтойречи можетприниматьразличныеформыповедения.Влюбойобластиинвариантный паттернможетразветвитьсяи следоватьразличнымипутями. Какдополнительнаяэффективность,представлениео простыхобъектахнанижних уровняхиерархииможетбытьмногократноиспользованодляразличных высокоуровневыхпоследовательностей.К примеру,нетнеобходимостиизучатьодну последовательностьсловдляГеттисбергскогопосланияи совершеннодругую– для речи " I Have a Dream" МартинаЛютера Кингадаже , еслитольконекоторые словавдвух высказыванияхсовпадают.Иерархиявложенныхпоследовательностейпозволяет разделятьи многократноиспользоватьнизкоуровневыеобъекты– слова,фонемыи буквы– всеголишьотдельныепримеры.Этозамечательныйэффективныйспособ хранитьинформациюо миреи егоструктуре,и онсильноотличаетсяоттого,как работаеткомпьютер. Тажесамаяразвертываемаяпоследовательностьвозникаеткаквсенсорных,таки в моторныхобластях.Этотпроцесспозволяетвосприниматьи пониматьобъектыс различныхточекзрения.Есливыидетек холодильнику,чтобвзятьмороженого,ваш визуальныйкортексактивеннамножествеуровней.Навысшемуровневыпостоянно
воспринимаете«холодильник».Вобластяхнижеэтивизуальныеожидания разбиваютсянасериюболеелокализованныхвизуальныхпаттернов.Взглядна холодильниксостоитизфиксацийнадвернойручке,надозаторемороженого,на магнитахдвери,надетскихрисункахи такдалее.Занесколькомиллисекунд,когдавы производитесаккадус однойчертыхолодильниканадругую,предсказаниео результатекаждойсаккадыидетвнизповизуальнойиерархии.Покаэтипредсказания подтверждаютсяотсаккадык саккадевашивысшиевизуальныеобластиостаются , удовлетвореннымитем, чтовыфактическисмотритенахолодильник.Заметьте,чтов этомслучае,вотличиеотфиксированногопорядкасловвГеттисбергскомпослании, последовательность,которуювывидите,когдасмотритенахолодильник,не фиксирована;потокинформациии паттернывоспоминанийзависятотвашихдействий. Такимобразом,вслучае,подобномэтому,развертываниепаттернанеявляетсяжесткой последовательностью,норезультаттотжесамый;медленноменяющийся, высокоуровневыйпаттернразвертываетсявболеебыстроменяющиеся,низкоуровневые паттерны. Способ,которымвызапоминаетепоследовательностии представляетеихименами, когдаинформациятечетвверхи внизпокортикальнойиерархии,можетнапомнитьвам иерархиювоенныхкоманд.Генералынаармейскойверхушкеговорят:«Выдвинуть войскавоФлоридуназиму». Простаявысокоуровневаякомандаразворачиваетсявболее детальныепоследовательностикоманд,когдаонапросачиваетсявнизпоуровням иерархии.Нижестоящеекомандованиепонимает,чтокомандатребует последовательноститакихшагов,какподготовкак покиданиюстаройпозиции, транспортировкивоФлоридуи подготовкик прибытиюнановоеместо.Каждыйизэтих шаговразбиваетсянаещеболееподробные,чтоббытьвыполненнымиподчиненными. Внизуиерархиитысячиотдельныхструктурвыполняютдесяткитысячдействий, приводящихврезультатек перемещениювойск.Отчетыо том, чтопроисходит, генерируютсянакаждомуровне.Когдаонипросачиваютсявверхпоиерархии,они сноваи сновасуммируются,дотехпор, покагенералнаверхнемуровнеиерархине получиткраткийотчет:«ПеремещениевоФлоридупроизошлоуспешно».Генералне вникаетвдетали. Изэтогоправилаестьисключение.Есличто-тоидетнетаки неможетбытьвыполнено наподчиненныхуровняхпоцепочкекоманд,тоотчетидетвверхпоиерархиидотех пор, покакто-тонебудетзнать,чтоделатьдалее.Офицер,которыйзнает,как разрешитьситуацию,невидитисключения.Чтобылонепредвиденнойпроблемойдля подчиненных,всеголишьследующаязадачавегосписке.Офицерзатемдаетновую командуподчиненным.Неокортексведетсебяподобнымобразом.Какмыувидим вскоре,когдавозникающиесобытия(другимисловами- паттерны)неожидаемы, информацияо нихпоступаетнаверхпокортикальнойиерархиидотехпор, покакакаянибудьобластьнесможетобработатьее.Еслинижниеобластикортексанесмогут предсказать,какойпаттернонивидят,онирассматриваютэтокакошибкуи передают ошибкувверхпоиерархии.Этоповторяетсядотехпор, покакакаятообластьне предскажетпаттерн. *** В силусвоейконструкции ,каждая кортикальная область пытается хранитьи вспоминатьпоследовательности.Ноэтовсеещепростоеописаниемозга.Необходимо добавитьнемногоусложнениявэтумодель.
Информация,идущаяснизувверхк областямкортекса– этовходныепаттерны, распределенныепотысячами миллионамаксонов.Этиаксоныприходятизразличных областейи содержатвсевидыпаттернов.Количествопаттернов,котороевозможно даженатысячеаксонов,больше,чемколичествомолекулвовселенной.Завремяжизни областькортексавидяттолькокрошечнуюдолюэтихвозможныхпаттернов. Здесьвозникаетвопрос:Когдаотдельнаяобластьхранитпоследовательность,то последовательностьчегоименноонахранит?Ответвтом, чтообластьсначала классифицируетинформацию,какоднуизограниченногоколичествавозможностей,и толькопотомищетпоследовательность.Вообразите,чтовы – отдельнаякортикальная область.Вашазадача– сортироватькусочкицветнойбумаги.Вампредоставилидесять корзин,каждаяизкоторыхпомеченаобразцомцвета.Однакорзинадлязеленых,другая дляжелтых,третьядлякрасныхи такдалее.Вамдаюткусочкицветнойбумаги,одинза другим,и велятсортироватьихпоцветам.Каждаяполученнаявамибумажкаслегка отличается.Посколькувмиребесконечноеколичествоцветов,выникогданеполучите двухбумажеквточностиодногои тогожецвета.Иногдалегкосказать,вкакуюкорзину должнабытьпомещенацветнаябумажканоиногдаэтосложно , .Бумажкакоторая , наполовинукрасная,анаполовинуоранжеваяможетбытьпомещенавлюбуюкорзину , , новыдолжныпоместитьтольководнуизниз, либовкрасную,либоворанжевую,даже еслипридетсявыбиратьпроизвольно.(Цельданногоупражнения– показать,чтомозг долженклассифицироватьпаттерны.Областикортексаделаютэто, нонетничего подобногокорзинам,в которыеклалисьбыпаттерны.) Теперьвамдалидополнительноезаданиенайтипоследовательность.Вызамечаетечто , частовозникаетпоследовательность«красныйкрасныйзеленыйпурпурныйоранжевый зеленый».Выназываетеэто «ККЗПОЗ»- последовательностью.Заметьте,чтони одну последовательностьневозможнораспознать,есливынеклассифицируетекаждый кусочекбумаги.Безпредварительнойклассификациикаждогокусочкабумагик одной издесятикатегорийвынесможетесказать,чтодвепоследовательностиявляются одинаковыми. И так,выпонялизадачуи выполняетеее.Высобираетесьпросматриватьвсевходные паттерны– кусочкицветнойбумаги,поступающиеизнизшихкортикальныхобластей– классифицироватьихи искатьпоследовательности.Обашага,классификацияи формированиепоследовательностинеобходимыдлясозданияинвариантного представления,и каждаяобластькортексаделаетэто. Процессформированияпоследовательностиокупается,когдаинформация неоднозначна,каквслучаескусочкомбумаги,которыйпопадаетиногдамежду красными оранжевым.Выдолжнывыбратькорзинудлябумажки,дажеесливыне уверены,болеекраснаяонаилиболееоранжеваяЕсливызнаетенаиболееподходящую . последовательностьдляэтойсериивходныхпаттернов,выиспользуетеэтознаниедля того,чтобрешить,какклассифицироватьнеоднозначнуюинформацию.Есливы уверены,чтовыв «ККЗПОЗ»последовательности,потомучтовытолькочтополучили двекрасных,зеленуюи пурпурную,выожидаетечтоследующаябумажкабудет , оранжевой.Носледующийкусокбумагиоказываетсянеоранжевым.Наоборот,он совершеннонетаммеждукрасными синим. Онможетбытьдажеслегкакрасным,чем оранжевым.Новызнакомыс ожиданием«ККЗПОЗ»-последовательности,и следовательно,выпомещаетебумажкуворанжевуюкорзину.Выиспользуетеконтекст знанияпоследовательностидляразрешениянеоднозначности.
Мывидим,чтоэтотфеноменпроисходитпостоянновкаждодневномопыте.Когда человекговорит,егоконкретныесловаоченьчастонемогутбытьпонятыбезконтекста. Нокогдавыслышитенеоднозначноеслововпредложении,вынезаморачиваетесьна неоднозначностислова.Выпонимаетеего.Аналогичнорукописныесловачастонеясны безконтекста,ночасточитаемывнутрицелогопредложения.Большуючастьвремени вынеосведомлены,чтовыощущаетенеоднозначностьилинеполнотуинформации.Вы слышитето, чтоожидаетеуслышать,и видитето, чтоожидаетеувидеть– покрайней мере,когдато, чтовывидитеи слышите,удовлетворяетвашемупрошломуопыту. Заметьте,памятьо последовательностяхпозволяетвамнетолькоразрешать неоднозначностив полученнойинформации,нотакжепредсказывать,какая информациядолжнапоступитьдалее.Покавашкортекссортируетцветнуюбумагу,вы можетесказатьчеловеку,подающемувамбумагу:«Эй,еслитысомневаешьсякакую , бумажкудать,то, помоимвоспоминаниям,этодолжнабытьоранжевая».Распознавая последовательностипаттернов,кортикальныеобластибудутпредсказыватьбудущую информациюи говоритьнижестоящимобластям,чегоонидолжныожидать. Областькортексанетолькоизучаетпоследовательности,онатакжеобучается модифицироватьихклассификацию.Скажем,выначалис наборакорзин,помеченных «зеленые »,«желтые »,«красные »,«пурпурные »и «оранжевые ».Выготовыраспознавать последовательность«ККЗПОЗ»также,каки другиекомбинацииэтихцветов.Ночто еслицветбудетсильноотличаться?Чтоесликаждыйраз,когдавывидите последовательность«ККЗПОЗ»,пурпурныйнередкосильноотличается?Новыйцвет большепохожнаиндиго.Такчтовызаменяетепурпурнуюкорзинуна «индиго».Теперь корзиналучшесоответствуеттому,чтовывидите;высократилинеоднозначность. Кортекспластичен. Вкортикальныхобластяхклассификацииснизувверхи последовательностисверху внизпостоянновзаимодействуют,изменяясьвтечениежизни.Вэтомсутьобучения. Фактически,всеобластикортексапластичны,такимобразомонимогут модифицироватьсяс накоплениемопыта.Формированиеновыхклассификацийи новых последовательностей– этоименното, каквыпомнитемир. Напоследок,давайтевзглянемнато, какклассификацияи предсказание взаимодействуютвобластикортексавышепоиерархии.Другоеназначениевашего кортекса– передатьввышестоящуюобластьимяпоследовательности,которуювы видите,такимобразом,выпередаетекусочекбумагис надписью«ККЗПОЗ».Этибуквы самипосебемалочтозначатдлявышестоящейобласти;имя – этопростопаттерн, которыйкомбинируетсяс другойинформацией,классифицируетсяи затемпередается вещеболеевышестоящиеобласти.Подобновам,онотслеживаетпоследовательности, которыеонвидит.Внекоторыймоментонможетсказатьвам:«Эй,еслиты сомневаешьсячтопередатьмне , , то, помоимвоспоминаниям,я предсказываючтоэто , должнабытьпоследовательностьЖЖКЗЖ ‘ ’».Этопосутидлявасинструкцияо том, что искатьввашемсобственномвходномпотоке.Вылучшебудетеинтерпретироватьто, какуюпоследовательностьвидите. Посколькубольшинстволюдейслышалитерминклассификация паттернов, используемыйвисследованияхпоИИи помашинномузрению,давайтевзглянемнато, какэтотпроцессвегообычномпониманииотличаетсяоттого,чтоделаеткортекс.В попыткахзаставитьмашиныраспознаватьобъектыисследователиобычносоздают шаблоны– скажем,изображениечашки,илинекоторыйпрототипчашки– и затемдают машинеинструкциисопоставлятьпоступающуюинформациюспрототипом.Если
обнаруживаетсяблизкоесовпадение,компьютерскажет,чтоонобнаружилчашку.Нов нашеммозгунетшаблоновподобныхэтому,и паттерны,которыеполучаеткаждая областькортекса,непохожинакартинки.У васнетвоспоминанийо мгновенных снимкахс вашейсетчатки,илимгновенныхснимковпаттерновотулиткиилиоткожи. Иерархическоепредставление,являющаясяпамятьюобобъектах,распределенопо кортикальнойиерархии;онанерасполагаетсяводнойточке.Также,посколькукаждая областьформируетинвариантныевоспоминания,то, чтообычнообластькортекса изучаетвпоследовательностяхвинвариантнойформе,самопосебеи является последовательностьюинвариантныхвоспоминаний.Выненайдетеизображениячашки иликакоголибодругогообъекта ,хранящегосяввашеммозге. Вотличиеотпамятивидеокамеры,вашмозгпомнитмиртаким,какойонесть,ане таким,каконвидится.Когдавыдумаетео мире,вывспоминаетепоследовательности паттернов,которыесоответствуюттому, чемявляютсяи каксебяведутобъектымира,а нетому, каконипредставляютсячерезтеилииныеорганычувствв любоймомент времени.Последовательности,спомощьюкоторыхвыполучаетеопытобобъектах мира,отражаютинвариантнуюструктурусамогомира.Порядок,вкоторомвы воспринимаетечастимира,определяетсяструктуроймира.Например,выможете попастьв самолет,идяпрямопопереходу-«рукаву»,нонечерезпунктрегистрациина рейс.Последовательности,с помощьюкоторыхвывоспринимаетемир, являются реальнойструктуроймира,и ониименното, чтопомниткортекс. Незабывайте,однако,чтоинвариантноепредставлениевлюбойобластикортекса можетбытьразвернутовдетальноепредсказаниетого,какситуацияпоявитсявваших органахчувств,путемраспространенияпаттернавнизпоиерархии.Аналогично инвариантноепредставлениевмоторномкортексеможетбытьразвернутов моторные команды,специфическиевданнойситуации,путемраспространенияпаттернавнизпо моторнойиерархии.
6.6. На что похожа область кортекса Сейчася собираюсьобратитьвашевниманиенаотдельнуюобластькортекса,однуиз тех,чтоизображенынарисунке5. Нарисунке6 такаяобластьпоказанаболеедетально. Мояцельпоказатьвам,какклеткив областикортексамогутзапоминатьи вспоминать последовательностипаттернов,чтоявляетсянаиболеесущественнымэлементомдля формированияинвариантногопредставленияи предсказаний.Мыначнемс описания, каквыглядитобластькортекса,и каконаобразуется.Кортикальныеобласти значительноотличаютсяпоразмерам,наиболеекрупные– впервичныхсенсорных областях.V1, например ,размером с паспорт в смыслеплощади ,которая оназанимает на кортексе.Но, какя указалранее,в действительностионасостоитизмножествамелких областейразмеромс буквунаэтойстранице.Сейчасдавайтепредположим,что типичнаякортикальнаяобластьразмеромс небольшуюмонету.
Рисунок 6. Слои и колонки в кортикальной области. Вспомнитео шестивизитках,о которыхя упоминалвглаве3, гдекаждаявизитка представляетотдельныйслойкортикальнойткани.Почемуговорято слоях?Есливы возьметенашукортикальнуюобластьмонетногоразмераи поместитееепод микроскоп,выувидите,чтоплотностьи формаклетокизменяетсяпомеретого,каквы движетесьсверхувниз. Этиотличиязадаютслои. Верхнийслой,называемыйпервым, наиболееотличныйотостальных.Внемоченьмалоклеток,и онсостоит преимущественноизпереплетенияаксонов,идущихпараллельнокортикальной поверхности.Слои2 и 3 выглядятпочтиодинаково.Внихсодержитсямножество плотноупакованныхпирамидальныхклеток.Вслое4 клеткизвездообразнойформы.В слоепятькакобычныепирамидальныеклетки,таки сверхбольшиепирамиды.Нижний слой,слой6 такжесодержитнесколькоуникальныхтиповнейронов. Визуальномыобнаруживаемгоризонтальныеслои, нооченьчастоученыеговорято колонкахклеток,которыеидутперпендикулярнослоям.Выможетедуматьо колонках како вертикальных«модулях»изклеток,работающихсовместно.(Терминколонка вызываетмножестводебатовв содружественейроученых.Ихразмеры,функциии значимостьспорны.Длянашихцелей,однако,выможетедуматьвобщихтерминахо колончатойархитектуре,с существованиемкоторойсогласнывсе.) Слоивнутрикаждой колонкисоединяютсяаксонами,которыеидутвверхи внизи соединяютсясинапсами попути. Колонкиневыделяютсяподобноколоннамс четкимиграницами– в кортексе нетничегопростого– нообихсуществованииможнодогадыватьсяисходяиз несколькихфактов. Однапричина– этото, чтовертикальновыровненныеклеткивкаждойколонкеимеют тенденциюактивизироватьсявответнаодини тотжестимул.Еслимывзглянем поближенаколонкив V1, мыобнаружим ,чтонекоторые отвечают налинейные сегменты,которыенаклоненыводномнаправлении(/), адругиеотвечаютналинейные сегменты,наклоненныевдругомнаправлении(\). Клеткив каждойколонкесильно связаны,именнопоэтомуколонкацеликомотвечаетнаодини тотжестимул.В особенности,активныеклеткивслое4 заставляютстановитьсяактивнымиклеткив слоях2 и 3, чтозатемприводитк активизацииклетоквслоях5 и 6. Активность распространяетсявверхи внизпоклеткамколонки.
Другаяпричина,почемумыговоримо колонках,лежитвтом, какформируетсякортекс. У эмбрионаединственнаяклеткапредшественникмигрируетизвнутреннейполости мозгатуда,гдеформируетсякортекс.Каждаяизэтихклетокделитсяи создаетоколо сотнинейронов,называемыхмикроколонкой,которыеповертикалисоединяютсятак, какя толькочтоописал.Терминколонка частонеточноиспользуется толькодля описанияразличныхфеноменов;онможетссылатьсянавертикальныесоединенияили наспецифическиегруппыклетокотодногои тогожепредка.Используяпоследнее определение,мыможемсказать,чтов человеческомкортексеприблизительно несколькосотенмиллионовмикроколонок. Чтобыувидетьэтуколончатуюструктуру,вообразитеотдельнуюмикроколонку толщинойв человеческийволос.Возьмитетысячиволоси отрежьтеотнихочень короткийсегмент– скажем,высотойс буквуi безточкиВыровняйте . этиволоскиили колонкии склейтеихввидеоченьплотнойкисточки.Затемсоздайтеслойиздлинных, оченьтонкихволос– представляющихаксоныизслоя1 – и приклейтеих горизонтальноповерхслояизкороткихволосинок.Этопохожийнакисточкуслой являетсяоченьупрощенноймодельюмаленькойкортикальнойобласти.Информация течетвосновномвнаправленииэтихволос:горизонтальнов слое1 и вертикальнов слояхсовторогопошестой. Естьещеоднадетальо колонках,которуювамнеобходимознать,и затеммыприступим к тому,длячегоэтовсе.Приблизкомрассмотрениимывидим,чтокакминимум90 процентовсинапсовнаклеткахв каждойколонкеприходитизвнеэтойколонки. Некоторыесоединенияприходятотсоседнихколонок.Другиеприходятсдругой половинымозга.Какжемыможемговоритьо значимостиколонок,еслитакмного кортикальныхсоединенийраспространяютсявбокнабольшихрасстояниях? Ответвмодели«памятьпредсказание ».В 1979, когдаВернонМонткастлуказал,что существуетединыйкортикальныйалгоритм,он такжепредположил,чтокортикальные колонкиявляютсябазовымвычислительныммодулемкортекса.Однако,оннезнал, какуюфункциювыполняютколонки.Яверю,чтоколонкиявляютсябазовыммодулем предсказания.Чтобыколонкамоглапредсказать,когдаонадолжнаактивизироваться, онадолжназнать,чтопроисходитвдругихместах– отсюдасинаптическиесоединения с различныхнаправлений. Скоромывдадимсявдетали,новотобзортого,почемунамнадознатьэтотвид соединенийвмозге.Дляпредсказанияследующейнотывпесневамнужнознать названиепесни,в какомместепеснивынаходитесь,скольковременипрошлос момента последнейнотыи какаябылапоследняянота.Большоечислосинаптических соединений, соединяющихклеткив колонкахс другимичастямимозгаобеспечивает каждуюколонкуконтекстом,которыйейнужендлятого,чтобпредсказатьее активностьвомножестверазличныхситуаций. *** С ледующеечтонамнеобходиморассмотреть , – какэтималенькиекортикальные области(и ихколонки)посылаюти получаютинформациювверхи внизпо кортикальнойиерархии.Сначалавзглянемнавосходящийпоток,которыйимеет относительнопрямоймаршрут,отображенныйнарисунке7. Вообразите,чтомы смотримнакортикальнуюобластьс еетысячамиколонок.Рассмотримв большом масштабетолькоодну.Сходящаясяинформацияотнижестоящихобластейвсегда приходитвслой4 – основнойвходнойслой.Попутивходныепутиформируют
соединениявслое6 (мыувидимпозже,почемуэтосущественно).Клеткислоя4 затем посылаютпроекциивверхк клеткамв слоях2 и 3 внутриколонки.Когдаколонка отправляетинформациювверх,большинствоклетокслоев2 и 3 посылаютаксоныко входномуслоюколонокследующейвышестоящейобласти.Такимобразоминформация течетотобластик областивверхпоиерархии. Информация,идущаявнизпокортикальнойиерархииимеетменеепрямоймаршрут, чтоизображенонарисунке8. Клеткислоя6 являютсяотправителяминисходящих соединенийколонкии проецируютсянаслой1 виерархическинижестоящихобластях. Вслое1, аксонраспространяетсянабольшиедистанциив низшихкортикальных областях.Такимобразоминформация,текущаявнизпоиерархииотоднойколонки имеетвозможностьактивизироватьмножествоколоноквнижестоящейобласти.Вслое 1 оченьмалоклеток,ноклеткислоев2, 3 и 5 имеютдендриты в слое1, такимобразом клеткимогутбытьвозбужденыобратнымисвязями,идущимичерезслой1. Аксоны, идущиеотклетоквслоях2 и 3 формируютсинапсывслое5, когдаонипокидают кортекс,и, предположительно,возбуждаютклеткивслоях5 и 6. Такимобразоммы можемсказать,чтокогдаинформациятечетвнизпоиерархии,еепутьболееизвилист. Онаможетразветвитьсяпомножествуразличныхнаправленийчерезраспределениев слое1. Обратнаяинформационнаясвязьначинаетсяс клеткивслое6 в области,вышепо иерархии;онараспространяетсяпослою1 внижестоящихобластях.Некоторыеклетки вслоях2, 3 и 5 внижестоящихобластяхвозбуждаются,и некоторыеизнихвозбуждают клеткислоя6, которыепроецируютнаслой1 в ещеболеенижестоящихпоиерархии,и такдалее.(Есливыизучитерисунок8, будетгораздопонятнее.)
Рисунок 7. Восходящиеинформационные потоки в кортикальную область Вотпредварительныесведенияо том, почемуинформацияраспределяетсяпослою1. Чтобыпреобразоватьинвариантноепредставлениевконкретноепредсказание требуетсяспособностьрешатьотмоментак моменту,какимпутемпосылатьсигнал, когдаонраспространяетсявнизпоиерархии.Слой1 обеспечиваетспособ преобразованияинвариантногопредставленияв болеедетальноеи конкретное представление.Какя говорилвыше,выможетевспомнитьГеттисбергскоепослание либов устной,либовписьменнойформе.Общеепредставлениеидетпоодномуиздвух путей,одиндляустной,другойдляписьменнойречи. Аналогично,когдая слышу
следующуюнотумелодии,моймозгдолженвзятьинтервал,напримерквинту,и преобразоватьеек конкретнойноте,такойкакДоилиСоль.Горизонтальныепотоки активностипослою1 обеспечиваютмеханизмдляэтого.Чтобывысокоуровневое инвариантноепредсказаниераспространилосьвнизпоиерархиии сталоконкретным предсказанием,мыдолжныиметьмеханизм,которыйпозволяетпотокампаттернов ветвитьсянакаждомуровне.Слой1 отвечаетвсемтребованиям.Мымоглибы предсказатьегонеобходимость,дажееслибымынезналио егосуществовании.
Рисунок 8. Нисходящиеинформационные потоки в кортикальной области. Последнийанатомическийштрих:когдааксоныпокидаютслой6 чтобуйтивдругие места,ониупаковываютсяв оболочкуизбелойжировойсубстанции,называемой миелином.Этатакназываемоебелоевеществопохоженаизоляциюэлектрических проводовввашемдоме.Онопомогаетпредотвратитьискажениесигналови повысить скоростьихпрохождения,увеличиваяеедодвухсотмильвчас. Когдааксоныпокидают белоевещество,онивходятвновуюкортикальнуюколонкув слой6. *** В конечном счетеестьещеодинметоднепрямой коммуникации кортикальных областей. Преждечемя опишуеговдеталях,я хочунапомнитьвамобавтоассоциативнойпамяти, котораяобсуждаласьвглаве2. Каквыпомните,автоассоциативнаяпамятьможетбыть использованадляхраненияпоследовательностейпаттернов.Когдавыходгруппы искусственныхнейроновиспользуетсякакобратнаясвязьнавходывсехнейронов,и к обратнойсвязидобавляетсязадержкатопаттерныобучаютсяследоватьодинзадругим , впоследовательности.Яверю,чтокортексиспользуеттотжесамыйбазовыймеханизм дляхраненияпоследовательности,хотяс небольшимидополнительными ухищрениями.Вместотого,чтобформироватьавтоассоциативнуюпамятьизнейронов,
онформируетавтоассоциативнуюпамятьизкортикальныхколонок.Выходвсех колонокнаправляетсяк слою1. Такимобразом,слой1 содержитинформациюо том, какиеколонкибылитолькочтоактивны. Давайтепройдемсяпоэлементам,какпоказанонарисунке9. Ужедавноизвестно,что особеннобольшиеклеткивслое5 вмоторномкортексе(областьM1) направляет прямые соединенияк мышцами моторнымобластямвспинноммозге.Этиклеткибуквально приводятвдействиемышцыи заставляютвасдвигаться.Когдавылибоговорите, печатаетеиливыполняетекакиетосложныедействия,этиклеткивозбуждаются скоординированнымобразом,заставляявашимышцысокращаться.
Рисунок 9. Как текущеесостояние и моторное поведение широко взаимодействуют через таламус. Совсемнедавноисследователиоткрыли,чтогигантскиеклеткивслое5 могутиграть рольвповедениивдругихчастяхкортекса,нетольковмоторныхобластях.Например, большиеклеткив визуальномкортексепроецируютсяначастьмозга,управляющую движениемглаз.Такимобразом,визуальныеобластикортекса,такиекакV2 и V4, не толькообрабатываютвизуальнуюинформацию,нотакжевлияютнадвижениеглаз,и следовательнонато, чтовывидите.Большиеклеткислоя5 наблюдаютсяповсему неокортексу,вовсехобластях,претендуянаболеезначительнуюрольвовсехвидах движений. Вдополнениек поведенческойроли, аксоныэтихбольшихклетокслоя5 раздваиваются. Однаветвьидетк частимозга,называемойталамусом,показаннойнарисунке9 круглымобъектом.Таламусчеловекаимеетформуи размердвухяицнебольшихптиц. Онрасполагаетсяв самомцентремозга,наверхушкестарогомозгаи окруженбелым веществоми кортексом.Таламусполучаетмножествоаксоновотвсехчастейкортексаи посылаетаксоныобратнок темжесамымобластям.Большинстводеталейэти соединенийизвестно,носампосебеталамуссложнаяструктураи егорольневполне ясна.Ноталамуснеобходимдлянормальнойжизни;повреждениеталамусаведетк постоянномувегетативномусостоянию.
Естьнесколькопутейизталамусав кортекс,нотолькоодининтересеннамсейчас.Этот путьначинаетсявбольшихклеткахслоя5, которыепроецируютсянасчитающийся неспецифическимклассталамическихклеток.Неспецифическиеклеткипроецируют аксоныобратновслой1 вомногиеразличныеобластикортекса.Например,клетки5-го слоясовсейплощадиобластейV2 и V4 посылают аксонывталамус ,аталамус посылает информациюобратновслой1 навсюплощадьобластейV2 и V4. Другиечастикортекса делаюттожесамое;клетки5-гослояс различныхкортикальныхобластей проецируютсянаталамус,которыйпосылаетинформациюобратнок 1-муслоюэтихже самыхи ассоциированныхобластей.Япредполагаючтоэтиконтурывточности , похожинаобратныесвязисзадержками,которыепозволяютмодели автоассоциативнойпамятизапоминатьпоследовательности. Ясейчасдолженупомянутьо двухпутяхпоступленияинформациивслой1. Вышестоящиеобластикортексараспространяютактивностьпослою1 нижестоящих областей.Активныеколонкивэтихобластяхтакжераспространяютактивностьчерез слой1 втехжесамыхобластяхчерезталамус.Мы можемдуматьобэтихвходахвслой1 како названиипесни(входизвышестоящихобластей)и како позициивпесне (задержанная активность отактивных колоноквэтойжеобластиТаким ). образом ,слой 1 принимает большинство тойинформации ,которая намнужнадляпредсказания того, когдаколонкадолжнабытьактивной– имяпоследовательностии позицияв последовательности.Используяэтидвасигналавслое1, областькортексаможет запоминатьи вспоминатьмножествопоследовательностейпаттернов.
6.7. Как работают области кортекса: детали Держав умеэтитривещи– схождениепаттернов,идущихвверхпоиерархии, расхождениепаттерновидущихвнизпоиерархиии обратнаясвязьсзадержкойчерез таламус– мыможемприступитьк рассмотрениютого,какобластикортексавыполняют необходимыеимфункции.Вотчтомыхотимзнать: 1. Какобластькортексаклассифицируетпоступающуюинформацию(аналогично корзинам)? 2. Каконазапоминаетпоследовательностипаттернов(такиекакинтервалы мелодииилипоследовательности«глазносглаз»прирассматриваниилица)? 3. Каконаформируетпостоянныепаттерныили «названия»последовательностей? 4. Каконаделаетконкретныепредсказания(встречапоездавправильноевремя илипредсказаниеконкретнойнотывмелодии)? Давайтеначнемс предположения,чтоколонкивобластикортексапохожинакорзины, которыемыиспользовалиприклассификациицветныхбумажекКаждаяколонка . представляетметкукорзины.Клеткив слое4 в каждойколонкеполучаютвходные волокнаотнесколькихобластейнижеи возбуждаются,еслипоступаетправильная комбинация.Когдавозбуждаютсяклеткивслое4, это «вынесениерешения»о том, что информацияудовлетворяетметке.Поаналогиис сортировкойбумажекинформация , можетбытьнеоднозначной,такчтовозможнонесколькоколонокмогусоответствовать этойинформации.Мыхотим,чтобыобластькортексапринималаоднозначное решение;бумажкалибокрасная,либооранжеваянонетои , другоеодновременно. Колонкас наиболееинтенсивнымвходомдолжнапредотвратитьвозбуждениедругих колонок.
Вмозгеестьклетки,которыеделаютименноэто. Ониинтенсивнотормозятдругие нейронывсоседнихколонках,эффективноприводятолькок одномупобедителю.Эти тормозныеклеткивоздействуюттольконаобласть,окружающуюколонку.Таким образом,дажееслиимеетсязначительноеторможение,всеравнобольшинствоколонок вобластиможетбытьактивнымиодновременно.(В реальноммозгенетничего,чтобы представлялосьединственнымнейрономиликолонкой).Длятого,чтобоблегчить дальнейшеепонимание,выможетевременнопредположить,чтообластьвыбирает однуи толькооднуколонкупобедителя .Нодержитевуме,чтоодновременнобудут активнымножествоколонок.Актуальныйпроцесс,используемыйобластьюкортекса дляклассификацииинформациии то, каконазапоминает,слишкомсложнои недо концапонятно.Янебудупытатьсяпротащитьвасчерезвыводы.Вместоэтогоя хочу предположить,чтообластькортексаклассифицируетинформациюкакнаборактивных колонок.Затеммысможемсфокусироватьсянапоследовательностяхи названиях последовательностей. Каккортикальнаяобластьхранитпоследовательностьклассифицированных паттернов?Яужепредлагалответнаэтотвопрос,ноя невдавалсяв детали.Вообразите, чтовыколонкаизнейронов,и информацияизнижележащихобластейзаставляетодну изклетокслоя4 возбуждаться.Высчастливыи клеткаизвашего4-гослоязаставляет такжевозбуждатьсяклеткивслоях2 и 3, затем5 и 6. Колонкацеликомстановится активной,когдавозбужденаизнижестоящихобластей.Вашиклеткивслоях2,3 и 5 имеюттысячисинапсоввслое1. Еслинекоторыеизэтихсинапсовактивны,когда возбуждаютсяклеткивслоях2, 3 и 5, этисинапсыусиливаются.Еслиэтопроисходит достаточночасто,этисинапсывслое1 становятсянастолькосильными,чтозаставляют возбуждатьсяклеткивслоях2, 3 и 5 дажеесликлетки4-гослояневозбуждены– значит, некоторыеколонкимогутактивизироваться,даженеполучаяинформацииот нижестоящихобластейкортекса.Вэтомслучаеклеткивслоях2, 3 и 5 обучаются предсказыватьмомент,когдаонидолжнывозбудитьсяотпаттернавслое1. До обученияколонкаможетстановитьсяактивнойтолькоесливозбуждаетсяиз 4-гослоя. Послеобученияколонкаможетактивизироватьсячастичнопопамяти.Когдаколонка активизируетсяотсинапсов в слое1, ейлегчевозбудитьсяотнижестоящихобластей. Этопредсказание.Еслибыколонкамоглаговорить,онасказалабы: - «Когдая активизироваласьв прошлом,определенноемножествосинапсовв слое1 были активны.Такчтокогдая сноваувижуэтоопределенноемножество,я начну возбуждатьсязаранее». Вспомните,чтополовинаинформациипоступаетвслой1 отклеток5-гослоявсоседних колонкахи областяхкортекса.Этаинформацияпредставляетто, чтопроисходило моментомранее.Онапредставляетколонки,которыебылиактивныдотого,какстала активнавашаколонка.Онапредставляетпредыдущийинтервалмелодии,или последнеечтоя , видел,илипоследнеечтоя , чувствовалилипредыдущуюфонемув речи, которуюя слушаю.Еслипорядок,вкоторомвозникаютэтипаттерны,постоянен, токолонкизапоминаютпорядок.Онибудутвозбуждатьсяодназадругойвправильной последовательности. Другаяполовинаинформацииприходитвслой1 отклетокслоя6 в вышестоящих областях.Этаинформацияболеестационарна.Онапредставляетназвание последовательности,которуювывданныймоментощущаетеЕсликолонки . – музыкальныеинтервалы,тоэтоназваниемелодии.Есликолонки– фонемы,тоэто слово,котороевыслышите.Есликолонки– слова,тосигналсверху– этопредложение. Такимобразоминформацияв слое1 представляети названиепоследовательностии последнийееэлемент.Вэтомслучаеопределенныеколонкимогутвходитвсостав
различныхпоследовательностейбезвсякойпутаницы.Колонкиучатсявозбуждатьсяв правильномконтекстеи вправильномпорядке. Преждечемдвинутьсядальше,я долженуказать,чтонетолькосинапсыв слое1 участвуютвзапоминаниитого,когдаколонкадолжнастатьактивной.Какя упоминал ранее,клеткиполучаюти посылаютинформациювомножествоокружающихколонок. Вспомните,чтоболее90 процентоввсехсинапсовприходятотклетокиздругих колонок,и большинствоэтихсинапсоврасполагаютсяневслое1. Например,клеткив слоях2, 3 и 5 имеюттысячисинапсоввслое1, нотакжетысячисинапсоввих собственномслое.Общаяидеяв том, чтоклеткиищутлюбуюинформацию,которая поможетим предсказать,когдаонидолжныбытьактивизированнымиснизу.Обычно активностьвблизкорасположенныхколонкахкоррелирует,такимобразоммывидим множествопрямыхсоединенийк близлежащимколонкам.Например,еслилиния движетсячерезвизуальноеполе,онабудетактивизироватьсоответствующиеколонки. Часто,однако,информация,необходимаядляпредсказанияактивностиколонки,более глобальна,вэтомслучаеиграетрольслой1. Еслибвыбылинейрономвколонке,выбы незнали,чтообозначаетлюбойизэтихсинапсов,все,чтовызналибы – этото, чтоони помогаютвампредсказать,когдавыдолжныактивизироваться. *** С ейчасдавайтерассмотримвыводтого,какобластькортексаформируетназвание последовательности.Сновавообразите,чтовыобластькортекса.Вашиактивные колонкиизменяютсяс поступлениемновойинформации.Выуспешновыучили порядок,вкоторомколонкистановятсяактивными,азначит,некоторыеизклеток становятсяактивнымидоприбытияинформацииизнижестоящихобластей.Какую информациювыпосылаетевобластькортексавышепоиерархии?Мы виделиранее,что клеткиввашихслоях2 и 3 посылаютаксонывследующуюобластьвышепоиерархии. Активностьэтихклетокявляетсявходнойинформациейдлявышестоящихрегионов.Но тутестьоднапроблема.Длятого,чтобработалаиерархия,выдолжнытранслировать постоянныйпаттернвтечениезапомненнойпоследовательности;выдолжны передаватьназваниепоследовательности,нонееедетали.Дотого,каквызапомните последовательность,выможетепередаватьдетали,нопослетого,каквыеезапомнили и способныуспешнопредсказывать,какиеколонкибудутактивными,выдолжны передаватьтолькопостоянныйпаттерн.Однако,я ещенепоказалвам,какэтосделать. Какподразумеваетсясейчас,выбудетепередаватьв ответналюбойизменившийся паттерн,независимооттого,можетеливыпредсказатьего.Когдалюбаяколонка становитсяактивной,клеткивееслоях2 и 3 будутпосылатьсигналвверхпоиерархии. У кортексадолженбытьспособудерживатьпостоянныйпаттерн,передаваемыйв вышестоящиеобластивтечениезапомненнойпоследовательности.У насдолженбыть способотключитьвыходотклетокслоев2 и 3, когдаколонкапредсказываетсвою активность,илинаоборот,сделатьэтиклеткиактивными,когдаколонканеможет предсказатьсвоюактивность.Этоединственныйспособсформироватьпостоянный паттерн.
Рисунок 10. Формирование постоянного названия для запомненной последовательности. Окортексенедостаточноизвестно,чтобыточноутверждатькаконэтоделает , .Ямогу вообразитьнесколькоспособов.Яопишунаиболеепредпочитаемыймнойсейчас,но имейтев виду,чтоболееважнаконцепция,чемконкретныйметод.Создание постоянного«названия»паттерна– требованиеэтойтеории.Все,чтоя могусейчас показатьэтото, чтосуществуетправдоподобныймеханизмдляпроцессаименования. Сновавообразите,чтовыколонка,какпоказанонарисунке10. Мы хотимпонять,каквы обучаетесьпредставлятьв вышестоящуюобластьпостоянныйпаттерн,когдавыможете предсказатьсвоюактивность,и изменяющийсяпаттерн– когданеможете.Давайте начнемс предположения,чтовслоях2 и 3 естьнесколькоклассовнейронов.(В дополнениек несколькимтипамтормозящихнейроновмногиеанатомыразличают типынейронов,которыеониназываютслоями3аи 3б, такчтоэтопредположениене беспочвенно). Давайтетакжепредположим,чтоодинкласснейронов,называемыйнейронамислоя2, учатсязадерживатьактивность,покадлитсязаученнаяпоследовательность.Группа такихнейроновпредставляетназваниепоследовательности.Онипредоставляют постоянныйпаттернвышестоящейкортикальнойобласти,поканашаобластьможет предсказывать,какиеколонкистанутактивными.Еслинашаобластькортекса запомнилапоследовательностьизтрехразличныхпаттернов,тонейроныв слое2 всех колонок,представляющихэтипаттерныдолжныоставатьсяактивными,покавнутри последовательности.Ониявляютсяназваниемпоследовательности. Теперьдавайтепредположим,чтоестьещеодинкласснейронов,нейроныслоя3б, которыеневозбуждаются,еслинашаколонкауспешнопредсказываетпоступающий паттерн,новозбуждаются,когдаонанепредсказаласвоюактивность.Нейроныслоя3б представляютнеожиданныйпаттерн.Онивозбуждаются,когдаколонкастановится активнойнеожиданно.Онивозбуждаютсякаждыйраз,когдаколонкастановится активнойдотого,какобучится.Нопомереобученияпредсказаниюактивности нейроныслоя3 становятсявсеспокойнее.Слои2 и 3бсовместноудовлетворяютнашим требованиям.Дообученияи теи другиеактивизируютсяи дезактивируютсявтактс колонкой,нопослеобучениянейроныслоя2 остаютсяпостоянноактивными,а нейроныслоя3 становятсямолчащими.
Какэтинейроныобучаютсяэтому?Во-первых,давайтерассмотрим,какзаставить замолчатьнейроныслоя3б, когдаколонкауспешнопредсказываетсвоюактивность. Скажем,естьдругойнейрон,расположенныйвышевслое3б, аслое3а. У этогонейрона естьтакжедендритывслое1. Егоединственнаяцель– предотвратитьвозбуждение нейронавслое3б, когдаонвидитсоответствующийпаттернв слое1. Когданейроны слоя3авидятзаученныйпаттернвслое1, онибыстроактивизируюттормозящие нейроны,которыепредотвращаютвозбуждениенейроновслоя3б. Всеэтомоглобы остановитьвозбуждениенейроновслоя3б, когдаколонкакорректнопредсказывает активность. Теперьдавайтерассмотримболеесложнуюзадачу– удержаниепостояннойактивности втечениеизвестнойпоследовательностипаттернов.Этосложнее,потомучто различныемножестванейроноввслое2 вомножестверазличныхколонокдолжны оставатьсяактивнымивсевместе,дажекогдаихиндивидуальныеколонкинеактивны. Воткакя себеэтопредставляю.Нейроныслоя2 моглибыобучатьсястановиться активнымитолькоотиерархическивышестоящихобластейкортекса.Онимоглибы формироватьсинапсыпреимущественнос аксонамиизслоя6 извышестоящих областей.Нейроныслоя2 моглибытакимобразомпредставлятьпостоянноеимя паттернаотвышестоящейобласти.Когдавышестоящаяобластькортексапосылает паттернвнизк слою1 нижестоящейобласти,множествонейроновв слое2 в нижестоящейобластидолжностатьактивными,представляявсеколонки,которые являютсячленамипоследовательности.Посколькуэтинейроныслоя2 также проецируютсяобратноввышестоящуюобласть,онидолжныформировать полустабильнуюгруппунейронов.(Этоотличаетсяоттого,еслибыэтинейроны оставалисьактивнымипостоянно.Онивозможновозбуждаютсясинхроннов некотором ритме).Этокакеслибывышестоящаяобластьпосылалабыназваниемелодиивслой1 ниже.Этособытиезаставляетмножествонейроновслоя2 возбуждаться,те, у которых колонкадолжнабытьактивной,когдаслышитсямелодия. Всуммеэтимеханизмыпозволяюткортексузапоминатьпоследовательности,делать предсказанияи формироватьконстантныепредставления,или «названия» последовательностей.Этобазоваяоперациядляформированияинвариантного представления. *** Какмыделаемпредсказанияо событиях,которыемыникогдараньшеневидели?Как мывыбираемизмножестваинтерпретацийвходнойинформации?Какобластькортекса делаетконкретноепредсказаниеизинвариантноговоспоминания?Яприводил несколькопримеровранее,такихкакпредсказаниеточнойследующейнотывмелодии, когдавашапамятьпомниттолькоинтервалымеждунотами,притчуо поездеи процесс вспоминанияГеттисбергскогопослания.Вэтихслучаях единственнымпутемрешения проблемыявляетсяиспользованиепоследнейконкретнойинформациидля преобразованияинвариантногопредсказаниявконкретное.Перефразируяэтов терминахкортекса,мыдолжныскомбинироватьпрямойпотокинформации (актуальную информацию )с обратным потокоминформации (предсказание в инвариантнойформе). Вотпростойпример,как,я думаю,этопроисходит.Скажем,вы – областькортексаи вам сказалиожидатьмузыкальныйинтервалвеличинойвквинту.Колонкиобласти представляютвсевозможныеинтервалы,такиекакДо-Ми, До-Соль,Ре-Ляи тому подобное.Вамнеобходиморешить,какаяизвашихколонокдолжнаактивизироваться.
Когдаобластьвышеговоритваможидатьквинту,оназаставляетнейроныслоя2 возбуждатьсявовсехколонках,которыеявляютсяквинтами,такиекакДо-Соль,Ре-Ляи Ми-Си. Нейроныслоя2 в колонках,представляющихдругиеинтервалы,неактивны. Сейчасвыдолжнывыбратьоднуизколонокизмножествавозможныхквинт. Информация,поступающаяввашуобласть,являетсяконкретнойнотой.Еслипоследняя нота,которуювыслышали,былаРе, товсеколонки,представляющиеинтервал, начинающийсянаРе, такиекакРе-Ми и Ре-Си, частичноактивизируютсявходной информацией.Такимобразом,теперьвслое2 у насактивнывсеколонки,являющиеся квинтами,и вслое4 у насидетчастичноевозбуждениевовсехколонках, представляющихинтервалы,начинающиесянаРе. Пересечениеэтихдвухмножеств даетнамответ,колонку,представляющуюинтервалРе-Ля (см. рисунок11). Каккортекснаходитэтопересечение?Вспомните,чторанеея упоминалфакт,что аксоныотнейроновизслоев2 и 3 восновномформируютсинапсывслое5, когдаони покидаюткортекс,и аналогично,аксоны,идущиевслой4 изнижележащихобластей кортексаформируютсинапсывслое6. Пересечениеэтихдвухсинапсов(сверхувнизи снизувверх)даетнамвсе,чтонеобходимо.Нейроныслоя6, получающиеактивностьиз обоихканалов,возбуждаются.Нейроныслоя6 представляютто, чтопомнениюобласти кортексапроисходит,конкретноепредсказание.Еслибынейроныслоя6 могли говорить,онимоглибысказать:«Ячастьколонки,представляющейнечто.Вмоем конкретномслучаемояколонкапредставляетмузыкальныйинтервалРе-Ля. Другие колонкиобозначаютдругое.Яговорюотлицавсейкортикальнойобласти.Когдая становлюсьактивным,этообозначает,чтомыверим,чтомузыкальныйинтервалРе-Ля либоужевозник,либовозникнет.Ямогбыстатьактивным,потомучтоинформация снизувверхотухазаставляетнейроныслоя4 вмоейколонкевозбуждатьвсюколонку. Илимояактивностьмоглабыобозначать,чтомыузналимелодиюи предсказываем следующуюконкретныйинтервал.Влюбомслучаемояобязанностьсказать нижестоящимобластямкортексато, чтопонашемумнениюпроисходит.Я представляюнашуинтерпретациюмира,несмотрянато, являетсялиэтоистинойили простовоображаемо.»
Рисунок 11. Как область кортекса делает конкретное предсказание из инвариантных воспоминаний. Позвольтемнеописатьэто, используядругуюмысленнуюкартинку.Вообразитедва кусочкабумагисмножествоммаленькихдырочек.Этидырочкив бумагепредставляют колонки,у которыхнейроны вслоях2 и 3 активны,нашеинвариантноепредсказание. Дырочкинадругойбумагепредставляютколонкис частичнымвозбуждениемот нижестоящихобластей.Есливыположитеоднубумажкуповерхдругой,некоторыеиз этихдырочексовпадут,другиенет. Совпавшиедырочкипредставляютколонки, которыедолжныбытьактивными. Этотмеханизмнетолькоделаетконкретныепредсказания,онтакжеразрешает неоднозначностив сенсорнойинформации.Оченьчастоинформация,поступающаяв областькортекса,являетсянеоднозначной,какмывиделивслучаесцветными бумажками,иликогдавыслышитеполуискаженноеслово.Этотмеханизм сопоставленияпотоковинформацииснизувверхи сверхувнизпозволяетвамвыбрать издвухилиболееинтерпретаций.Выбрав,высообщаетевашуинтерпретацию нижестоящейобласти. Вкаждыймоментвашегободрствования,каждаяобластьнеокортексасравнивает множествоожидаемыхколонок,возбуждаемыхсверху,с множествомнаблюдаемых колонок,возбужденныхснизу.Пересечениеэтихдвухмножестви естьто, чтомы воспринимаем.Еслибмыимеетидеальнуюинформациюи идеальноепредсказание,то множествовоспринимающихколоноквсегдасодержалосьбывмножестве предсказываемых.Частотакогосогласияненаблюдается.Методкомбинирования частичногопредсказанияс частичнойвходнойинформациейрешаетпроблему неоднозначностиинформации,онвосполняетнедостающиекусочкиинформациии выбираетмеждуальтернативнымиточкамизрения.Именнотакмыкомбинируем ожидаемыйинвариантныйк тонуинтервалс последнейуслышаннойнотойдля предсказанияследующейконкретнойнотымелодии.Именнотакмырешаем,является ликартинкавазойилипаройлиц. Именнотакмынаправляемнашмоторныйпоток либодлятого,чтобнаписать,либочтобысказатьГеттисбергскоепослание. Вконцеконцов,в дополнениек проекциивнижестоящиеобласти,нейроныслоя6 могутпосылатьинформациюобратнок нейронамслоя4 своейсобственнойколонки. Когдаониделаютэто, нашепредсказаниестановитсявходнойинформацией.Именно этопроисходит,когдамымечтаемилидумаем.Этопозволяетнамвидетьследствия нашихсобственныхпредсказаний.Мыделаемэтонередковтечениедня, когда планируембудущеерепетируемречь , ,и беспокоимсяо предстоящихсобытиях. АрхитекторкортикальныхмоделейСтивенГроссбергназываетэто «folded feedback» («закольцованные обратные связи»). Япредпочитаю называть «воображением ». *** П оследнеезамечаниепреждечеммызавершимэтотраздел.Янесколькоразуказывал, чточащевсегото, чтомывидим,слышимиличувствуемзависитотнашихсобственных действий.То, чтомывидим,зависитоттого,кудасовершилисаккадунашиглазаи как мыповернулиголову.То, чтомычувствуем,зависитоттого,какмыдвигаемнаши пальцыи конечности.То, чтомыслышим,иногдазависитоттого,чтомыговорими делаем.
Такимобразом,чтобыпредсказать,чтомыпочувствуемдалее,мыдолжнызнать,какие действиямыпредпримем.Моторноеповедениеи сенсорноевосприятиесильно взаимозависимы.Какмыможемделатьпредсказания,еслито, чтомыпочувствуем далее,восновномрезультатнашихсобственныхдействий?К счастью,есть неожиданноеи элегантноерешениеэтойпроблемы,хотянекоторыедеталинепонятны. Первоенеожиданноеоткрытиев том, чтовосприятиеи поведениевосновномоднои то же.Какя упоминалранее,большинство,еслиневсеобластикортекса,дажевизуальные области,участвуютвсозданииповедения.Нейроныслоя5, которыепроецируютсяв таламуси затемвслой1 также,видимо,имеютмоторнуюфункцию,потомучтоони одновременнопроецируютсявмоторныеобластистарогомозга.Такимобразом,знание о том, «чтосейчаспроизойдет»- и сенсорноеи моторное– доступновслое1. Втораянеожиданнаявещьи следствиепервойто, чтомоторноеповедениетакже должнобытьпредставленовиерархииинвариантногопредставления.Выгенерируете движение,необходимоедлявыполненияопределенногодействия,размышляянадего выполнениемвинвариантнойк деталямформе.Когдамоторнаякомандаидетвнизпо иерархии,онатранслируетсявсложныеи детальныепоследовательности,требуемые длявыполнениятойактивности,которуювыожидаетеЭтопроисходити . в моторном кортексе,и всенсорномкортексе,чтостираетразличиемеждуними. ЕслиобластьIT визуальногокортексавоспринимает«нос», простоедействиепереключенияна представлениедля«глаза»генерируетсаккаду,необходимуюдлятого,чтобсделать предсказаниереальным.Конкретнаясаккаданеобходимаядляпереводавзглядас , носа наглазизменяетсявзависимостиоттого,гдерасположенолицо.Близкорасположенное лицотребуетбольшейсаккады;лицоподальшетребуетсаккадупоменьше. Наклоненноелицотребуетсовершениясаккадыподуглом,отличающимсяоттого, когдалицостоитровно.Деталинеобходимойсаккадыопределяютсякакпредсказание увидетьдвижение«глаза» к V1. Саккада становится всеболееи болееконкретной по мерепродвижениявнизпоиерархии,приводяврезультатек саккаденаводящейваши , фовеальныеобластиточнонацельилиблизкок ней. Давайтевзглянемнадругойпример.Еслимненужнофизическипереместитьсяиз комнатыв кухню,все,чтомоему мозгудостаточно– этопереключитьсяс инвариантногопредставлениякомнатынаинвариантноепредставлениекухни. Это переключениевызываетсложнуюразворачивающуюсяпоследовательность.Процесс генерациипоследовательностипредсказанийтого,чтоя увижу,почувствуюи услышу покаидуизкомнатынакухню,такжегенерируети последовательностьмоторных команд,которыезаставляютменяидтиизкомнатынакухнюи перемещатьвзглядтак, какнадо.Предсказаниеи моторноеповедениеработаютрукаобруку,когдапаттерны идутвверхи внизпокортикальнойиерархии.Какбыстранноэтони звучало,когда задействованоповедение,вашепредсказаниенетолькопредсказываетощущения,оно определяетощущения.Мысльо следующемпаттерневповедениивызываеткаскад предсказанийтого,чтовыдолжныощутитьпосле.Когдакаскадпредсказаний разворачивается,онгенерируетмоторныекоманды,необходимыедляуспешного завершенияпредсказания.Думая,предсказываяи выполнение– эточастиодногои того жепроцессаразворачиванияпоследовательностейвнизпокортикальнойиерархии. «Выполнение »черезразмышление ,параллельное разворачивание перцептивного и моторногоповедения– этосутьтого,чтоназываетсяцеленаправленнымповедением. Целенаправленноеповедение– этоСвятойГраальробототехники.Онвстроенвкортекс.
Конечно,мыможемотключитьмоторноеповедение.Ямогуразмышлятьо разглядываниичего-либо,насамомделеневидяэтого,и я могуразмышлятьо походе накухню,насамомделенеделаяэтого.Норазмышлениео выполнениичего-либо– это буквальноначалотого,какмыделаемчто-то.
6.8. Вверхи вниз Давайтеотойдемслегканазади поразмышляемо том, какинформациядвижетсявверх и внизпокортикальнойиерархии.Когдавыдвижетесьвмире,внизшиеобласти кортексапопадаютизменяющиесяпаттерны.Каждаяобластьпытается интерпретироватьеепотокпаттерновкакчастьизвестнойпоследовательности паттернов.Колонкипытаютсяпредсказатьсвоюактивность.Еслиу нихполучается,они передаютстабильныйпаттерн,имяпоследовательностив вышестоящуюобласть.И снова,какеслибыобластьсказала:«Яслышупесню,вотееназвание.Веедеталяхя разберусьсама.» Ночтоеслипридетнеожиданныйпаттерн,неожиданнаянота?Иличтоеслимыувидим что-то, чтонеявляетсячастьюлица?Неожиданныйпаттернавтоматическипередается вышестоящейкортикальнойобласти.Этопроисходитестественнымпутем,когда возбудятсянейроныизслоя3б, которыенеявляютсячастьюожидаемой последовательности.Вышестоящаяобластьможетбытьспособнапонятьэтотновый паттернкакчастьеесобственнойпоследовательности.Онамоглабысказать:«О, я вижу, чтопришлановаянота.Можетбыть,этоперваянотаследующейпеснивсборнике. Оченьпохоже,поэтомуя предсказываючтомыдолжныперейтик , следующейпесне. Нижестоящаяобласть,вотназваниеследующейпесни,которая,какя думаю,выдолжны сейчасуслышать».Ноеслиэтогораспознаваниянепроисходит,неожиданныйпаттерн продолжаетраспространятьсявверхпоиерархиидотехпор, поканекотораявысшая областьнесможетпроинтерпретироватьегокакчастьеенормальной последовательностисобытий.Чемвышенеожиданныйпаттернподнимется,тем большеобластейкортексабудетвовлеченовобъяснениенеожиданнойинформации. Наконец,когдаобластьгдетовверхуиерархиидумает ,чтосможетпонять неожиданноесобытие,онагенерируетновоепредсказание.Этоновоепредсказание распространяетсявнизпоиерархиидотехпор, покаполучается.Еслиновое предсказаниеневерное,будетобнаруженаошибкаи сноваонабудеткарабкатьсявверх поиерархиидотехпор, покакакаялибообластьнесможетпроинтерпретироватьеекак частьееактивнойвданныймоментпоследовательности.Такимобразоммыможем увидеть,какнаблюдаемыепаттерныидутвверхпоиерархии,апредсказания– внизпо иерархии.Видеале,еслибымирбылизвествени предсказуем,большинствопотоков вверхвнизпроисходилибымгновеннои возникалибывнижележащихобластях кортекса.Мозгбыстропытаетсяобнаружить,какаячастьегомоделимира соответствуетнеожиданнойинформации.Толькотогдаонпойметэтуинформациюи будетзнать,чегоожидатьдальше. Еслия идуобычнымпутемпокомнатевмоемдоме,совсемнемногоошибокбудет распространятьсявверхпокортикальнойиерархии.Глубокозаученные последовательностимоегодомамогутбытьобработанывнизшихобластяхвизуальной, соматосенсорнойи моторнойиерархии.Язнаюкомнатунастолькохорошо,чтомогу пройтипонейдажевтемноте.Мояосведомленностьобокруженииэффективно освобождаетбольшуючастьмоегокортексадлядругихзадач,такихкакразмышлениео мозгеи написаниекниг. Однако,еслибыя попалвнезнакомуюкомнату,особеннов такую,котораяотличаетсяотлюбойизкомнат,которыея виделранее,мненужнобыло
бынетолькосмотретьи видеть,кудая иду, нонеожиданныепаттерныпостоянно поднималисьбынасамыйверхкортикальнойиерархии.Чембольшемойсенсорный опытнесоответствуетзаученнымпоследовательностям,тембольшеошибоквозникало бы. Втакойнестандартнойситуациия несмогбыбольшедуматьо мозге,потомучто большаячастьмоегокортексауделялабывниманиепроблемамнавигациипокомнате. Этораспространеннаяситуациядлялюдей,которыевыходятизсамолетавнезнакомой стране.Тогдакакдорогимогутказатьсяпохожиминате, к которымвыпривыкли, машинымогутпроноситьсянепотойсторонеулицы,деньгибудутстранными,язык непонятным,и поисктуалетаможетзанятьвсювашукортикальнуюмощь.Не пытайтесьпроизноситьдлинныеречи, когдаидетепочужойстране. Ощущениенеожиданногопонимания,момент«Ага!»можетбытьобъясненвэтой модели.Вообразите,чтовысмотритенанеоднозначнуюкартинку.Заполненная чернильнымикляксамии разбросаннымилиниями,онанепохожаниначто. Онане имеетсмысла.Когдакортекснеможетнайтикакиелибовоспоминания , соответствующиепоступающейинформации,возникаетзамешательство.Вашиглаза сканируютвседеталикартинки.Новаяинформацияполностьюпоступаетнавершину вашейкортикальнойиерархии.Высокоуровневыйкортекспробуетмножество различныхгипотез,но, когдаэтипредсказанияидутвнизпоиерархии,каждаяизних конфликтуетс поступающейинформациейи кортексвынужденпробоватьснова.В процессеэтогозамешательствавашмозгполностьюзанятпопыткамипонятькартинку. Вконцеконцов,выделаетевысокоуровневоепредсказание,котороеоказывается правильным.Когдаэтопроисходит,предсказаниеначинаетсянаверхушке кортикальнойиерархиии успешнораспространяетсявсенижеи ниже.Менеечемза секунду,каждаяобластьполучаетпоследовательность,котораяудовлетворяетвходным данным.Большени однаошибканеподнимаетсянаверх.Выпонимаетекартинку,вы видитедалматинцасредиточеки каракуль(смотритерисунок12).
Рисунок 12. Вы видите далматинца?
6.9. Действительно ли обратные связи могу т делать это? Задесятилетиясталоизвестно,чтосоединенияв кортикальнойиерархииявляются реципрокными.ЕслиобластьА проецируетсянаобластьБ, тои БпроецируетсянаА. Частобывает,чтобольшеаксоновидетвниз, чемвверх.Нодажехотяэтоописание являетсяширокопринятым,превалирующейпарадигмойявляетсято, чтоиграют второстепенную,или «модулирующую»рольвмозге.Идея,чтосигналвобратных связяхмогбынемедленнои точновызыватьвозбуждениеразличныхмножеств нейронов в слое2, неявляетсяпревалирующейточнойзрениясрединейрофизиологов. Почемубытакмоглобыть?Частичнопричинавтом, какя упомянулраньше,чтонет реальнойнеобходимостипривлекатьобратныесвязи,есливынепринимаете центральнуюрольпредсказания.Есливысчитаете,чтоинформациятечетнапрямуюв моторнуюсистему,тозачемвамнужныобратныесвязи?Другаяпричина игнорированияобратныхсвязейвтом, чтосигналвобратныхсвязяхраспределенпо большомучислуобластейслоя1. Интуитивномыдолжныбылибыожидать,чтосигнал, рассеянныйпобольшойплощадимогбыиметьтольковторостепенныйэффектна большинственейронов,и несомненновмозгуестьнесколькотакихмодулирующих сигналов,которыеневоздействуютнаконкретныйнейрон,аизменяютглобальные атрибуты,такиекакуровеньвнимания. Последняяпричинаигнорированияобратныхсвязейвтом, сколькоученыхверятв независимуюработунейронов.Обычныйнейронимееттысячиилидесяткитысяч синапсов.Некоторыерасположеныоченьдалекооттеланейрона,другиепочтирядомс ним. Синапсыближек телуклеткиимеютсильноевлияниенавозбуждениенейрона. Примернос десятоксинапсоввозлетеланейронамогутзаставитьегосгенерировать спайкилиимпульсэлектрическогоразряда.Этоизвестныйфакт.Однако,подавляющее большинствосинапсоврасполагаютсявдалиоттеланейрона.Онираспространяются вдальи вширьподревоподобнойструктуредендритовнейрона.Посколькуэтисинапсы далекиоттеланейрона,ученыесклоняютсяк уверенности,чтоспайк,прибывающийна одинизтакихсинапсов,имелбыслабыйилипочтинезаметныйэффектнато, сгенерируетнейронспайкилинет. Эффектототдаленныхсинапсоврассеивалсябыза товремя,покаондостигнеттеланейрона. Какправило,информация,идущаявверхпокортикальнойиерархии,передаетсяпо синапсам,расположеннымблизкок телунейрона.Информация,идущаявверхпо иерархии,имеет,следовательно,болееопределенныйпутьотобластик области.Также, какправило,обратныесвязиидущиевнизпокортикальнойиерархии,используютдля этогосинапсы,удаленныеоттеланейрона.Нейроныв слоях2, 3 и 5 посылаютдендриты вслой1 и формируюттаммножествосинапсов.Слой1 – этомассасинапсов,новсеони отдалекихнейроновизслоев2, 3 и 5. Болеетого,любойконкретныйнейрон,скажем, в слое2 будетформироватьсовсеммалосинапсовспомощьюконкретноговолокна обратнойсвязи.Такимобразом,некоторыеученыемогутвозражатьидее,чтокороткий паттернвслое1 могбыточновызыватьвозбуждениенаборанейронов вслоях2, 3 и 5. Ноименноэтосоответствуетимеющейсяу менятеории. Разрешениеэтодилеммывтом, чтонейроныведутсебянетак,каквклассической модели.Фактически,впоследниегодыстановилосьвсебольшеученых, предполагающих,чтосинапсынаудаленныхтонкихдендритахмогутигратьактивную
и особуюрольввозбуждениинейронов.Вэтихмоделяхудаленныесинапсыведутсебя нетак,каксинапсынатолстыхдендритахвозлетеланейрона.Например,еслидва синапсарасполагаютсяоченьблизконатонкомдендрите,онимогутвыступатькак «детектор совпадений ».Тоестьесли , быобасинапса получали входной импульсв течениекороткогопромежуткавремени,онимоглибывызыватьзначительныйэффект нанейрон,дажееслионидалекооттеланейрона.Онимоглибызаставитьтелонейрона сгенерироватьспайк.Какведутсебядендритынейронадосихпорявляетсязагадкой, такчтоя немогусказатьчто-нибудьещео них. Чтоважно,такэтото, чтомодель кортекса«памятьпредсказание »требует,чтобысинапсы,далекиеоттеланейрона былиспособныобнаруживатьспецифическиепаттерны. Глядявпрошлое,мнекажетсяпочтибезрассуднымговорить,чтотысячисинапсов нейронаиграюттолькомодулирующуюроль.Многочисленныеобратныесвязии огромноечислосинапсовсуществуютс вполнеконкретнойцелью.Используяэту догадку,мыможемсказать,чтотипичныйнейронимеетспособностьзапоминатьсотни точныхсовпаденийнаволокнахобратныхсвязей,еслиониформируютсинапсына тонкихдендритах.Этозначит,чтокаждаяколонкавнеокортексеоченьпластичнав томсмысле,какиепаттерныобратныхсвязеймогутееактивизировать.Этозначит,что каждоеконкретноесвойствоможетбытьточноассоциированос тысячамиразличных объектови последовательностей.Моямодельтребует,чтобыобратныесвязибыли быстродействующимии точными.Нейроныдолжнывозбуждаться,еслионичувствуют некотороеколичествосовпаденийнаихудаленныхдендритах.Новыемоделинейронов должныдопускатьтакое.
6.10. Как обучается кортекс У всехнейроноввовсехслояхкортексаестьсинапсы,и большинствоэтихсинапсов можетизменятьсяприобучении.Будеткорректносказать,чтообучениеи память возникаютвовсехслоях,вотвсехколонкахи вовсехобластяхкортекса. Ранеевкнигея упоминалправилоХебба,названноевчестьканадскогонейропсихолога ДональдаО. Хебба.Егоформулировкапроста:Когдадванейронавозбуждаются одновременно,синапсымеждунимиусиливаются.(Короткои точноэтопередается фразой«Fire together, wire together»). МызнаемчтоХебб , былвосновном правКонечно . , вприроденевсетакпросто,и вдействительностидеталиреальногомозгаболее сложны.НашанервнаясистемаиспользуетмножествовариацийправилаХебба; например,некоторыесинапсыизменяютсвоюсилувответнанебольшиеизмененияво времениприходасигнала,некоторыесинаптическиеизменениякороткоживущие, некоторыедолгоживущие.НоХеббсоздалтолькоосновудляизученияпамяти,не законченнуютеорию,и этаоснованевероятнополезная. ПринципыобученияпоХеббумогутобъяснитьбольшуючастьтогокортикального поведения,котороея упомянулвэтойглаве.Вспомните,ещев 1970 годуустройства автоассоциативнойпамяти,использовавшиеклассическиеалгоритмыобученияпо Хеббу,моглизапоминатьпространственныепаттерныи последовательности паттернов.Основнаяпроблемабылавтом, чтотеустройстванемоглинормально работатьс вариациямиобразов.Согласнотеории,предложеннойвэтойкниге,кортекс обошелэтоограничениепутемиспользованияиерархическойстопкиизмодулей автоассоциативнойпамяти,и частично,засчетиспользованияусложненной колончатойархитектуры.Вэтойглавебылопочтивсео иерархиии о том, какона работает,потомучтоиерархияэтото, вчемзаключаетсясилакортекса.Такчтовместо
того,чтобидтичерездеталитого,каккаждыйнейронзапоминаеттоилиэто, я хочу охватитьболееобщиепринципыобучениявиерархии. Когдачеловекрождается,егокортекспрактическиничегонезнает.Оннезнаетни про язык,ни прокультуру,ни продом, ни прогород,ни пролюдей,вместес которымион вырастет,ничего.Всяэтаинформация,структурамира,должнабытьвыучена.Двумя базовымикомпонентамиобученияявляютсяклассификацияпаттернови построение последовательностей.Этидвекомплементарныекомпонентыпамятивзаимодействуют другс другом.Когдаоднаобластьзапоминаетпоследовательность,информация, которуюонапосылаетвслой4 ввышестоящуюкортикальнуюобласть,изменяется. Такимобразом,нейроныслоя4 обучаютсяформироватьновуюклассификацию,которая изменяетпаттерны,проецируемыеобратновслой1 нижестоящейобласти,накоторую влияетпоследовательность. Основаформированияпоследовательностей– этогруппированиепаттернов,которые являютсячастьюодногообъекта.Одинспособсделатьэтозаключаетсяв группированиипаттернов,которыевозникаютрядомвовремени.Еслиребенокдержит игрушкувегорукеи медленнодвигаетее,егомозгможетвполнезаконно предположить,чтоизображениенасетчаткеотмоментак моментуотносятся к одному и томужеобъекту,и, следовательно,изменяющеесямножествопаттерновможетбыть сгруппировано.Иногдавамнужныдополнительныесведения,чтобпринятьрешение, какиепаттерныдолжныпринадлежатьк однойгруппе.Чтобызапомнить,чтояблокии бананыявляютсяфруктами,аморковьи сельдерейнеявляются,требуетсяучитель, которыйпоможетсгруппироватьэтивещи.Влюбомслучаевашмозгмедленностроит последовательностипаттернов,которыедолжныбытьвместе.Нокогдаобласть кортексастроитпоследовательности,информация,поступающаяк вышестоящим областям,меняется.Информацияизменяетсяотпредставленияиндивидуальных паттерновк представлениюгрупппаттернов.Информация,поступающаявобласть, меняетсяс нотнамелодии,с буквнаслова,с носовналицаи такдалее.Поскольку информация,идущаяснизувверх,становитсяболее«объектноориентированной », вышестоящиеобластикортексамогуттеперьзапоминатьпоследовательностиэтих высокоуровневыхобъектов.Там, гдераньшеобластьстроилапоследовательностьбукв, теперьонастроитпоследовательностьслов.Неожиданнымрезультатомтакого процессаобученияявляетсято, чтов процессеповторяющегосяобучения представлениеобъектовпродвигаетсявнизпокортикальнойиерархии.Втечение первыхлетжизнивашизнанияо миреформируютсясначалаввышестоящихобластях кортекса,нопомереобученияониреформируютсявсенижеи нижепокортикальной иерархии.Мозгнедвигаетзнания;онпереобучаетсясноваи снова.(Я неговорю,чтовсе знанияначинаютсянаверхушкекортекса.Вдействительностиформированиезнаний болеесложно.Ясчитаю,чтоклассификацияпаттерновв слое4 начинаетсявнизуи движетсявверх.Нокогдаэтопроисходит,мыначинаемформировать последовательности,которыедвижутсявниз. Яполагаю,чтоэтапамятьо последовательностипереформируетсявсенижеи нижепокортексу.)Помере продвиженияпростыхпоследовательностейвниз, верхниеобластиполучают возможностьзапоминатьболеесложныеи утонченныепаттерны. Выможетенаблюдатьсозданиеи движениеиерархическойпамятивнизнапримере обученияребенка.Рассмотрим,какмыучимсячитать.Первое,чемумыучимся– это узнаватьотдельныепечатныебуквы.Этомедленнаяи сложнаязадача,требующая сознательныхусилий.Затеммыпереходимк узнаваниюпростыхслов.И сноваэто сложнои медленнопоначалудажедлятрехбуквенныхслов.Ребенокможетчитать каждуюбуквув последовательностии произноситьбуквыоднузадругой,но
необходимоопределенноеколичествопрактическихзанятий,преждечемсловасамипо себебудутраспознаватьсякакслова.Послеобучениячтениюпростыхсловмы приступаемк многосложнымсловам.Поначалумыпроизносимкаждыйслог,соединяя их, какмыделалиэтос буквами,когдаучилипростыеслова.Черезгодыпрактики человекможетчитатьбыстро.Мыпереходимк тому, чтомывдействительностине видимотдельныхбукв,авместоэтогораспознаемцелыесловаи частоцелыефразы однимвзглядом.Мынепростобыстреесталичитать;мыдействительнораспознаем словаи фразыкакодноцелое.Когдамычитаемодновременнословацеликом,видимли мыбуквы?И даи нет.Очевидно,чтосетчаткавидитбуквы,и областьV1 соответственно.Нораспознаваниебукввозникаетдовольнонизкопокортикальной иерархии,скажем,вобластяхV2 илиV4. Когдасигналдостигает IT, отдельные буквы уженепредставлены.Чтопоначалутребуетусилийцелоговизуальногокортекса– распознаваниеотдельныхбукв– теперьвозникаетближек сенсорномувходу.Помере продвиженияпростыхобъектов,вродебукв,внизпоиерархии,верхниеобласти получаютвозможностьзапоминатьсложныеобъекты,такиекаксловаилифразы. Другойпример– обучениечтениюмузыкис листа.Поначалувамприходится концентрироватьсянакаждойноте.Практикуясь,выначинаетеузнаватьобщиенотные последовательности,затемцелыефразы.Последостаточнодолгойпрактикивыкакбы совсемнезамечаетеотдельныхнот. Нотнаязаписьтольконапоминаетвамо глобальнойструктурепьесы;детальныепоследовательностизапоминаютсянасамых нижнихуровняхиерархии.Этоттипобучениявозникаети в моторной,и всенсорной областях. Необученныймозгмедленнеераспознаетинформациюи медленнееформирует моторныекоманды,потомучтовоспоминания,используемыевэтихзадачах,находятся внемнаверхнихуровняхиерархии.Информациядолжнапройтивесьпутьвверхи вниз, возможномногочисленнымипутями,чтобыразрешитьконфликты.Нейронным сигналамтребуетсявремя,чтобыпропутешествоватьвверхи внизпокортикальной иерархии.Необученныймозгещенесформировалсложныепоследовательностина верхнемуровне,и, следовательно,неможетраспознаватьи воспроизводитьсложные паттерны.Необученныймозгнеможетпониматьвысокоуровневуюструктурумира.По сравнениюсвзрослыми,речьребенкапроста,егомузыкапростаи егосоциальные взаимодействияпросты. Есливыизучаетеопределенныйнаборобъектовсноваи снова,вашкортекс переформируетвоспоминаниядляпредставленияэтихобъектоввнижнейчасти иерархии.Этоосвобождаетверхнюючастьдляизученияболеетонких,болеесложных отношений.Согласнотеорииименнотакпоявляютсяэксперты. Вмоейработепоразработкекомпьютеров,некоторыелюдиудивляютсятому, как быстроя могувзглянутьнаизделиеи увидетьпроблемы,присущиеегоконструкции. После25 летразработкикомпьютерову менясформироваласьболеечем -средняя модельследствий,ассоциированныхс мобильнымивычислительнымиустройствами. Аналогично,опытныеродителимогутслегкостьюузнать,отчегорасстроилсяих ребенок,тогдакакначинающиеродителимогутприлагатьвсеусилиядляразрешения ситуации.Опытныйбизнесменеджерможетс легкостьюувидетьнедостаткии преимуществаструктурыорганизации,тогдакакновичокпростонеможетпонятьэтих вещей.У ниходнаи тажеинформация,номодельновичканедостаточносложна.Во всехэтихи тысячахдругихслучаевмыначинаемобучениес базовых,простых структур.Стечениемвременимыпродвигаемнашизнаниявнизпокортикальной иерархиии, следовательно,мыполучаемвозможностьизучениявысокоуровневых
структур.Именнознаниевысокоуровневыхструктурделаетнасопытными.У экспертов и гениевмозгвидитструктуруструктури паттерныпаттернов,чегонемогутдругие. Выможетестатьэкспертомпрактикуясь,ноопределенносуществуетгенетическая компонентаи дляталантови длягениев.
6.11. Гиппокамп : вершинавсегоэтого Подкортикальнымслоемлежати взаимодействуютс нимтрибольшихмозговых структуры.Этобазальныеганглии,мозжечоки гиппокамп.Всетрисуществовалидо неокортекса.Вобщеммыможемсказать,чтобазальныеганглииэтопримитивная моторнаясистема,мозжечок- изучаетточныевременныесоотношениямежду событиями,агиппокамп– хранитпамятьо конкретныхместахи событиях.Внекоторой степенинеокортексвзялнасебяихисходныефункции.Например,человек,рожденный безбольшейчастимозжечка,будетиспытыватьтрудностив определениивременных интервалови долженбудетприменятьбольшесознательныхусилийпридвижении,но вовсемостальномонбудетпрактическинормальным. Мызнаем,чтонеокортексотвечаетзавсесложныемоторныепоследовательностии можетнапрямуюконтролироватьконечности.Этонезначит,чтобазальныеганглиине важны,простонеокортексберетнасебябольшуючастьмоторногоуправления.Поэтому я описалобщиефункциинеокортексанезависимоотбазальныхганглийи мозжечка. Некоторыеученыемогутнесогласитьсясэтимпредположением,ноименноегоя использовалвэтойкнигеи своейработе. Сгиппокамп,однако,другоедело.Этооднаизнаиболееглубокоизученныхобластей мозга,потомучтовнемсутьформированиявоспоминаний.Есливыпотеряетеобе половинкигиппокампа(каки многиедругиечастинервнойсистемы,онсуществуети в левой,и правойсторонемозга),выпотеряетеспособностьформироватьновые воспоминания.Безгиппокампавысможетепродолжатьговорить,ходить,видетьи слышать,и накороткихпромежуткахвременибудетеказатьсянормальным.Но, фактически,выглубоконеполноценны:вынеможетезапомнитьничегонового.Вы можетепомнитьдрузей,которыхвызналидопотеригиппокампа,новынеможете запомнитьни одногоновогочеловека.Дажеесливывстречаетедокторапятьразв день втечениегода,каждыйразбылбыдляваскакпервыйраз.У васнебылобы воспоминанийо событиях,которыепроизошлипослепотеривамигиппокампа. Напротяжениимногихлетнехотелосьдуматьо гиппокампе,потомучтооннеимел дляменясмысла.Понятно,чтооннеобходимдляобучения,нооннеявляется конечнымхранилищембольшинстванашихзнаний.Имявляетсянеокортекс. Классическаяточказрениянагиппокампзаключаетсяв том, чтотамформируются знания,азатемвтечениенесколькихднейнедельилимесяцевэтиновыезнания переносятсявнеокортекс.Этомненичегонеговорило.Мы знаем,чтозрение,слух, осязание– всенашисенсорныепотоки– поступаютпрямовсенсорныеобласти кортексабезпредварительногопрохождениячерезгиппокамп.Мнеказалось,чтоэта сенсорнаяинформациядолжнаавтоматическиформироватьновыезнаниявкортексе. Почемуженамдляобучениянуженгиппокамп?Кактакаяотдельнаяструктура,как гиппокамп,можетвзаимодействоватьи опережатьобучениевкортексе,тольков последствиипередаваяинформациюобратнов кортекс? Ярешилотложитьгиппокамп,надеясь,чтонаступитдень,когдаегорольдляменя прояснится.Этотденьнасталв 2002 году,практическивтовремя,когдая тольконачал
писатьэтукнигу.ОдинмойколлегаизИнститутаНейронауквРедвуде,Бруно Ольшозен,указал,чтосоединениямеждугиппокампоми неокортексомнаводятна мысль,чтогиппокампявляетсясамойверхнейобластьюкортекса,анеотдельной структурой.Сэтойточкизрениягиппокампзанимаетверхушкунеокортикальной пирамиды,самыйверхнийблокнарисунке5. Неокортекспоявилсянаэволюционной сценевпромежуткемеждугиппокампоми остальнымиструктурамимозга. Несомненно,такаяточказрениянагиппокамп,какнавершинукортикальнойиерархии, былужеизвестен;простоя обэтомнезнал.Япоговорилс несколькимиэкспертамипо гиппокампуи попросилихобъяснить,какэтаструктуравформеморскогоконька можетпредаватьзнанияв кортекс?Никтонесмогобъяснить.И никтонеупомянуло том, чтогиппокампявляетсявершинойкортикальнойпирамиды,возможнопотомучто гиппокампнетолькосидитнаверхушкекортикальнойпирамиды,нотакженапрямую соединяетсяс многимидругимичастямимозга. Ноя тутжеувиделновуюперспективу,какрешениемоегозамешательства. Подумайтенадинформационнымипотокамиотглаз,ушейи коживнеокортекс.Каждая областьнеокортексапытаетсяпонять,чтообозначаетинформация.Каждаяобласть пытаетсяпонятьинформациювтерминахизвестныхейпоследовательностей.Еслиона понимаетинформацию,онаговорит:«японяла,этопросточастьобъекта,накоторыйя ужесмотрю.Янебудусообщатьо деталях».Еслиобластьнепонимаеттекущую информацию,онапередаетеевверхпоиерархиидотехпор, поканепойметоднаиз вышестоящихобластей.Однакопаттерн,которыйдействительносовершенноновый, будетподниматьсявсевышеи вышепоиерархии.Последовательнокаждая вышестоящаяобластьговорит:«янезнаю,чтоэто, я непредвиделаэтого,почемубы тебе,вышестоящаяобласть,невзглянутьнаэто?».Загвоздкав том, чтокогдавы доберетесьдоверхушкикортикальнойпирамиды,все,чтоостанется– этоинформация, котораянеможетбытьпонятачерезпредыдущийопыт.У васосталасьдействительно новаяи неожиданнаячастьинформации. Вповседневностимывстречаеммножествоновыхвещей,поступающихнавершину кортикальнойиерархии– например,статьявгазете,имячеловека,котороговы встретилисегодняутром,автомобильнаяавария,которуювывиделипопутидомой. Именноэтинеобъясненныеи непредсказуемыеостаткиинформации,новыйматериал поступаетвгиппокампи сохраняетсятам. Этаинформациянебудетхранитьсявечно. Либоонабудетпереданавкортекс,либо,соответственно,будетпотеряна. Язаметил,чтопомерестаренияя начинаюиспытыватьпроблемыс запоминанием новыхвещей.Например,моидетипомнятдеталибольшинстватеатральных спектаклей,которыеонивиделизапоследнийгод.Янепомню.Возможно,этопотому чтоя виделтакмногоспектаклейзасвоюжизнь,чтоя невижуничегодействительно нового.Новыеспектаклиукладываютсявмоивоспоминанияо предыдущихспектаклях, и информацияпростонепопадаетв мойгиппокамп.Длямоихдетейкаждыйспектакль содержитгораздобольшеновойинформациии достигаетгиппокампа.Еслиэтотак,мы можемсказать,чточембольшемызнаем,темменьшемызапоминаем. Вотличиеотнеокортекса,у гиппокампагетерогеннаяструктураизнескольких специализированныхобластей.Онавеликолепноподходитдлязадачибыстрого сохраненияпоступающихпаттернов.Гиппокампнаходитсявотличнойпозиции,на верхушкекортикальнойпирамиды,чтобызапоминатьто, чтоявляетсяновым.Онтакже находитсявотличнойпозициидлятого,чтобвспоминатьэтуновуюинформацию, позволяяейсохранятьсявкортикальнойиерархии,чтовнекоторойстепениявляется
медленнымпроцессом.Выможетемгновеннозапомнитьновоесобытиев гиппокампе, новызапомнитечто-либовкортексетолькоесливыощущаетеэтосноваи снова,либов реальности,либодумаяобэтом.
6.12. Альтернативный путь по иерархии Вкортексеестьдругойзначительныйпутьдляпередачиинформацииотобластик областивверхпоиерархии.Этотальтернативныйпутьначинаетсявнейронахслоя5, которыепроецируютсявталамус(отличиеоднихчастейталамусаотдругихмы обсуждалиранее),и затемизталамусаввышестоящуюобластькортекса.Еслидве областикортексасоединяютсянапрямуювиерархическомстиле,онитакже соединяютсякосвенночерезталамус.Этотвторойпутьпередаетинформациютолько вверхпоиерархии,ноневниз. Такимобразом,придвижениивверхпокортикальной иерархииестьпрямойпутьмеждудвумяобластямии косвенныйпутьчерезталамус. Второйпутьимеетдварежимафункционирования,определяемыенейронамиталамуса. Водномрежимепутьпрактическинеработает,такчтоинформацияпонемунеидет.В другомрежимеинформацияидетточномеждудвумяобластями.Двоеученых,Мюррей ШерманизНью-ЙоркскогоГосударственногоУниверситетаи РейГиллерииз МедицинскогоУниверситетаВисконсинаописалиальтернативныйпутьи постулировали,чтоонможетбытьнастолькожеважным,каки прямойпуть(возможно дажебольше),чтои являетсятемойданнойглавы.У меняестьпредположенияо том, длячегонуженэтотвторойпуть. Прочтитеэтослово:imagination. Большинство людейможетпрочесть этословос первого взгляда.Теперьвзглянитенабуквуi всередине словаТеперь . взгляните наточкунадi . Вашиглазамогутсмотретьв однои тожеместо,новодномслучаевывидитеслово,в другом– букву,впоследнемслучаевывидитеточку. Вглядитесьпристальновбуквуi и попытайтесьпереключатьвашевосприятиемеждусловом,буквойи точкой.Еслиу вас неполучается,попробуйтепроизносить«точка»,«i » и «imagination», покавглядываетесь вточку.Вовсехслучаяходнаи тажеинформацияпоступаетв V1, нопомеретогокак , онадостигаетобластиIT, вывоспринимаете различные вещиразличные , уровни детализации.ОбластьIT знаеткакраспознать , всетриобъекта .Онаможетраспознать отдельнуюточку,буквуi , и словоцеликом .Нокогдавывоспринимаете словоцеликом , V4, V2 и V1 обрабатывают детали и всео , чемзнаетIT – этословоОбычно . выне воспринимаетеотдельныебуквыпричтении;вывоспринимаетесловаилифразы.Новы можетевосприниматьбуквы,еслизахотите.Мы занимаемсятакимсдвигомвнимания всевремя,нообычномыэтонеосознаем.Ямогуслушатьмузыкуи воспринимать толькомелодию,ноеслия попытаюсь,я могувыделитьпевцаилибасгитару .Вмои ушипоступаютоднии тежезвуки,ноя могуфокусироватьмоевосприятие.Каждый раз,когдавычешетеголову,движениевызываетвнутригромкийзвук,нообычновыне осознаетеего.Однако,еслисфокусироватьсянанем, выможетеотчетливоуслышать звук.Этодругойпримертого,каксенсорнаяинформация,котораяобычно обрабатываетсянижнимиуровнямикортикальнойиерархии,можетбытьперенесенана высшиеуровниесливыобращаетенанеевнимание. Я полагаю,чтоальтернативныйпутьчерезталамус– этомеханизм,посредством которогомыобращаемвниманиенадетали,которыеобычномынезамечаем.Он пропускаетгруппированиепоследовательностейвслое2, посылаясырыеданныев вышестоящуюобластькортекса.Биологипоказали,чтоальтернативныйпутьможет включатьсяоднимиздвухспособов.Одинизних – этосигнализвышестоящейобласти
самогокортекса.Этотспособвыиспользовали,когдая попросилвасобращатьвнимание надетали,которыевыобычнонезамечаететакиекакточканад , i илизвукпочесывания головы.Второйспособактивироватьэтотпуть– этосильныйнеожиданныйсигнал снизу.Еслисигналнаальтернативныйпутьдостаточносильны,онпосылает вышестоящейобластисигналпробуждения,котораясноваможетвключить альтернативныйпуть.Например,еслибыя показалвамлицои спросил,чтоэтобыло, выбыответили«Лицо».Еслибыя показалвамтожесамоелицо,носостранной отметинойнаносу,высначалаузналибылицо,нозатемнемедленновашинижние зрительныеуровнизаметилибы, чточто-тонетак.Этаошибкафорсируетоткрытие альтернативногопути. Деталитеперьпойдутпоальтернативномупути, пропуская группирование,котороеобычновозникает,и вашевниманиепривлечетотметина. Теперьвывидитеотметину,анепростолицо.Еслиботметинабылодостаточно необычной,онамоглабыпривлечьвсевашевниманиецеликом.Вэтомслучае необычныесобытиябыстропривлекаютвашевнимание.Именнопоэтомумынеможем необращатьвниманиенауродствоилидругиенеобычныепаттерны.Вашмозгделает этоавтоматически.Однако,частоошибканедостаточносильная,чтоботкрыть альтернативныйканал.Вотпочемумыиногданезамечаем,чтословонаписанос ошибкой.
6.13. Завершающие мысли Чтобынайтии обосноватьновуюсистемунаучныхвзглядов,необходимоискать простейшиеконцепции,способныеобъединитьи объяснитьбольшоеколичество несопоставимыхфактов.Неизбежнымследствиемтакогопроцессаявляетсято, что уходятвкрайностьизлишнегоупрощения.Важныедеталивероятнобуду проигнорированыи фактыбудутпроинтерпретированынеправильно.Еслитакая системавзглядовстановитсяустоявшейся,неизбежнобудутнайденыулучшенияи исправления,показывая,какдалекозашлиначальныепредположения,или недостаточнодалеко,иливообщебылиошибочны. Вэтойглавея ввелмножествоумозрительныхидейо том, какработаетнеокортекс.Я ожидаю,чтонекоторыеизэтихидейбудутопровергнуты,и, вероятно,каждаяизних будетпересмотрена.Естьтакжемножестводеталей,о которыхя даженеупомянул. Мозгоченьсложен;специалистыпонейронаукам,читающиеэтукнигу,должнызнать, чтоя привелгрубуюхарактеристикусложностиреальногомозга.Ноя верю,чтовцелом озвучилновуюсистемувзглядов.Все,начтоя могунадеяться,этото, чтоосновные идеибудутсохранены,и изменятсятолькодеталивопрекиновымданными новому осмыслению. Вконцеконцов,вамможетбытьнеприемлемаидея,чтопростая,нобольшаясистема памятиможетдействительноврезультатевестисебятак,какчеловек.Можемливыи я бытьпростоиерархическойсистемойпамяти?Могутлинашижизнь,верованияи желаниябытьсохраненнымивтриллионахсинапсов?В 1984 я началпрофессионально писатьпрограммы.Доэтогоя писалмаленькиепрограммки,нотогдая в первыйраз программировалкомпьютерс графическиминтерфейсоми впервыеработалнад большими сложнымприложением.Яписалприложениедляоперационнойсистемы, созданнойGrid Systems. Сокнамимножественными , шрифтами и менюоперационная , системаGrid быладействительно продвинутой длятоговремени . Однаждыменяпоразилапрактическаяневозможностьтого,чтоя делаю.Как программист,я написалоднустрочкукода.Ясгруппировалстрочкикодавблоки,
называемыеподпрограммами.Подпрограммыбылисгруппированывмодули.Модули былискомбинированы,чтобстатьприложениями.Впрограммедляэлектронных таблиц,надкоторойя работал,былотакмногоподпрограмми модулей,чтониктоне могпонятьэтополностью.Этобылосложно.Хотякаждаястрочкакодаделаласовсем немного.Чтобынарисоватьодинпикселнадисплее,требовалосьнесколькострочек кода.Чтобынарисоватьцелыйэкранс электроннойтаблицей,компьютерутребовалось выполнитьмиллионыинструкций,распределенныхпосотнямподпрограмм. Подпрограммыиспользовалидругиеподпрограммырекурсивнымспособом.Этобыло настолькосложно,чтобылоневозможнознатьвсе,чтодолжнобылобыпроисходитьв выполняющейсяпрограмме.Меняпоразило,наскольконевероятното, чтопрограммаза времявыполнениярисуеткартинку,котораянамкажетсяпоявившейсямгновенно.Ее внешнимпроявлениембылитаблицычисел,меток,текстови графов.Онавеласебякак электроннаятаблица.Ноя знал,чтодолжнопроисходитьвнутрикомпьютерас процессором,выполняющимоднупростуюинструкциюводинмоментвремени.Было трудноповерить,чтокомпьютерсмогбыпройтиегопутьполабиринтумодулейи подпрограмм,и выполнитьвсеэтиинструкциинастолькобыстро.Еслибыя незнал подробностей,я былбыуверен,чтоэтонеможетработать.Японимал,чтоесликто-то изобрелконцепциюкомпьютерас графическиминтерфейсоми электронными таблицами,и представилеемненабумаге,я быотвергеекакнепрактичную.Ясказал бы, чтоемупотребоваласьбывечность,чтобчто-тосделать.Этобылоунизительной мыслью,потомучтоэтоработало.Затемя понял,чтомоеинтуитивноеощущение скоростимикропроцессораи моеощущениесилыиерархическогодизайна были неадекватными. Вэтомбылурокпронеокортекс.Оннебылсделанизсверхбыстрыхкомпоненти правила,покоторымонработает,несложны.Однакоонимеетиерархическую структуру,содержащуюмиллиардынейронови триллионысинапсов.Еслидлянас сложновообразить,кактакаялогическипростая,ночисленногромаднаясистема памятиможетсоздаватьнашесознание,нашязык,нашукультуру,нашеискусство,эту книгу,нашунаукуи технологию,тоэтопотому,предположиля, чтонашеинтуитивное ощущениеемкостинеокортексаи силыегоиерархическойструктурыявляются неадекватными.Неокортексработает.Этоневолшебство.Мыможемпонятьего.И, подобнокомпьютеру,в концеконцовмысможемпостроитьинтеллектуальные машины,которыебудутработатьпотемжесамымпринципам.
7. Сознаниеи творчество Когда я ведуразговор о моейтеориимозгаслушатели , обычнобыстросхватывают значимостьпредсказаний,каконисоотносятсяс человеческимповедением.Онизадают множествосопутствующихвопросов.Откудаберетсятворчество?Чтотакоесознание? Чтотакоевоображение?Какмыможемотделитьреальностьоннеправильных представлений?Хотяэтитемыпреимущественнонебылитем, чтомотивироваломеня наизучениемозга,ониинтересуютпрактическикаждого.Янепретендуюназвание экспертапоэтимтемам,нотеория«памятьпредсказание »можетдатьнекоторые ответыи полезныемысли.Вэтойглавея обращуськ некоторымизнаиболеечасто задаваемымвопросам.
7.1. Обладают ли животные интеллектом ? Обладаетликрысаинтеллектом?Обладаетлиимкошка?Когдаинтеллектпоявилсяна эволюционнойшкале?Мненравитсяэтотвопрос,потомучтоответнанегоя нахожу неожиданным. Все,чтоя написалдоэтогопронеокортекси егоработу,основанонасамойбазовой предпосылке– чтоу мираестьструктураи следовательноонпредсказуем.Вмиреесть паттерны:налицеестьглаза,у глазестьзрачки,огоньобжигает,гравитациязаставляет объектыпадать,дверьоткрываетсяи закрывается,и такдалее.Мирнеслучаен,нои не однороден.Память,предсказаниеи поведениемалобычтозначили,еслибу миране былоструктуры.Любоеповедение,поведениеличеловека,илиулитки,или одноклеточногоорганизмаилидерева– этосредствоиспользованияструктурымира дляосуществленияразмножения. Вообразитеодноклеточное,живущеевводоеме.У клеткиестьжгутик,позволяющийей плавать.Наповерхностиклеткиестьмолекулы,реагирующиенаприсутствие питательныхвеществ.Посколькуневсеобластиводоемаимеютодинаковую концентрациюпитательныхвеществ,естьградиентпитательныхвеществс одной стороныклеткинадругую.Когдаонаплыветчерезпруд,клеткаможетобнаруживать изменение.Этопростаяструктурамираодноклеточного.Клеткаэксплуатируетсвою химическуюосведомленность,плывявместас высокойконцентрациейпитательных веществ.Мы моглибысказать,чтоэтотпростойорганизмделаетпредсказание.Он предсказываетчтоплаваяопределеннымобразом , ,оннайдетбольшепитательных веществ.Задействованаливэтомпредсказании память?Да,задействованаПамять . заключаетсявДНКорганизма.Одноклеточныенеобучаютсявтечениежизни,как использоватьэтотградиент.Наоборот,обучениевозникаетв течениеэволюциии сохраняетсяв ДНК.Есливнезапноизмениласьбыструктурамира,одноклеточныене смоглибынаучитьсяи адаптироваться.ОнинесмоглибыизменитьДНКилисвое поведение.Дляэтихвидовобучениеможетвозникатьтольков эволюционномпроцессе намногихпоколениях. Естьлиинтеллекту одноклеточного?Используяобыденноепониманиечеловеком интеллекта,мыответим«нет».Ноживотныенаходятсянадальнемконцеконтинуума видов,использующихпамятьи предсказаниедлятого,чтобразмножатьсяболее успешно,и поакадемическимсоображениямответдолженбыть«да».Сутьнев том, чтобсказать,какиевидыинтеллектуальны,акакие– нет.Памятьи предсказание
используютсявсемиживымиформами.Простоестьбесчисленноемножествометодови ухищрений,какониделаютэто. Растениятакжеиспользуютпамятьи предсказаниедляэксплуатацииструктурымира. Деревьязанимаютсяпредсказанием,когдапосылаютсвоикорнив почвуи ветвии листьявнебо.Деревьяпредсказывают,гдеонинайдутводуи минералы,основываясьна опытесвоихпредков.Конечно,деревонедумает;егоповедениеавтоматическое.Ноони эксплуатируютструктурумиратакимжеспособом,каки одноклеточные. Каждый видрастенияимеетразличныйнаборповеденческихдействий,которыйиспользует немногодругуючастьструктурымира. Следовательно,растенияразвиликоммуникационныесистемы,базирующиесяв основномнамедленномвыделениихимическихсигналов.Еслинасекомоеповреждает частьдеревадеревопосылаетхимическиесигналыпоегососудистойсистемек , другим частямдеревакоторыевключаютзащитныесистемы , ,такиекаквыделениетоксинов.С помощьютакойкоммуникационнойсистемыдеревоможетдемонстрироватьнемного болеесложноеповедение.Нейронывозможнопоявилиськаксредствопередачи информацииболеебыстрымпутем,чемсосудистыесистемырастений.Мыможем думатьо нейронепростокако клеткес еесобственнымсосудистымпридатком.С некоторыхпор, вместомедленногопродвиженияхимическихсигналоввдольэтих придатков,нейроныначалииспользоватьэлектрохимическиеимпульсы,которые перемещаютсягораздобыстрее.Вначалебыстраясинаптическаяпередачаи простые нервныесистемывозможнонебылизадействованыдляобучения.Сутьбылапростов болеебыстройпередачесигналов. Нозатемвмаршепоэволюционнойлестницеслучилосьнечтодействительно интересное.Соединениямеждунейронамисталиизменчивыми.Нейронымогли посылатьилинепосылатьсигнал,взависимостиоттого,чтотолькочтопроизошло. Теперьповедениемоглобытьмодифицировановтечениежизниорганизма.Нервные системысталипластичными,и такимжесталоповедение.Посколькузнаниямогли бытьдостаточнобыстросформированы,животноемоглоизучатьструктурумираужев течениежизни.Еслимирвнезапноизменялся– скажем,насценепоявлялсяновый хищник– животномуненадобылооставатьсяпривязаннымк своемугенетически определенномуповедению,котороебольшемоглоужебытьнеприемлемым. Пластичныенервныесистемысталиогромнымэволюционнымпреимуществоми привелик прорывуновыхвидов,отрыбк пресмыкающимсяи к людям. Какмыувиделивглаве3, у всехмлекопитающихестьстарыймозг,наповерхности которогорасполагаетсянеокортекс.Неокортекс– этопростото, вочто эволюционировалановейшаянервнаяткань.Носегоиерархическойструктурой, инвариантнымпредставлениеи предсказаниемпоаналогии,кортекспозволил млекопитающимэксплуатироватьгораздобольшеструктурымира,чеммогут животныебезнеокортекса.Нашипредки,наделенныенеокортексом,смогли вообразить,каксделатьсетьи пойматьрыбу.Рыбанеспособназапомнить,чтосеть значитсмерть,иливообразить,какпостроитьинструментдляразрезаниясетей.У всех млекопитающих,открысдочеловека,естьнеокортекс.Ониинтеллектуальны,нов разнойстепени.
7.2. Чем отличается интеллект человека? Теория«памятьпредсказание »предлагаетдваответанаэтотвопрос.Первыйпочти очевиден:нашнеокортексбольше,чем, скажем,у обезьяныилиу собаки.Увеличив кортикальнуюповерхностьдоразмеровобеденнойсалфетки,нашмозгсмогизучать болеесложнуюмодельмираи делатьболеесложныепредсказания.Мывидимболее глубокиеаналогии,большеструктурв структуре,чемдругиемлекопитающие.Еслимы хотимнайтисупруга,мынепростосмотримнатакиеатрибуты,какздоровье,мы разговариваемс егодрузьямии родителями,мынаблюдаем,каконисебяведути разговаривают,и судим,насколькооничестны.Мы смотримнаэтивторичныеи третичныеатрибутывпопыткепредсказать,какнашпотенциальныйсупругповедет себявбудущем.Трейдерынафондовойбиржесмотрятнаструктурукоммерческих паттернов.Математикиищутструктурув числахи уравнениях.Астрономыищут структурувдвижениипланети звезд.Нашувеличенныйнеокортекспозволяетнам видетьнашдом, какчастьгорода,которыйявляетсячастьюрегиона,которыйявляется частьюпланеты,котораяявляетсячастьюбольшойвселенной– структурувструктуре. Никакиедругиемлекопитающиенемогутразмышлятьтакглубоко.Япочтиуверен,что у моейкошкинетконцепциимиразапределаминашегодома. Второеотличиеинтеллектачеловекаотинтеллектадругихживотныхвтом, чтоу нас естьязык.Целыекнигинаписаныо предположительноуникальныхсвойствахязыкаи о том, каконразвивался.Однакоязыкоченьхорошоукладываетсявмодель«памятьпредсказание»безкакоголибоспециального«языковогосоуса»илиспециальной языковоймашины.Произнесенныеи написанныеслова– этопростопаттернымира, такжекакмелодии,машиныи дома.Синтаксиси семантикаязыканеотличаютсяот иерархическойструктурыдругихповседневныхобъектов.И темжесамымспособом, какмыассоциируемзвукпоездас визуальнойкартинкойпоезда,мыассоциируем произнесенныесловаснашимизнаниямио ихфизическихи семантических составляющих.Спомощьюязыкачеловекможетвызыватьвоспоминанияи создавать новоесопоставлениементальныхобъектовдругихлюдей.Языкявляетсячистой аналогией,и с егопомощьюмыможемзаставлятьдругихлюдейполучатьзнанияи изучатьвещи,которыеониникогдавдействительностиневидели.Развитиеязыка требуетбольшогонеокортекса,способногоуправлятьсяс вложеннымиструктурами синтаксисаи семантики.Онтакжетребуетболееполноразвитогомоторногокортексаи мускулатуры,чтобыпозволитьнамсоздаватьсложные,сильноартикулированные звукиилижесты.Спомощьюязыкамыможембратьпаттерны,изученныевтечение жизнии передаватьихнашимдетямилинашемуплемени.Язык,письменный,устный илиязыктела,становитсясредством,с помощьюкоторогомыпередаемотпоколенияк поколениюто, чтомызнаемо мире.Сегодня,печатныеи электронныекоммуникации позволяютнам разделятьнашизнанияс миллионамилюдейвмире.Животныебез языкапочтинепередаютстолькоинформациисвоимпотомкам.Крысаможет запомнитьмножествопаттерноввтечениесвоейжизни,ноонинепередаютв деталях новуюинформацию– «Эй,сынок,воткакмойотецнаучилменяизбегатьэлектрических ударов». Такимобразом,интеллектмогбыбытьотслеженвтечениетрехэпох, вкаждойиз которыхиспользовалисьпамятьилипредсказание.Первая– этокогдавиды использовалиДНКвкачественосителяпамяти.Отдельныеособинемогли адаптироватьсявтечениежизни.Онимоглитолькопередаватьсвоимпотомкамчерез ихгеныпамятьо мире,базирующуюсянаДНК.
Втораяэпоханачалась,когдаприродаизобреламодифицируемыенервныесистемы, которыемоглибыстроформироватьзнания.Отдельныеособитеперьмоглиизучать структуруихмираи адаптироватьсвоеповедениевтечениежизни.Ноотдельные животныевсеещенемоглипередаватьэтизнаниясвоимпотомкамкакимлибопутем, кромепрямогонаблюдения.Созданиеи расширениенеокортексапроизошлововремя второйэпохи, нонеопределялоее. Третьяэпохауникальнапоявлениемчеловека.Онаначаласьс изобретенияязыкаи расширениемнашегонеокортексаМы . , люди,можемизучитьоченьбольшуючасть структурымиравтечениенашейжизни,и мыможемэффективнопередатьэтизнания другимлюдямпосредствомязыка.Выи я участвуемв этомпроцессепрямосейчас.Я потратилбольшуючастьмоейжизнинапоискиструктурывмозгуи того,какэта структураприводитк мышлениюи интеллекту.Все,чтоя изучил, распределенодлявас поэтойкниге.Конечно,я несмогбысделатьэтого,еслибынеимелдоступак знаниям, собраннымсотнямиученых,которыетакжеузналичто-тоотдругих,и такдалеевглубь времен.Ясмогусвоитьи добавитьк тому, чтодругиенаписалиобихсобственных мысляхи наблюдениях. МЫсталисамымиприспосабливающимисясуществаминаэтойпланетеи единственнымисоспособностьюпередаватьнашизнанияо миреширокопонашей популяции.Человеческаяпопуляцияпережилавзрывообразныйрост,потомучтомы изучалии эксплуатировалидовольнобольшуючастьструктурымираи передавалиее другимлюдям.Мыможемвыжитьвезде,вдождливомлесу,впустыне,вморозной тундре,иливкрупныхгородах.Комбинациябольшогонеокортексаи языкапривелак постепенномууспехунашеговида.
7.3. Что такое творчество? Менячастоспрашиваюто творчестве,я подозреваюпотомучтобольшинстволюдей рассматриваеттворчествокакнечто,чегонеможетмашина,и следовательноэтовызов самойидеепостроенияинтеллектуальныхмашин.Чтотакоетворчество?Мыуже встречалисьс ответомнесколькоразв этойкниге.Творчествонеявляетсячем-то, что возникаетвопределенныхобластяхкортекса.Ононеявляетсяподобнымни эмоциям, ни равновесию,закоторымизакрепленыопределенныеструктурыи контурыза пределамикортекса.Наоборот,творчествоэтонеотъемлемоесвойствокаждой кортикальнойобласти.Этонеобходимыйкомпонентпредсказания. Какэтоможетбытьистинным?Разветворчествонеявляетсянекоторым экстраординарнымкачеством,требующимвысокогоинтеллектаи таланта? Совершеннонеобязательно.Творчествоможетбытьопределенопростокакпроцесс предсказанияпоаналогии,нечто,чтовозникаетповсюдув кортексеи чемвыпостоянно занимаетесь,покабодрствуетеТворчествовозникаетнепрерывно . .Онопростираетсяот простыхповседневныхактоввосприятия,возникающихвсенсорныхобластяхкортекса (когдамыслышимпеснюв новойтональности )досложных ,редкихактов гениальности,возникающихв высшихобластяхкортекса(созданиесимфониив совершенноновомстиле). Нафундаментальномуровнеповседневныеактывосприятия подобныредкимполетаммысли.Простоповседневныеактынастолькобанальны,что мынезамечаемих. Теперьу васестьбазовоепониманиетого,какмысоздаеминвариантныезнания,какмы используеминвариантныезнаниядляпредсказаний,и какмыделаемпредсказания
будущихсобытий,которыевсегдавчем-тоотличаютсяоттого,чтомывиделиранее. Вспомнитетакже,чтоинвариантныезнанияэтопоследовательностисобытий.Мы делаемпредсказанияпутемкомбинированияинвариантныхзнанийтого,чтодолжно произойтидалеес деталями,относящимисяк настоящемумоментувремени (вспомните притчуо предсказании времени прибытия поездаПредсказание ). это применениеинвариантныхзнанийк новойситуации.Следовательно,всекортикальные предсказания– этопредсказанияпоаналогии.Мы предсказываембудущеепоаналогии с прошлым. Вообразите,чтовампредстоитужинв незнакомомресторанеи выхотитепомытьруки. Дажеесливыникогдаранеенебыливэтомздании,вашмозгпредсказываетчтов , ресторанегдетодолженбытьтуалетс раковинойдлямытьярук. Откудаонэтознает?В другихресторанах,в которыхвыбывали,всегдабылтуалет,и поаналогиивэтом ресторанеонтакжедолженбыть.Болеетого,вызнаетегдеи чтоискать.Вы предсказываетечтодолжнабытьдверьилизнакссоответствующимисимволами , , ассоциирующимисяс мужчинамии женщинами.Выпредсказываетечтоондолжен , находитьсягдетовзаднейчастиресторана ,либозабаром,либовозлегардеробаноне , впределахпрямойвидимостизаловдляприемапищи.Опятьже,выникогданебылив этомконкретномресторане,нопоаналогисдругимизаведениямиобщепитавы способнынайтито, чтовамнужно.Вынебродитевпоискахпроизвольно.Выищите ожидаемыепаттерны,которыепозволятвамбыстронайтитуалет.Этоттипповедения являетсятворческимактом;этопредсказаниебудущегопоаналогис прошлым.Обычно мынезадумываемсяо том, чтоэтотворческийпроцесс,новбольшойстепениэто именнотак. Недавноя купилвиброфон.У насестьпианино,нодоэтогоя никогданеигрална виброфоне.Втотдень,когдамыпринесливиброфон,я взялнотыдляпианино, поставилихнаподставкувиброфонаи началигратьпростыемелодии.Мояспособность сделатьэтонеявляетсячем-товыдающимся.Нонафундаментальномуровне,этобыл творческийакт.Подумайтенадтем, чтоздесьбылозадействовано.Явзялинструмент, которыйоченьсильноотличаетсяотпианино.У виброфоназолотистыеметаллические пластины;у пианино– черныеи белыеклавиши.Золотистыепластиныбольшиеи постепенноизменяютсяпоразмеру;клавишипианиномаленькиеи двухразличных размеров.Золотистыепластиныразмещенывдваразличныхряда;черныеи белые клавиши– перемежаются.Наодноминструментея используюпальцы,анадругом– я размахиваюмолоточками.Передэтимя стою,передтем– сижу.Конкретныемышцыи движения,необходимыедляигрынавиброфоне,совершенноотличаютсяоттех, что нужныдляигрынапианино. Таккакжея смогсыгратьмелодиюнанезнакомоминструменте?Ответв том, чтомой кортексвидитаналогиимеждуклавишамипианинои пластинамивиброфона. Использованиеэтогоподобияпозволиломнесыгратьмелодию.Этопрактическине отличаетсяоттого,чтобспетьпеснювдругойтональности.Вобоихслучаях,мызнаем, чтонужноделать,поаналоги с прошлымопытом.Японимаю,чтодлявасподобиеэтих двухинструментовможетказатьсяочевидным,нотолькопотому,чтонашмозг автоматическивидитаналогии.Попытайтесьзапрограммироватькомпьютер,чтобыон нашелподобиемеждутакимиобъектами,какпианинои виброфон,и выувидите, наскольконевероятносложноэто. Предсказаниепоаналогии– творчество– настолько распространено,чтообычномынезамечаемего. Однако,мысчитаем,чтотворчество– этокогдасистема«памятьпредсказание » работаетнавысшемуровнеабстракции,когдаонаделаетнеобычныепредсказания,
используянеобычныеаналогии.Например,большинстволюдейсогласилисьбы, что математик,доказывающийсложнуютеорему,занимаетсятворчеством.Нодавайте взглянемпоближе,чтововлеченовегоментальныеусилия.Нашматематикпристально глядитнауравненияи говорит:«Какжемневзятьсязаэтупроблему?».Еслиответне вполнеочевиден,онможетпереформулироватьуравнения.Записываяихвдругой форме,онможетвзглянутьнатужесамуюпроблемус другойточкизрения.Он вглядываетсявсебольшеи больше.Неожиданноонвидит,чточастьуравненийему знакома.Ондумает:«О, я узнаюэто. Вэтихуравненияхестьструктура,котораяпохожа наструктурудругихуравнений,надкоторымия работалнескольколетназад».Затемон делаетпредсказаниепоаналогии.«Возможно,я смогурешитьэтиновыеуравнения, используятужесамуюметодику,которуюя успешноиспользовалнастарых уравнениях».Онможетрешитьпроблемупоаналогиис предыдущейпроблемой.Это творческийакт. У моегоотцабылостранноезаболеваниекрови,котороеврачиникакнемогли диагностировать.Какжеонимоглиузнать,какоелечениепредложить?Они рассмотрелиданные,взятыеизанализовкровимоегоотцазанесколькомесяцев,чтобы найтиопределенныепаттерны.(Мойотецнапечаталвеликолепныйграфик,такчто врачимоглиясноувидетьнеобходимыеим данные).Хотясимптомыне соответствовалиблизкокакомулибоконкретномузаболеванию ,некоторыесходства всетакибыли. Врачипришлик решению,чтолечениедолжнобазироватьсянасмеси несколькихстратегий,которыеподходилидлядругихзаболеванийкрови. Использованноелечениепредположительнобылооснованонааналогияхк заболеваниям,которыеврачилечилиранее.Узнаваниеэтихпаттерновтребовало глубокогознаниядругихнеобычныхзаболеваний. МетафорыШекспира– этообразецтворчества."Love is a smoke made with the fume of sighs". "Adversity's sweet milk, philosophy". "There's daggers in men's smiles". Такие метафорыстановятсяочевидными,когдавывидитеих, ноихтруднопридумать,что являетсяоднойизпричин, почемуШекспирасчитаютлитературнымгением.Чтобы создатьтакиеметафоры,ондолженбылувидетьнепрерывныйрядхитрыханалогий. Когдаонпишет«There's daggers in men's smiles» («Вчеловеческих улыбках есть кинжалы»)онговоритнетолькоо кинжалахилиулыбках.Кинжал– этоаналогияк дурнымнамерениям,ачеловеческиеулыбки– этоаналогияк обману.Двехитрых аналогиивсеголишьвпятисловах!Покрайнеймеревсезависитотихинтерпретации. У поэтовестьспособностьк коррелированиювнешненепохожихсловилипонятий такимобразом,чтобпредставитьэтисловавновомсвете.Онисоздаютнеожиданные аналогиикаксредстводляизучениявысокоуровневыхструктур. Фактическипроизведенияискусстваценятсявысоко,потомучтоонинарушаютнаши предсказания.Когдавысмотритефильм,которыйразрушаетизвестныепредставления о характерах,сюжетнойлинии, иликинематографии(включаяспецэффекты),онвам нравится,потомучтонепохожнадругие.Живопись,музыка,поэзия,проза– все творческиеформыискусства– стараютсяразрушитьобычаии нарушитьожидания потребителя.Именнововнутреннемпротиворечиизаключаетсявеликолепие произведенияискусства.Мыхотим,чтобпроизведениебылопонятно,новтожевремя уникальнои неожиданно.Слишкомпонятныепроизведениянеинтересныиликичливы; слишкомуникальные– раздражающиеи ихсложнооценить.Лучшиепроизведения нарушаютнекоторыеожидаемыепаттерны,одновременноприучаянаск новым. Рассмотримхорошеепроизведениеклассическоймузыки.Наилучшеепроизведение привлекаетнапростомуровне– хорошийритм, простаямелодияи музыкальные обороты.Любойможетпонятьи оценитьего.Однако,онотакженемногонеобычнои
неожиданно.Ночембольшевыегослушаететембольшевывидитепаттерны , в неожиданныхместах,такихкакповторениенеобычныхгармонийилиизменение тональности.Этожевернодляхорошихлитературныхпроизведенийилидляхороших фильмов.Чембольшевычитаетеилисмотритеих, тембольшетворческихдеталейили сложностейструктурывынаблюдаете. Возможноу васбылопытнаблюдениятакихвещей,когдатруднопонять,чтожевам знакомо:«Хмм, гдетоя ужевиделэтотпаттернраньше,гдетоеще …».Вымоглии не задаватьсявопросом,простонеобычнаяситуацияактивировалаинвариантное представлениеввашеммозгу.Выувиделианалогиюмеждудвумяобычнонесвязными вещами.Ямогбы, например,вдругувидеть,чтовозникновениенаучнойидеи аналогичнопродажебизнесидеи ,иличтопроведениеполитическихреформподобно воспитаниюдетей.Еслия поэт– вуаля!– у меняестьноваяметафораЕслия . ученыйили инженер– у меняестьновоерешениедлядавнишнейпроблемы.Творчество– это смешиваниеи сопоставлениепаттерновдлялюбыхвещей,которыевывидитеили должныувидетьввашейжизни.Говорят«this is kinda like that». Длявыполненияэтой задачиестьнейронныемеханизмывовсехобластяхкортекса.
7.4. Являются ли однилюдиболее творческими , чем другие? Попутныйвопрос,которыймнечастозадают:«Еслиу всехлюдеймозгс рождения обладаеттворческимимеханизмами,почемуу насразличнаяспособностьк творчеству?».Теория«памятьпредсказание »указываетнадвавозможныхответа.Один связанс природой,другой– с воспитанием. Сточкизрениявоспитанияу всехразличныйжизненныйопыт. Следовательно,каждый строитотличныеотдругихмоделимираи знанияо нем всвоемкортексе,и будет находитьдругиеаналогиии делатьдругиепредсказания.Еслия слушалмногомузыки, я смогуспетьпеснювдругойтональностии сыгратьпростуюмелодиюнадругом инструменте.Еслия почтинеслушалмузыку,я несмогуосуществитьэтого.Еслия изучалфизику,я смогуобъяснитьповедениеповседневныхобъектовнаосновезаконов физики.Еслия выросрядомс собаками,у менябудутспособностивидетьаналогии относительнособаки я смогулучшепредсказыватьихповедение.То, чтооднилюди болеетворческиевсоциальныхситуациях,другиевязыках,иливматематике,илив дипломатии– всеэтоопределяетсяокружением,в которомонивыросли.Наши предсказания,и, следовательно,нашиталантыпостроенынаопыте. Вглаве6 я описал,какзнанияпостепенноопускаютсявнизпокортикальнойиерархии. Чембольшевыподвергаетесьвоздействиюопределенныхпаттернов,тембольше знанийобэтихпаттернахреформируютсянаболеенизкихуровнях.Этопозволяетвам изучатьотношениянаболеевысокомуровнеабстракциив верхнейчастииерархии.В этомсутьтого,чтоназывают«бытьэкспертом».Эксперт– этонекто,ктопутем практикии постоянногообучениянаучилсяузнаватьпаттерныболеетонкие,чемте, чтоможетраспознатьнеспециалист,такиекакформакрыланамашинахконца50-х или размерпятнанаклювечайки.Экспертымогутраспознаватьпаттерныповерхдругих паттернов.Разумеется,естьфизическоеограничениенато, чтомыможемзапомнить, обусловленноеразмеромкортекса.Ноу людейкортексгораздобольшепосравнениюс другимивидамии у наспотрясающаягибкостьвтом, чтомыможемзапомнить.Всеэто зависитоттого,чтонасокружаловнашейжизни.
Сприроднойточкизрениямозгдемонстрируетфизическуюизменчивость. Определеннонекоторыеизразличийпредопределеныгенетически,такиекакразмер областей(у отдельныхлюдейнаблюдаетсяразличиеразмеровобластиV1 втриразаи ) полушарныеразличия(у женщинимеетсятенденцияк болеетолстымсоединениям междулевойи правойчастямимозга,чему мужчин). У некоторыхлюдеймозг содержитбольшенейроновилидругиетипысоединений.Маловероятно,что творческийгенийАльбертаЭйнштейнабылчистоследствиемстимуляцииокружения патентногобюро,вкоторомонработалвюности.Недавниеисследованияегомозга– которыйсчиталсяпотерянным,нобылнайденвсохранностинескольколетназад– обнаружили,чтоегомозгколичественнобылнеобычным.Внембылобольше вспомогательныхклеток,называемыхглиальными,наодиннейрон,чемобычно.Был обнаруженнеобычныйпаттернизбороздв теменныхдолях– вобласти,которая считаетсяответственнойзаважныематематическиеспособностии пространственное мышление.Онабылатакжена 15 процентовшире,чемобычноу других.Возможномы никогданеузнаем,почемуЭйнштейнтакимумными творческим,номожнобитьсяоб заклад,чточастьеготалантабылаунаследованачерезгенетическиефакторы. Какимбынебылоразличиемеждублестящимилюдьмии обычными– всемы творческие.И путемпрактикии обучениямыможемулучшитьнашизнанияи таланты.
7.5. Можем ли мы натренировать себя так , чтоб ста ть болеетворческими? Да,вполнеопределенно.Яобнаружил,чтоестьпутьстимулироватьобнаружение необычныханалогий,когдаработаешьнадпроблемой.Во-первых,вызаранеедолжны предполагать,чтоестьответнапроблему,которуювыпытаетесьрешить.Люди слишкомлегкосдаются.Вамнеобходимобытьубежденным,чторешениеждет,чтобы егооткрыли,и выдолжныпродолжатьдуматьо проблемепродолжительныйпериод времени. Во-вторых,выдолжныпозволитьсвоемуразумублуждатьсвободно.Выдолжныдать своемумозгувремяи пространстводлянахождениярешения.Нахождениерешения проблемы– этобуквальнонахождениепаттернавмире,илипаттерна,хранящегосяв вашемкортексе,которыйаналогиченпроблеме,надкоторойвыужеработали.Есливы застрялинадпроблемой,модель«памятьпредсказание »советуетнайтидругойспособ взглянутьнее,чтобыувеличитьвероятностьувидетьаналогиивпрошломопыте.Если выбудетепростосидетьи пристальноискатьсноваи снова– выдалеконе продвинетесь.Попробуйтевзятьчастивашейпроблемыи упорядочитьихпо-другому– буквальнои фигурально.Когдая играювScrabble, я постоянно переставляю фишкиЯ . ненадеюсь,чтобуквыслучайносоставятновоеслово,ноя надеюсь,чторазличные комбинациибуквнапомнятмнесловаиличастислов,которыемоглибыбытьчастью решения.Есливывидите,чтовашрисунокнеимеетсмысла,попробуйтенарисоватьего сверхувниз, изменитьцветаилиизменитьперспективу.Например,когдая думало том, какразличныепаттернывV1 могутпривести к инвариантному представлению в IT, я застрял.Тогдая перевернулпроблемуи спросил,какпостоянныепаттерны в IT могли быпривестик различнымпредсказаниямв V1. Инвертирование проблемы немедленно помогло,вконцеконцовприведяменяк моейуверенности,чтоV1 недолжна рассматриватьсякакединаякортикальнаяобласть.
Есливызастрялинадрешениемпроблемы– отойдитененадолго.Займитесьчемнибудьдругим.Затемначнитеснова,перефразируяпроблемузаново.Есливысделаете этодостаточноеколичествораз– раноилипоздночто-тоизменится.Этоможетзанять дниилинедели,новсеравноэтопроизойдет.Цель– найтианалогичнуюситуациюгдетов прошломилив настоящемопыте.Дляуспешногорешениявыдолжнычастодумать надзадачей,нотакжезаниматьсядругимиделами,так, чтобыкортексимел возможностьнайтианалогичныезнания. Вотдругойпримертого,какпереупорядочиваниепроблемыпривелок новому решению.В 1994 моиколлегии я пыталисьрешить,какввеститекствналадонный компьютер.Всесосредоточилисьнапрограммномраспознаваниирукописноготекста. Говорили,«смотрите,выпишетенаклочкебумаги,выдолжнысуметьсделатьэтожена экранекомпьютера».К несчастью,этооказалосьоченьтрудным.Этооднаизтехвещей, которыекомпьютерыпоканемогут,хотядлямозгаэтооченьпросто.Причинавтом, чтомозгиспользуетпамятьи текущийконтекстдляпредсказаниянаписанного.Словаи буквы,которыенеполучаетсяраспознатьсамихпосебе,легкораспознаютсяв контексте.Сопоставленияпаттерноввкомпьютеренедостаточнодлярешенияэтой задачи.Яразработалнесколькокомпьютеров,которыеиспользовалираспознавание традиционныхрукописныхсимволов,ноониэтоделалинедостаточнохорошо. Янескольколетборолсянадтем, какзаставитьраспознающуюпрограммуработать лучше,и недвигалсяс места.Однаждыя отошели решилвзглянутьнапроблемус другойперспективы.Япоискаланалогичнуюпроблему.Ясказалсебе:«Какмывводим текствнастольныйкомпьютер?Мыпечатаемегонаклавиатуре.Какмыучимся печататьнаклавиатуре?Да,действительно,этонелегко.Этобылопридуманонедавно и необходимодолгоевремя,чтобнаучиться.Печатаниепальцаминаклавиатуревстиле печатноймашинкисложнои неинтуитивно,этосовершеннонепохоженаписаниеот руки– номиллионылюдейнаучилисьэтому.Почему?Потомучтоэтоработает».Мои размышленияпродолжалисьпоаналогии,«Возможноя могупредложитьсистему текстовоговвода,котораянеобязательнобудетинтуитивной,нолюдибудут использоватьее,потомучтоэтоработает». Буквально,именнотакойпроцесся прошел.Яиспользовалдействиепечатанияна клавиатурекаканалогиюк решениютого,какввеститекстстилусомнадисплее.Я понял,чтолюдиготовынаучитьсясложнойзадаче(печатанию),потомучтоэто надежныйи быстрыйспособввеститекствмашину.Следовательно,еслибмысмогли создатьновыйметодвводатекстаспомощьюстилуса,которыйбудетбыстрыми надежным,людииспользовалибыего,дажееслиэтопотребуетобучения.Таким образом,я разработалалфавит,которыйбынадежнотранслировалнаписанноев компьютерныйтекст,мыназвалиегоГраффити.Всистемахраспознавания традиционногорукописноготекста,когдакомпьютернеправильноинтерпретирует написанное– вынезнаетепочему.НосистемаГраффитивсегдапроизводиткорректные буквы,несмотрянато, чтовыделаетеошибкивнаписании.Нашмозгнелюбит непредсказуемость,вотпочемулюдинелюбятсистемыраспознаваниятрадиционного рукописноготекста. МножестволюдейсчитаетГраффитисовершеннодурацкойидеей.Япрошелчерезвсе то, какпоихмнениюдолженработатькомпьютер.Заклинаниемтехднейбылото, что компьютердолженадаптироватьсяк пользователю,ноненаоборот.Ноя былуверен, чтолюдипринялибыновыйспособвводатекстапоаналогиис клавиатурой.Граффити обернулосьвеликолепнымрешениеми былоширокопринято.Досихпоря слышу,как некоторыелюдизаявляют,чтокомпьютерыдолжныадаптироватьсяк пользователям.
Этоневсегдаверно.Нашмозгпредпочитаетсистемы,которыенепротиворечивыи предсказуемы,и мыможемобучитьсяновымумениям.
7.6. Может ли творчество завести меня в тупик? Могу ли я обману ть сам себя? Неправильныеаналогиивсегдаопасны.Историянаукикишитпримерамикрасивых аналогий,которыеоказывалисьневерными.Например,известныйастрономКеплер убедилсебявтом, чтоорбитышестиизвестныхтогдапланетопределяются платоновскимителами.Платоновскоетело– этовсеголишьтрехмернаяформа,которая можетбытьсконструированаполностьюизправильныхмногоугольников.Их существуетровнопять:тетраэдр(четыреравностороннихтреугольника),секстаэдр (шестьквадратов ,акакуб), октаэдр (восемьравносторонних треугольников ),додекаэдр (двенадцать правильных пятиугольников )и икосаэдр (двадцать равносторонних треугольников).Онибылиоткрытыдревнимигреками,которыебылиохваченыидеей отношенийматематикии космоса. Каки всеученикишколыРенессанса,Кеплербылглубокоподверженвлиянию греческихидей.Емуказалось,чтонеможетбытьпростымсовпадениемто, чтоесть пятьплатоническихтели шестьпланет.КаконнаписалвсвоейкнигеThe Cosmic Mystery (1596 год): «Динамический мирпредставлен теламис плоской поверхностью .Таковых пять:однако,еслиихрассматриватькакграницы,ониразделяют6 вещей:отсюдашесть планет,вращающихсявокругсолнца.Этотакжепричина,почемуестьтолькошесть планет».Онвиделкрасивую,носовершенноложнуюаналогию. Кеплерпришелк вычислениюорбитпланетв терминахвложенныхплатоническихтел, вцентревсехкоторыхнаходитсясолнце.Онвзялсферу,определеннуюорбитой Меркурия,в качествеоснованияи описалвокругнееоктаэдр.Вершиныоктаэдразадали сферубольшегодиаметра,котораядавалаорбитуВенеры.ВокругорбитыВенерыон описаликосаэдр,чьивершиныдалиорбитуЗемли.Последовательностьпродолжилась: додекаэдр,описанныйвокругорбитыЗемлидалорбитуМарса,тетраэдрвокругорбиты МарсадалорбитуЮпитера,и кубвокругорбитыюпитерадалорбитуСатурна.Этобыло элегантнои красиво.Имеяастрономическиеданныеограниченнойточноститехдней, онсмогубедитьсебя,чтоэтасхемаработает.(ГодамипозжеКеплерпонял,чтоон ошибался,послетого,какониспользовалвысокоточныеастрономическиеданные своегопокойногоколлегиТихоБраге,которыйдоказал,чтоорбитыпланет– эллипсы,а неокружности). ОшибкаКеплераслужитпредупреждениемдляученыхи, несомненно,длявсех мыслителей.Мозгэтоорган,которыйстроитмоделии делаеттворческиепредсказания, ноэтимоделии предсказаниямогутоказатьсякакобманчивыми,таки верными.Наш мозгвсегдасмотритнапаттерныи находитаналогии.Еслиправильныекорреляциине могутбытьнайдены,мозгс легкостьюможетприятьложную.Псевдонаука, предрассудки,вераи нетерпимостьчастокоренятсявложныханалогиях.
7.7. Что такое сознание? Этоодинизтехвопросов,которыеопасаютсянейроученые,причемизлишнепомоему мнению.Некоторыеученые,такиекакКристофКох, готовыбитьсянадсутьюсознания, нобольшинстворассматриваютэтотвопроснаграницефилософиис псевдонаукой.Я
думаюонзаслуживаетрассмотрения,хотябыпотойпричине,чтолюдямэто любопытно.Янемогудатьполностьюудовлетворяющийответ,ноя думаю,чтопамять и предсказаниемогутбытьобращенык частиего.Во-первых,естьпривкусголоволомки втом, каконорассматриваетсявразговорах. Нетакдавноя былнанаучнойконференциивпрекрасномместечкеЛонгАйлендСаунд. Былраннийвечер,когдабольшинствоизнаспринялипостаканчикувинасидянапирсе передводойи болтаяпередужиноми вечернейсессией.Черезнекотороевремя разговоркоснулсятемысознания.Какя ужесказал,нейроученыеобычнонеговорятоб этом, номыбылив прекраснойобстановке,быловыпитонекотороеколичествовина,и темаразгорелась. ЖенщинаученыйизБританииразглагольствовалао ееидеяхо сознании,и сказала: «Конечно ,мыникогда непоймемсознаниеЯнесогласилсяСознаниеэтонетакая ». :« – большаяпроблема.Ядумаю,сознаниеэтопохожепростоналичиекортекса».Наступила тишина,затембыстропоследоваларгумент,когданесколькоученыхпопытались убедитьменявмоейочевиднойошибке.«Выдолжныпризнать,чтомиркажетсятаким живыми красивым.Каквыможетеотрицатьсознание,котороевоспринимаетмир?Вы должныпризнать,чтовыхотитечего-тоособенного».Чтобыдоказатьсвоюточку зрения,я сказал:«Янезнаю,о чемвыговорите.Изтогофакта,каквыговоритео сознании,я делаювывод,чтоя отличаюсьотвас.Янечувствуютого,чточувствуетевы, значитя бессознателен.Похожея зомби».Зомбичастоупоминаются,когдафилософы говоряо сознании.Зомбитакиеже,каклюди,нобессознательные.Ониходячиеживые мясныемашины,нобезцарявголове. УченыйизБританиипосмотреланаменя.«Конечножеу васестьсознание!». «Нетя , такнедумаюВамтакможет . казаться ,ноя неявляюсь сознательным человеком . Неволнуйтесьобэтом, мнеи такхорошо». Онасказала:«Значитвынеиспытываетекакихлибочувств?»и махнуларукойвсторону искрящейсяводы,гдеопускалосьсолнцеи небесапереливалисьоранжеворозовым оттенком. «Да,я всеэтовижуИ . что?» «Тогдакаквыобъясните своисубъективные ощущения ?» Яответил,«Да,я знаю,чтоя здесь.У меняестьвоспоминанияо вещах,похожихнаэтот вечер.Ноя нечувствую,чтодолжнобытьчто-тоособенное,такчто, есливы испытываетечто-тоособенное,возможноя бессознателен».Япопытался,чтобона точнееопределиласвоисверхъестественныеи необъяснимыемыслио сознании.Я попытался,чтобонаточноопределиласознание. Мыпродолжалиэтотпотокаргументовдотехпор, поканенасталовремяужина.Яне думаю,чтоя изменилчьелибомнениео существованиии значениисознания.Ноя попытался,чтобонипоняли,чтобольшинстволюдейдумаюто сознании,како некоторомвидеволшебногосоуса,которыйдобавляетсяк физическомумозгу.У вас естьмозг,состоящийизнейронов,и онивыделяютсознание– в этомсутьчеловека.С этойточкизрениясознанияполностьюотделеноотмозга.Вотпочемуу зомбиесть мозг,нонетсознания.У нихестьвсемеханическиештуки– нейроныи синапсы,ноу
нихнетволшебногосоуса.Онимогутвсе,чтоможетчеловек.Состоронывынеможете отличитьзомбиотчеловека. Мысльо том, чтосознаниеэточто-тодополнительноек материипроизрастаетиз раннихверованийвжизненныйпоток– некуюсилу, дающуюжизньвсемуживому. Людиверят,чтоимнеобходимаэтажизненнаясила,чтобыобъяснитьразницумежду камнямии растениямиилиметалломи живымчеловеком.Некоторыелюдивэтовсе ещеверят.Внашевремянамдостаточноизвестноо разницемеждунеживойи живой материей,чтобыпонять,чтонетникакогоособогосоуса.Теперьмызнаемдостаточно многоо ДНК,о синтезебелков,транскрипциигенови метаболизме.Хотямызнаемеще невсемеханизмыживыхсистем,намдостаточноизвестноо биологии,чтобы отказатьсяотволшебстваАналогично . ,людибольшенедумают,чтонеобходимамагия иликакиетодухи ,чтобышевелитьмускулами.У насестьдлинныебелки,которые притягиваютмолекулыоднук другой.Выможетеобовсемобэтомпрочитать. Темнеменеебольшинстволюдейпродолжаютверить,чтосознаниячем-тоотличается и неможетбытьобъясненосведениемк биологическимтерминам.Сдругойстороныя неизучалсознание.Яеепрочелвсефилософскиемнения.Ноу меняестьнекоторые идеио том, чтосмущаетлюдейв ихрассуждениях.Яверю,чтосознание- этопохоже простоналичиенеокортексаНомыможемкоечтоеще . .Мы можемразбитьсознаниена двекатегории.Однаподобнасамоанализу– обыденноепонятиео наличиисознания. Этоотносительнолегкийпутьдляпонимания.Другоеэто «qualia» - идеячточувства , , ассоциированныесощущениями,независятотсенсорнойинформации.Qualia – это сложнее. Когдабольшинстволюдейпроизносятсловосознание, ониобычноссылаются на первуюкатегорию.«Былиливывсознании,когдапрошлимимоменяне поздоровавшись?».«Былиливыв сознании,когдасвалилисьвкроватьпрошлой ночью?».«Выбезсознания,когдаспите».Некоторыелюдиговорят,чтотакаяформа сознанияэтотожесамое,чтои осознание.Второеближек истине,ноя думаю,что осознаниеохватываетегонесовсемточно.Яполагаю,этозначениесознанияявляется синонимомформированиюдекларативныхзнаний.Декларативнаяпамять– этознания, которыевыможетевспоминатьи о которыхможетерассказатькому-тодругому.Вы можетевыразитьихвербально.Есливыспрашиваетеменя,гдея былв прошлые выходные,я могурассказатьвам.Этодекларативныезнания.Есливыспрашиваете меня,какудержатьв равновесиивелосипед,я могусказатьвам,чтонужнодержатьруль и жатьнапедали,ноя немогуобъяснитьточно, каксделатьэто. Удержаниевелосипеда вравновесииосуществляетсявосновномнервнойактивностьюв староммозге,такчто этонедекларативныезнания. Проведемнебольшоймысленныйэксперимент,чтобпоказать,какимобразомнаши повседневныезамечанияо сознанииявляютсятемжесамым,чтои формирование декларативныхзнаний.Вспомните,чтосчитается,чтовсяпамятьзаключаетсяв физическихизмененияхвсинапсахи нейронах,которыеонисоединяют. Следовательно,еслиу менябылбыспособобратитьэтифизическиеизменения,ваша памятьмоглабыбытьстерта.Теперьвообразите,чтоя могуповернутьпереключательи вернутьвашмозгточнов такоежесостояние,вкоторомонбылв некоторыймомент прошлого.Этоможетбытьчасназад,двенадцатьчасовназад,любойпромежуток времени.Япростоповорачиваюпереключательв моейобращающеймашине,и ваши синапсыи нейронывозвращаютсявпредыдущеесостояниевовремени.Делаяэто, я стираювашупамятьо том, чтопроизошлос тогомоментавремени.
Теперьпредположим,чтовыпрожилисегодняшнийденьи проснулисьзавтра.Нокак тольковыпроснулись,я повернулпереключательи стерпоследниедвенадцатьчасов.У васбылабыабсолютнонулеваяпамятьо предыдущемдне.Сточкизрениявашегомозга, «вчера»никогда непроисходило .Я сказал бывамчтоуже , среда,авыпротестовали бы, «нетвторник , .ЯуверенвэтомКалендарь . простопоменяли .Новсеравновторник. Зачемвытакшутитенадомной?».Нокаждый,коговывстречаливовторник,сказалбы, чтовыбыливесьденьвсознании.Онивиделивас,обедалис вами,разговаривалис вами.Развевыэтогонепомните?Выбысказалинет, этогонебыло.Вконцеконцов, посмотреввидеозаписьвашегообеда,выпостепенноубеждаетесьчтодень , действительнопрошел,дажехотяу васнетвоспоминанийобэтом. Какбудтовыбыли целыйденьзомби,аневсознании.Однако,выбыливсознаниивсевремя.Ваша уверенностьвтом, чтовыбыливсознании,исчезлатолькотогда,когдаваши декларативныезнаниябылистерты. Этотмысленныйэкспериментохватываетэквивалентностьмеждудекларативной памятьюи нашимповседневнымпониманиемсознания.Есливовремяиливконце игрыв теннися спрошувас,былиливывсознании,конечноже,выскажетеда.Если затемя стербывашивоспоминанияпопоследнихдвухчасах,вызаявилибы, чтобыли безсознанияи неотвечаетезадействия,которыепроисходиливтечениеигры.Вобоих случаях,этобылаоднаи тажеигравтеннис.Единственнаяразницав том, естьлиу вас воспоминанияо нейв тотмомент,когдая васспрашиваю.Следовательно,этозначение сознаниянеабсолютно.Ономожетизменитьпослестиранияпамяти. Наиболеесложныевопросыо сознаниикасаютсяqualia. Qualia частоперефразируется в стиледзенбуддизма ,например«Почемукрасное– красное,азеленое– зеленое? Являетсяликрасноедляменятакимже,каки длявас?Почемукрасноеэмоционально связываетсясопределеннымичувствами?Этодолжнобытьдляменянеотъемлемое качествоиличувство.Какоечувствооновызываету вас?» Яобнаружил,чтотакоеописаниетрудносоотноситсяс нейробиологией,такчтоя предпочитаюперефразироватьвопрос.Дляменяэквивалентным,новсетакжетрудным дляобъяснения,являетсявопрос«Почемуразныечувствакажутсякачественно различными?Почемузрениекажетсяотличнымотслуха,и почемуслухкажется отличнымотосязания?Есликортексодинаковвезде,еслионработаетпоодними тем жепринципам,еслионвсеголишьоперируетс паттернами,еслинетзвукаилисветав голове,атолькопаттерны,топочемузрениекажетсятакимотличающимсяотслуха?». Мнетрудноописать,какзрениеотличаетсяотслуха,ноэтосамоочевидно.Ядумаю,для вастакже.Аксоныдляпредставлениязвукаи аксоныдляпредставлениясветавовсех практическихотношенияхидентичны.«Освещенность»и «звучание»непереносятсяпо аксонамсенсорныхнейронов. У людейс особенностью,называемойсинестезией,мозгразмываетразличиямежду чувствами– определенныезвукиимеютцвет,илиопределенныетекстурыимеютцвет. Этоговоритнам,чтокачественныйаспектчувствнеявляетсянеизменным.Путем некоторыхфизическихмодификаций,мозгможетпридатькачественныйаспектзрения слуховойинформации. Таккаковожеобъяснениедляqualia? Ямогупредположить двевозможности ,ниодну изкоторыхя ненахожуполностьюудовлетворительной.Одназаключаетсявтом, что хотяслух, осязаниеи зрениеработаютпоодними темжепринципамнеокортекса,они поразномуобрабатываютсяподкортексом.Слухполагаетсянамножество специфическихдляслухаподкорковыхструктур,которыеобрабатываютзвуковые
паттерныпреждечемонидостигнуткортекса.Соматосенсорныепаттернытакже проходятчерезмножествосубкортикальныхобластей,которыеуникальныдлячувств осязания.Вероятноqualia, подобно эмоциям,неопосредуется тольконеокортексом . Еслионикак-топереплетеныс субкортикальнымичастямимозга,которыеимеют уникальнуюструктурусвязей,возможносвязаннуюсэмоциональнымицентрами,это моглобыобъяснить,почемумывоспринимаемихпо-разному,дажееслиэтоне поможетнамобъяснить,почемукакойтовидqualia находится напервомместе. Другаявозможность,которуюя могуподразумевать,эточтоструктурапоступающей информации– отличиявсамихпаттернах– диктуетто, каквывоспринимаете качественныеаспектыинформации.Природапространственновременныхпаттерновв слуховомнервеотличаетсяотприродыпространственновременныхпаттерновв оптическомнерве.Воптическомнервемиллионыволокони онпереноситпрактически пространственнуюинформацию.Вслуховомнерветолькотридцатьтысячволокони он переноситбольшевременнОйинформации.Этиотличиямогутбытьсоотнесеныс тем, чтомыназываемqualia. Мыможембытьуверены,чтокакбыни определялосьсознание,памятьи предсказание играютключевуюрольвихсоздании. К сознаниюотносятсяи понятияразумаи души. Когдая былребенком,я непереставалудивлятьсятому, чтобылобы, еслибы «Я» родилсяв теледругогоребенкавдругойстране,какеслибы «Я» каким-тообразомне зависелоотмоеготела.Этимыслио независимомразумеявляютсявсеобще распространеннымии естественнымследствиемтого,какработаетнеокортекс.Ваш кортекссоздаетмодельмирав своейиерархическойпамяти.Мысли– этото, что возникает,когдаэтамодельработаетсамапосебе;воспоминанияведутк предсказаниям,котораявыступаетвкачествесенсорнойинформации,чтоведетк новымвоспоминаниями т.д. Нашинаиболееабстрактныемыслинеприводятсяв действиеи даженесвязанысреальныммиром;оничистопродуктмодели.Мы закрываемглазаи тихоразмышляем,такчтонашимыслинепрерываютсясенсорной информацией.Конечно,нашамодельмираизначальносозданаизучениемреального мирачерезорганычувств,нокогдамыпланируеми думаемо мире,мыделаемэтов кортикальноймодели,аневреальноммире. Длякортексанашетелоявляетсявсеголишьчастьювнешнегомира.Вспомните,что мозгнаходитсяв тихойи темнойкоробке.Онзнаето миретолькочерезпаттерныв сенсорныхнервныхволокнах.Сточкизрениямозга,какустройствадляобработки паттернов,оннезнаето вашемтелекак-нибудьнетак,какобостальноммире.Нет какоголибоспециальногоразличиямеждутем , гдекончаетсятелои начинаетсямир. Ноу кортексанетвозможностисмоделироватьмозгсампосебе,потомучтовмозгунет сенсоров.Такимобразом,мыможемвидеть,почемунашимысливозникаютнезависимо отнашеготела,почемуонсклоненк тому, чтобу насбылнезависимыйразумилидуша. Кортексстроитмодельвашеготела,нооннеможетпостроитьмодельмозгасамогопо себе.Вашимысли,которыерасполагаютсяв мозгу,физическиотделеныоттелаи оставшегосямира.Разумнезависимоттела,нонеотмозга. Мыможемясноувидетьэтиотличияпритравмеилизаболевании.Есликто-тотеряет конечность,модельконечностивегомозгуможеттемнеменееоставатьсянетронутой, даваяврезультатетакназываемуюфантомнуюконечность,которуюонвсетакже можетощущатькакчастьтела.Сдругойстороны,еслиониспытаеткортикальную
травму,онможетпотерятьмодельруки, дажехотярукасамапосебеостанется.Вэтом случаеонможетиспытатьто, чтоизвестнокаксиндромчужойконечности,и ощущать дискомфортное,возможноневыносимоечувство,чторуканеегособственнаяи управляетсякем-тодругим.Некоторыедаженастаивают,чтоконечностьдолжнабыть ампутирована!Еслинашмозгостаетсянетронутым,тогдакакостальноетело заболеваету , насощущениездравогоразумазаключенноговумирающемтеле,хотято, чтомыимеемвдействительности– этоздоровыймозг,заключенныйвумирающем теле.Естественносчитать,чтонашразумпродолжаетсяпослесмертитела,нокогда мозгумирает,такжеумираети разум.Истинностьэтогостановитсяочевидной,если нашмозгвыходитизстрояраньшетела.Людис болезньюАльцгеймераилис серьезнымповреждениеммозгатеряютсвойразумдажееслиизтелаостаются здоровыми.
7.8. Что такое воображение? Концептуально,воображение- этооченьпросто.Паттерныпопадаютв каждую кортикальнуюобластьлибооторгановчувств,либоотнижележащихпоиерархии областей.Каждаякортикальнаяобластьсоздаетпредсказания,которыепосылаются обратновнизпоиерархии.Чтобывообразитьчто-либо,вытолькопозволяетевашим предсказаниямвернутьсяназади статьвходнойинформацией.Ничегонеделая физически,выможетеследоватьвашимпредсказаниям.«Еслипроизойдетэто, то должнопоследоватьто, потомтретье»,и такдалее.Мыделаемэто, когдаготовимсяк деловойвстрече,играемвшахматы,готовимсяк спортивномусобытиюилиделаем тысячидругихвещей. Вшахматахвывоображаетекакдвигаетефигурунаопределеннуюпозициюи , затем представляетекакбудетвыглядетьдоскапослеэтогохода , .Спомощьюэтоймысленной картинкивыпредсказываетечтосделаетвашоппоненти , какбудетвыглядетьдоска послеегохода.Затемвыпредсказываетечтосделаетевы , , и такдалее.Выпроходитепо воображаемымходами ихследствиям.Вконцеконцовнаоснованиивоображаемой последовательностисобытийвырешаетебудетлиначальныйходхорошимилинет , . Некоторыеспортсмены,такиекакгорнолыжники,могутулучшитьсвойрезультат,если онимысленноповторяютмаршрутвсвоейголовесноваи снова.Закрываяглазаи воображаякаждыйповорот,каждоепрепятствиеи даженахождениенапьедесталеони , увеличиваютсвоишансынауспех.Воображение– этовсеголишьдругоеназвание планирования.Именнотамнашапредсказательнаяспособностьокупаетсясполна.Она позволяетнамузнать,каковыбудутследствиянашихдействийдотого,какмы совершимих. Воображениетребуетнейронногомеханизмадляпревращенияпредсказанияво входнуюинформацию.Вглаве6 я предположил,чтопредсказаниевозникаетв нейронахшестогослоя.Нейронывэтомслоепроецируютсянанижележащиеуровни иерархии,ноонитакжепроецируютсяи вверх,к входнымнейронамслоя4. Таким образомвыходнаяинформацияобластикортексаможетстатьвходнойдлянееже.Какя ужеупоминалранее,специалистпокортикальномумоделированию,СтивенГроссберг называетэтицепочкидлявоображения«folded feedback» («закольцованные обратные связи»). Есливызакроетеглазаи вообразитегиппопотама,визуальнаяобластькортекса станетактивной,точнотакже,какбудтовыдействительноувиделигиппопотама.Вы видитето, чтовоображаете.
7.9. Что есть реальность? Людиспрашиваютс волнениеми удивлением,«Выхотитесказать,чтонашмозгсоздает модельмира?И чтоэтамодельможетбытьболееважной,чемреальность?» Яговорю«Да,внекоторыхслучаяхэтобылобыверно». «Носуществует ливообще мирзапределами моейголовы?» Конечносуществует.Людиреальны,деревьяреальны,моякошкареальна,социальные ситуации,вкоторыхвысебяобнаруживаете– реальны.Новашепониманиемираи ваш откликнанегобазируетсянапредсказаниях,идущихизвнутреннеймодели.Влюбой моментвременинапрямуювыможетеощущатьтолькокрошечнуючастьмира.Эта крошечнаячастьдиктует,какиевоспоминаниядолжныбытьзадействованы,носамой посебееенедостаточнодляпостроениявашегополноговосприятия.Например,прямо сейчася печатаювмоемкабинетеи слышустукв параднуюдверь.Язнаю,чтопришла моямамаи я воображаюкаконаспускаетсяполестнице , ,дажехотяя в действительностиневидели неслышалее.Вмоемвосприятиинебылоничего конкретносвязанногос моеймамой.Именномоямодельмирапредсказалачтоона , здесь,поаналогииспредыдущимопытом.Большинствоизтого,чтовывоспринимаете приходитнеоторгановчувств;оногенерируетсявашейвнутреннеймоделью. Такчтовопрос«Чтоестьреальность?»восновномкасаетсятого,какточнонаша кортикальнаямодельотражаетистиннуюприродумира. Множествоаспектовокружающегомиранастолькоустойчивы,чтоу рядомживущих людеймоделимирапохожи.Вдетствевызапомнили,чтосвет,падающийнакруглый предмет,производитопределеннуютень,и чтовыможетеоценитьформубольшинства предметовпоподсказкамизестественногомира.Вызапомнили,чтоесливывыроните чашкуизрук, гравитациявсегдапритянетеенапол. Вызапомнилитекстуры, геометрию,цветаи ритмыдняи ночи. Простыефизическиесвойствамирасогласованно запоминаютсявсемилюдьми. Нобольшаячастьмоделимирабазируетсянатрадициях,культуреи натом, чему научилинаснаширодители.Этичастинашеймоделименеесогласующиеся,и могут радикальноотличатьсяу различныхлюдей.Ребенок,выросшийвлюбящейи заботливойсемье,чьиродители отзывалисьнаегоилиееэмоциональныенужды, вырастет,вероятно,с ожиданиемтого,чтомирсправедливыйи любящий.Ребенок, которогообижалиодинилиобародителя,вероятнобудетвидетьбудущиесобытия опаснымии суровыми,и будетсчитать,чтоникомунельзяверить– независимооттого, каксложитсяихдальнейшаяжизнь.Большаячастьпсихологиибазируетсяна следствияхраннегожизненногоопыта,привязанностяхи воспитании,потомучто именнотогдавмозгузакладываетсяфундаментмоделимира. Вашакультураосновательноформируетвашумодельмира.Например,изучение показываетчтоазиатыи , европейцыпоразномувоспринимаютпространствои объекты.Азиатыуделяютбольшевниманияпространствумеждуобъектами,тогдакак европейцыв основномуделяютвниманиеобъектам– отличие,котороетранслируетсяв различнуюэстетикуи способырешенияпроблем.Исследованияпоказали,что некоторыекультуры,такиекакплеменаАфганистанаи некоторыеплеменаЮжной Америкипостроенынапринципахчести,и, какрезультат,легчевоспринимают
естественностьнасилия.Различныерелигиозныеверования,приобретенныевдетстве, могутпривестик полностьюотличающимсямоделямморали,отношенияммежду мужчинамии женщинами,и дажек ценностисамойжизни.Несомненнотакие отличающиесямоделимиранемогутвсебытьабсолютнокорректными, универсальными,дажехотяонимогутказатьсяправильнымиконкретнымлюдям. Вывод– и хорошееи плохое– этовсеголишьто, какваснаучили. Вашакультура(и семейныйопыт) обучаетвасстереотипам,которыек несчастью, являютсянеизбежнойчастьюжизни.Напротяженииэтойкнигивымоглибызаменить словостереотип наинвариантноевоспоминание (илиинвариантноепредставление) безсущественногоизменениясмысла.Предсказаниепоаналогии– этопочтитоже самое,чтои суждениепостереотипам.Негативныестереотипыимеютужасные социальныепоследствия.Еслимоятеорияинтеллектаверна,мынесможемизбавить людейотихсклонностимыслитьстереотипами,потомучтостереотипы– этото, как работаеткортекс.Использованиестереотипов– этонеотъемлемоесвойствомозга. Способизбежатьвреда,вызванногостереотипами– этоучитьнашихдетейузнавать ложныестереотипы,бытьсопереживающимии бытьскептическими.Намнеобходимо продвигатьэтикритическиедлямышлениявещив дополнениек внушениюизвестных намценностей.Скептицизм,сердценаучногометода,единственныйизвестныйнам путьотличитьфактыотфантазии. *** С ейчася надеюсь,чтоя убедилвасв том, чторазумэтопростоназваниедлятого, что делаетмозг.Этонеотдельнаявещь,котораяманипулируетилисосуществуетс нейронамимозга.Нейроныэтопростоклетки.Нетмистическойсилы, которая заставляетконкретныенервныеклеткиилигруппынервныхклетоквестисебянетак, каконивелибысебяобычно.Поставленныепередфактом,теперьмыможемобратить нашевниманиенато, какмымоглибывоплотитьспособностинервныхклетокк запоминаниюи предсказанию– нашикортикальныеалгоритмы– вкремнии.
8. Будущееинтеллекта Сложно предсказать ,каквотдаленном будущем будутиспользованы новые технологии.Какмывиделивэтойкниге,мозгделаетпредсказанияпоаналогиис прошлым.Такчтоу насприроднаясклонностьвоображатьчтоновыетехнологиибудут , использованыдлятого,чтобыделатьтожесамое,чтоделалипредыдущиетехнологии. Мывоображаемиспользуяновыйинструментдлятого , ,чтобделатьчто-тоизвестное, толькобыстрее,эффективнееилидешевле. Примеровпредостаточно.Людиназывалипоезд«железнойлошадью»,аавтомобиль «безлошадной телегой ».Десятилетия телефон рассматривался вконтексте телеграфа , что-то, чтодолжнобытьиспользованотолькодляпередачиважныхновостейили сведений;такпродолжалосьдо 1920 года,покалюдинесталииспользоватьего повсеместно.Фотографияизначальноиспользоваласькакноваяформапортретной живописи.Кинорассматривалоськакразновидностьсценическогоискусства,вот почемувкинотеатрахсуществовалзанавеспередэкраномбольшуючасть20-го столетия. Ноокончательноеиспользованиеновыхтехнологийчастонеожиданнои влекутболее серьезныепоследствия,чемсначаламожетпоказатьсянашемувоображению.Телефон былразвитв беспроводныесетипередачиголосаи данных,позволяялюбымдвум людямнапланетеобщатьсядругс другомголосом,текстом,картинками,независимо оттого,гдеони. Транзисторбылизобретенв 1947 годувBell Labs. Людямсразужестало ясно,чтоэтоустройствопроизведетпрорыв,нопервымприменениембылопросто улучшениестарыхприложений:транзисторамизамениливакуумныелампы.Это привелок болеенадежными компактнымрадиои компьютерам,чтобыловажнои замечательновтедни, ноосновноеотличиебылвразмерахи надежностимашин. Наиболеереволюционноеприменениетранзисторабылооткрытопозже.Был необходимпериодпостепенныхинноваций,преждечемкто-нибудьсмогподуматьоб интегральныхмикросхемах,микропроцессорепроцессорецифровогосигналаили , микросхемепамяти.Подобнымобразоммикропроцессор,разработанныйв 1970 году, замышлялсядлянастольныхвычислителей.Снова,первымприложениембылапростая заменасуществующихтехнологий.Механическиенастольныевычислителибыли замененынаэлектронныекалькуляторы.Микропроцессорытакжерассматривались какзаменадляустройствнареле,например,какпереключателисветофоров.Однако, прошлигоды,преждечемобнаружиласьреальнаямощьмикропроцессоров.Никтов то времянемогпредвидетьсовременныйперсональныйкомпьютер,сотовыйтелефон, Интернет,GPS, илилюбыедругиевидысовременных повседневных информационных технологий. Потемжеприметам,былобыглуподумать,чтомыможемпредсказатьреволюционные применениямозгоподобнойсистемыпамяти.Яожидаю,чтоэтиинтеллектуальные машиныполностьюулучшатнашужизньвовсехсмыслах.Мы можембытьувереныв этом. Нопредсказатьбудущеетехнологииболеечемнанескольколетневозможно. Чтобыпризнатьэто, вамдостаточнопрочитатьнекоторыеизабсурдныхпрогнозов, сделанныхфутуристами.В 1950 годубылопредсказано,чток 2000 годуу каждогоизнас вподвалебудетатомныйреактори чтомыбудемпроводитьотпускналуне.Нопокамы веримвэтиистории,многоеможетбытьвыигранонаспекуляцияхо том, начтобудут похожиинтеллектуальныемашины.Какминимум,естьнекоторыеобширныеи полезныевыводы,которыемыможемсделатьотносительнобудущего.
Вопросыинтригующие.Можемлимыпостроитьинтеллектуальныемашиныи, если можем,начтоонибудутпохожи?Будутлионипохожиначеловекоподобныхроботов изфантастическихпроизведений,чернойилибесцветнойкоробкойперсонального компьютераиличемтоеще?Каконибудутиспользоваться?Небудетлиэтоопасной технологией,котораяможетнанестинамвредилиугрожатьнашейличнойсвободе? Каковысамыеочевидныепримененияинтеллектуальныхмашин,и существуетли способузнать,каковыбудутсамыефантастическиеприменения?Каковымбудет окончательноевоздействиеинтеллектуальныхмашиннанашужизнь?
8.1. Сможем ли мы построить интеллектуальные машины? Да,мысможемпостроитьинтеллектуальныемашины,ноонимогутоказатьсянетем, чегомыожидаем.Хотяэтоможетпоказатьсяочевидным,я неверю,чтопостроенные намиинтеллектуальныемашиныбудутдействоватькаклюди,илидаже взаимодействоватьс намичеловекоподобнымобразом. Однопопулярноепредставлениеобинтеллектуальныхмашинахпришлок намиз фильмови книг– этопривлекательные,злыеилиподчаснеуклюжиечеловекоподобные роботы,которыеразговариваютс намио чувствах,мыслях,и играютрольв бесконечныхнаучно-фантастическихзаговорах.Столетиенаучнойфантастики приучилолюдейвидетьроботови андроидовкакнеизбежнуюи желаемуючасть нашегобудущего.Поколение,выросшеенаобразахроботаРоббииз «Затерянной планеты», R2D2 и C3POиз «Звездных войн », и лейтенант -капитан Дэйтаиз «СтартрекаДаже ». HAL изфильма«2001,КосмическаяОдиссея», хотяи необладал телом,былоченьчеловекоподобным,былразработандлялюдейвихдлительных космическихбудняхкаквкачествекомпаньона,таки вкачествепрограммного автопилота.Роботыдляограниченногоприменения– наподобиеумныхавтомобилей, автономныхминисубмариндляисследованияглубинокеана,и автоматические пылесосыилигазонокосилки– весьмаправдоподобныи когданибудьпоявятся .Но андроидыи роботывродеКапитанаДейтаи C3POскорее всегоостанутся фантастикой надолгиегоды.Наэтоестьнесколькопричин. Первая– человеческийразумсоздаетсянетольконеокортексом,нотакже эмоциональнымисистемамистарогомозгаи особенностямичеловеческоготела.Для того,чтоббытьчеловеком,вамнужнывсебиологическиемеханизмы,нетолько кортекс.Чтобыобщатьсякакчеловеквовсехсмыслах(чтобыпройтитестТьюринга), интеллектуальнаямашинадолжнабылабыиметьжизненныйопыти эмоцииреального человека,и житьчеловекоподобнойжизнью.У интеллектуальныхмашинбудетаналог кортексаи набороргановчувств,ноостальное– опционально.Былобыувлекательно увидетьинтеллектуальнуюмашину,щеголяющуювчеловекоподобномтеле,ноононе обязательнодолжнобылобыиметьразум,отдаленнопохожийначеловеческий,за исключениемтого,чтомынаделилибыегочеловекоподобнымиэмоциональными системамии человекоподобнымопытом.Этобылобыкрайнесложно,и этокажетсямне неэффективным. Вторая– дажеприналичиисредстви сил, необходимыхдляпостройкии обслуживания гуманоидныхроботов,сложноувидетьихпрактическоеприменение.Роботлакейбыл быболеедорогими менееполезным,чемчеловекассистент .Хотяроботмогбыбыть
«интеллектуальным »,у негонебылобытакогосогласия и взаимопонимания ,каку человекаассистента . И паровыемеханизмы,и цифровыекомпьютерывыкачествезренияроботовникогдане сталибыплодотворными.Аналогично,когдамыразмышляемо построении интеллектуальныхмашин,длябольшинствалюдейявляетсяестественнымсноваи сновавоображатьчеловекоподобныхроботов,нотакоеврядлибудет.Роботы– это концепция,порожденнаяиндустриальнойреволюциейи подправленнаяфантастикой. Мынедолжныприниматьихврасчетвкачествевдохновенияприразработке действительноинтеллектуальныхмашин. Такначтожебудутпохожиинтеллектуальныемашины,еслиненаходящихговорящих роботов?Эволюцияподсказываетчтоеслик , органамчувствприделатьсистемупамяти, топамятьсталабымодельюмираи началабыпредсказыватьбудущееЗаимствуяидею . у природы,мыдолжныстроитьинтеллектуальныемашиныаналогичнымпутем.Вэтом рецептдляпостроенияинтеллектуальныхмашин.Начнемснаборасенсоровдля извлеченияпаттерновизреальногомира.Нашиинтеллектуальныемашинымоглибы иметьнабороргановчувств,отличающийсяотчеловеческого,и возможнодаже «существовали »быв миреотличном , отнашего (подробнее чутьпозже).Такчтоне предполагайтечтоу , нихдолжнабытьпараглазныхяблоки параушей.Затем, приделаемк этиморганамчувствиерархическуюсистемыпамяти,котораяработаетна техжесамыхпринципах,чтои кортекс.Затеммыдолжнынаучитьсистемупамяти,так же,какмыобучаемдетей.Впроцессеобучения,интеллектуальныемашиныпостроят модельих миракаконивидят , егочерезих органычувствНебудет . необходимости или возможностидлякоголибозапрограммироватьправиламира,базыданных,фактыили другиевысокоуровневыеконцепции,которыебылибыпроклятьемискусственного интеллекта.Интеллектуальныемашиныдолжныобучатьсячерезнаблюдениемира, включаяпринеобходимостиинформациюотинструктора.Кактолько интеллектуальнаямашинасоздастмодельеемира,онасможетувидетьаналогиис прошлымопытом,делатьпредсказаниябудущихсобытий,предлагатьрешенияновых проблеми делатьэтизнаниядоступнымидлянас. Физически,интеллектуальнаямашинамоглабыбытьвстроеннойв самолетыили автомобили,илисидетьнеподвижнонаполкевкомпьютерномзале.Вотличиеот людей,чеймозгдолженжитьвместес телом,системапамятиинтеллектуальной машинымоглабыбытьрасположенав отдаленииотеесенсоров(и от «тела»,еслибу неетаковоебыло). Например,у интеллектуальнойсистемыбезопасностисенсоры моглибыбытьрасположеныповсемупроизводственномупомещениюилитерритории, ноиерархическаясистемапамяти,присоединеннаяк этимсенсорам,моглабыбыть запертавфундаментездания.Следовательно,физическоевоплощение интеллектуальноймашинымоглобыиметьмножествоформ. Нетпричин, покоторыминтеллектуальнаямашинадолжнабылабывыглядеть, действоватьиличувствоватьподобночеловеку.Чтоделаетееинтеллектуальной– так этото, чтоонаможетпониматьи взаимодействоватьс еемиромпосредством иерархическоймоделивпамятии можетдуматьо миретакимжеспособом,какдумаете выи я. Какмыувидим,еемыслии действиямоглибыбытьполностьюотличающимися отчеловеческих,нотемнеменееонаоставаласьбыинтеллектуальной. Интеллектуальностьизмеряетсяпредсказательнойспособностьюиерархической памяти,анечеловекоподобнымповедением. ***
Давайтеобратимнашевниманиенанаиболеесложнуюпроблему,котораявстанет переднамиприпостроенииинтеллектуальныхмашини созданиипамяти.Чтобы построитьинтеллектуальныемашины,намнеобходимопостроитьбольшуюсистему памяти,котораябылабыиерархическиорганизованаи работалабыаналогично кортексу.Мы всталибыпередпроблемойемкостии большогочисласоединений. Емкость– этоперваяпроблема.Пусть,скажем,вкортексе32 триллионасинапсов.Если мыпредставимкаждыйсинапсвсеголишьдвумябитами(чтодаетнам4 возможных значениядлясинапса)и каждыйбайт– восемьюбитами(такчтокаждыйбайт представлялбы 4 синапса),тонамбылобынеобходимоприблизительно8 триллионов байтовпамяти.Жесткийдисксовременногоперсональногокомпьютерасодержит примерно100 гигабайт,такчтонамбылобынеобходимооколо80 современныхжестких дисков,чтобыполучитьтожесамоеколичествопамяти,чтои вчеловеческоммозге. (Небеспокойтесь о точныхцифрах ,потомучтоэтовсеголишьпредположения ).Сутьв том, чтотакоеколичествопамятиопределенноможнопостроитьв лаборатории.Нас уженеостанавливаюттысячныемножители,ноэтовсеещенетамашина,которуювы моглибыположитьвкарманиливстроитьвтостер.Важното, чтоколичество требуемойпамятинезакрываетвопрос,тогдакаквсеголишьдесятилетиеназад закрывалобы. Спасаетнастотфакт,чтонетнеобходимостивоссоздаватьчеловеческий кортексцеликом.Длямногихпримененийдостаточногораздоменьше. Интеллектуальныммашинамбудетнужномногопамяти.Вероятно,мыначнемих строить,используяжесткиедискиилиоптическиедиски,нов итогемыхотелибы построитьихтакжеи вкремнии.Кремниевыечипымаленькие,потребляютмало энергиии прочные.Этовсеголишьвопросвремени,когдакремниевыечипыобретут емкость,достаточнуюдляпостроенияинтеллектуальныхмашин.Фактически,у интеллектуальнойпамятиестьпреимуществонадобычнойкомпьютернойпамятью. Экономикаполупроводниковойиндустриибазируетсянапроцентечиповс ошибками. Длябольшинствачиповдажеединичнаяошибкаделаетчипбесполезным.Процент хорошихчиповназываетсявыходом.Онопределяет,можетликонкретнаяразработка чипабытьпроизведенаи проданас пользой.Посколькушансынаошибкувозрастаютс увеличениемразмеровчипа,большинствосовременныхчиповнебольшепочтовой марки.Индустрияувеличиваетколичествопамятинаединичномчипенеувеличением размеровчипа,а, в основном,делаяэлементыменьшеразмером. Ночипыинтеллектуальнойпамятибудутизначальнотолерантнык дефектам. Вспомните,чтони одинединичныйкомпонентвашегомозганесодержиткакихлибо важныхэлементовданных.Вашмозгтеряеттысячинейроновкаждыйдень,новаша ментальнаяемкостьспадаетнаничтожнуювеличинув течениевашейжизни.Чипы интеллектуальнойпамятибудутработатьнатехжесамыхпринципах,чтои кортекс, такчтодажееслипроцентэтихчиповбудетс дефектами,чипывсеравнобудут полезныи коммерческижизнеспособны.Наиболеевероятно,изначальная толерантностьмозгоподобнойпамятик ошибкампозволитдизайнеромразрабатывать чипызначительнобольшиеи болееплотные,чемсовременныечипыкомпьютерной памяти.Результаттаков,чтомысможемвоплотитьмозгв кремниигораздораньше,чем показываюттекущиетенденции. Втораяпроблема,которуюнамнеобходимопреодолеть– этоколичествосоединений.В реальноммозгеоченьбольшоеколичествосубкортикальногобелоговеществаКакмы . упоминалиранее,белоевеществосостоитизмиллионоваксонов,идущихчутьниже кортикальногослоя,соединяяразличныеобластикортикальнойиерархии.Отдельный нейронвкортексеможетсоединятьсяс пятьюдесятьютысячамидругихнейронов .
Такойвидсильнопараллельногосоединениясложноилиневозможнореализовать, используятрадиционныетехнологиикремниевогопроизводстваКремниевыечипы . делаютсяпутемналожениянесколькихслоевметалла,разделенныхслоямиизоляции. (Этотпроцесс неимеетничегообщего сослоямикортексаСлои ). металла содержат «проводачипови » , поскольку провода немогутпересекаться внутриодногослояобщее , числопроводовограничено.Этонегодитсядлямозгоподобнойсистемыпамяти,где необходимымиллионысоединений.Силиконовыечипыи белоевеществонесовсем совместимы. Многоинженернойи экспериментаторскойработынеобходимодлярешенияэтой проблемы,нонамизвестныбазовыепринципытого,каконабудетрешена. Электрическиепроводапосылаютсигналыгораздобыстрее,чемаксонынейронов. Единичныйпроводначипеможетбытьиспользовандлямножестваразличных соединений,тогдакаквмозгукаждыйаксонпринадлежиттолькоодномунейрону. Примеризреальногомира– системателефонии.Еслибмыпроложилилинииот каждоготелефонак каждомудругомутелефону,поверхностьпланетыбылабызарыта подджунглямимедныхпроводов.Вместоэтоговсетелефоныиспользуютотносительно небольшоеколичествовысокоскоростныхканалов.Этотметодработает,покаемкость каждогоканалагораздобольшеемкости,требуемойдляпередачиединственного разговора.Телефоннаясистемаудовлетворяетэтомутребованию:единственное оптоволокноможетпередаватьмиллионыразговороводновременно. Вреальноммозгедляобщениялюбыхдвухнейроновсуществуетотдельныйаксон,но мыможемпостроитьинтеллектуальныемашиныпопринципутелефоннойсистемы, отдаваясоединениявсовместноеиспользование.Веритеилинет, некоторыеученые многиегодыдумаютнадтем, какрешитьпроблемумозговогочипа.Дажехотя операциивкортексеоставалисьзагадкой,исследователизнали,чтокогданибудьмы решимэтуголоволомку,и затеммыдолжныпредстатьпередвопросомколичества соединений.Нетнеобходимостирассматриватьздесьразличныеподходы.Достаточно сказать,чтоколичествосоединенийможетстатьогромнейшимтехническим препятствием,с которыммыстолкнемсяприпостроенииинтеллектуальныхмашин,но мыдолжнысуметьпреодолетьего. Кактолькотехнологическиевопросыбудутпреодолены,неостанется фундаментальныхпроблем,препятствующихпостроениюдействительно интеллектуальныхсистем.Да,естьмножествовопросов,которыедолжныбытьрешены, чтобсделатьэтисистемымаленькими,недорогимии с низкимэнергопотреблением,но большеничегонебудетстоятьнанашемпути. Ушлопятьдесятлетнато, чтобот компьютеровразмеромс комнатуприйтик карманнымкомпьютерам.Нопосколькумы начинаемс продвинутойтехнологическойпозиции,тотжесамыйпутьдля интеллектуальныхмашиндолженбытьпройденгораздобыстрее.
8.2. Должны ли мы строить интеллектуальные машины? Втечениедвадцатьпервогостолетияинтеллектуальныемашиныдолжнывыйтииз областинаучнойфантастикии статьфактом.Преждечеммыприступимк этому,мы должныподуматьобэтическихвопросах,непревзойдетлиопасность интеллектуальныхмашинихвозможныепреимущества?
Перспективамашин,которыемогутдуматьи действоватьсамипосебе,волновала людеймногиегоды.Этопонятно.Новыеобластизнанияи новыетехнологиивсегда пугалилюдей,когдатолькотолькопоявлялись .Человеческоетворчествопозволяетнам вообразитьужасныепути, накоторыхноваятехнологияможетунаследоватьнашитела, переоценитьнашепредназначение,илиперечеркнутьсамуценностьчеловеческой жизни.Ноисторияпоказываетчтотакиемрачныекартиныпочтиникогданеидутпо , томупути, какмыожидаем.Когданачиналасьиндустриальнаяреволюция,мыбоялись электричества(помнитеФранкенштейна?)и паровыхмашин.Машины,которые обладаютсвоейсобственнойэнергией,которыемогутвестисебясложнымобразом, кажутсясверхъестественнымии втожевремяпотенциальнозловещими.Но электричествои энергиявнутреннегосжиганиябольшенекажутсястраннымии зловещими.Онитакаяжечастьнашегоокружения,каквоздухи вода. Когданачаласьинформационнаяреволюция,вскоревозникстрахпередкомпьютерами. Былобесчисленноемножествонаучно-фантастическихпроизведенийо мощных компьютерахиликомпьютерныхсетях,которыевнезапносознавалисебяи затем оборачивалисьпротивсвоихорганическиххозяев.Носейчас,когдакомпьютерыстали интегрированнымивповседневнуюжизнь,этотстрахкажетсяабсурдным.У Компьютеру васдома,илиИнтернетимеюттакиежешансыспонтаннообернуться сознательными,каки кассовыйаппарат. Конечно,любаятехнологияможетбытьпримененас добрымилизлымумыслом,но некоторыеболеепредрасположенык злоупотреблениюилитрагическомуисходу,чем другие.Атомнаяэнергияопасна,воплощеналионав ядернойбоеголовкеилина электростанции,потомучтоединственнаякатастрофаилиединственное злоупотреблениеможетискалечитьилиубитьмиллионылюдей.И хотяядерная энергияоченьполезна,ейимеютсяальтернативы.Транспортныетехнологиимогут принятьформутанкови истребителейилиможетпринятьформуавтомобилейи , пассажирскихсамолетов,и несчастныйслучайилизлоупотреблениемогутнавредить множествулюдей.Нотранспортныесредствавозможнои болееприсущисовременной жизнии менееопасны,чемядернаяэнергия.Разрушения,вызванныеодиночным злоупотреблениемсамолетагораздоменьше,чемядернойбомбы.Естьмножество технологий,которыев основномполностьюблаготворны.Например,телефон.Его тенденциясоединятьлюдейпревышаетлюбыенегативныеэффекты.Тожесамоедля электричестваи здравоохранения.Помоемумнению,интеллектуальныемашиныбудут однойизнаименееопасныхизтехнологий,наиболееблаготворнойтехнологией, которуюмыкогдалиборазрабатывали. Темнеменее,некоторыемыслители,наподобиеБиллаДжоя,одногоизсоучредителей Sun Microsystems, опасаются ,чтомыможемразработать интеллектуальных роботов , которыемоглибыизбежатьнашегоконтроля,кишелибыпоЗемле,и переделалибыее всоответствиис ихсобственныминамерениями.У меняв воображениивозникает картинкатехживыхметелокиз Sorcerer's Apprentice, регенерирующих себяизсвоих щепоки неустанноделающихвсе,чтобпривестик катастрофеАналогичнымобразом . , некоторыеоптимистыИИпредлагаюттревожащиепророчества.К примеру,Рей Курцвейлговорито дне,когдананороботыпроберутсяввашмозг,запишуткаждый синапси каждоесоединение,и затемпередадутвсюинформациюсуперкомпьютеру, которыйреконфигурируетсебяввас! Выстанете«программной»версиейсамогосебя, котораястанетпрактическибессмертна.Этидвапредсказанияо машинноминтеллекте, сценарийобезумевающихинтеллектуальныхмашини сценарийзагрузкимозгав компьютер,кажутсянапервыйвзглядоченьжуткими.
Построениеинтеллектуальныхмашин– этонетожесамое,чтопостроениесамо копирующихсямашин.Междуниминеткакойбытони былологическойсвязи.Нимозг ни компьютернемогутнапрямуюсамокопироваться,и мозгоподобнаясистемапамяти неотличаетсяотних. Покаоднимиздостоинствинтеллектуальныхмашинбудетнаша способностьихмассовогопроизводствамиризбежитизсамокопированиянаманер , бактерийиливирусов.Самокопированиеневедетк интеллекту,и интеллектневедетк самокопированию. Болеетого,я серьезносомневаюсьвтом, чтомыкогдалибосможемскопироватьнаш разумвмашину.Сейчас,насколькомнеизвестно,нетдействительныхили воображаемыхметодов,способныхзаписатьтриллионыдеталей,составляющихваше «Я». Нампотребуется записать и воссоздать всечастинервной системы и телане , тольконеокортекс.И намнеобходимобудетпонять,каквсеэтоработает.Однаждымы , определенносможемсделатьэто, нопроблемыуходятдалекозапониманиетого, как работаеткортекс.Пониманиенеокортикальногоалгоритмаи встраиваниееговмашины с нуля- этоодно,носканированиевнесметномколичестведеталейживогомозгаи воспроизведениеэтоговмашине– этосовсемдругое. *** П ослеупоминанияо саморепликациии копированииразума,у людейвозникаетдругое отношениек интеллектуальныммашинам.Могутлиинтеллектуальныемашиныкакто угрожатьбольшойпопуляциилюдей,какядернаябомба?Можетлиихприсутствие привестик захватуполномочийнебольшойгруппойзлыхлюдей?Илимогутлимашины статьзлымии обернутьсяпротивнас,подобнобезжалостнымнегодяямизфильмов Терминатор илиМатрица? Ответнаэтивопросыотрицательный.Какинформационныеустройства, мозгоподобныесистемыпамятидолжныстатьвчислонаиболееполезныхтехнологий, которыемыкогдалиборазрабатывали.Ноподобноавтомобилями компьютерам,они всеголишьинструмент.Всеголишьобретениеинтеллектуальностисовершенно не обозначаетобретениеспособностейк разрушениюимуществаилиманипулированию людьми.И точнотакже,какмынедоверилибыконтрольнадядернымарсеналом одномучеловекуилиодномукомпьютеру,мыдолжныбудемпроявитьосторожностьи неполагатьсяслишкомнаинтеллектуальныемашины. Этоприводитнаск вопросунедружелюбия.Некоторыелюдиполагают,чтобыть интеллектуальным– этов основномтожесамое,чтоиметьчеловеческийразум.Они боятся,чтоинтеллектуальныемашиныобидятсяна «порабощение»,посколькулюди ненавидятбытьрабами.Онибоятся,чтоинтеллектуальныемашиныпопытаются захватитьмир, потомучтоинтеллектуальныелюдивтечениевсейисториипытались захватитьмир. Ноэтиопасенияоснованыналожнойаналогии.Ониоснованына объединенииинтеллекта– неокортикальногоалгоритма– с эмоциональными мотивациямистарогомозга– страх,паранойяи страсть.Ноу интеллектуальныхмашин небудеттакихспособностей.У нихнебудетличныхамбиций.Онинебудутжелать богатства,общественногопризнания,иличувственногоудовлетворения.У нихнебудет потребностей,склонностейилиплохогонастроения.У интеллектуальныхмашинне будетничегопохожегона человеческиеэмоции,еслитолькомыспециальноне заложимэтоговних. Наилучшееприменениеинтеллектуальныхмашинбудеттам, где человеческийинтеллектиспытываеттрудности,в техобластях,вкоторыхнаши чувстванеадекватны,иливдеятельности,котораяскучнадлянас. У этихвидов деятельностиминимальноеэмоциональноесодержание.
Интеллектуальныемашиныбудутраспространеныотпростыхсистемузкого применениядооченьмощныхсверхчеловеческихинтеллектуальныхсистем,нопока мынезахотимсделатьихчеловекоподобными– онинестануттаковыми.Возможно когданибудьнампридетсяустановитьограничениянато , чтолюдимогутделатьс интеллектуальнымимашинами,ноэтотденьоченьдалек,и когдаоннастанет, этическиевопросыскореевсегобудутотносительнолегчепосравнениюс моральными вопросаминастоящеговремениотносительногенетикии ядернойтехнологии.
8.3. Зачем строить интеллектуальные машины? Теперьк вопросуЧтобудутделатьинтеллектуальныемашины? Менячастопросятрассказатьо будущеммобильныхкомпьютеров.Организаторы конференцийнередкопросятменяописать,начтобудутпохожиналадонникиили сотовыетелефонычерезпятьилидвадцатьлет. Онихотятуслышатьмоевидение будущего.Янемогуэтогосделать.Япытаюсьизбежатьтого,чтовсевместея называю однимсловом«V». Чтобыубедить в этомя , однажды вышелнасценувшляпе волшебникаи с хрустальнымшаром.Яобъяснил,чтониктонеможетвидетьбудущее детально.Хрустальныйшар– этофикция,и любой,ктопретендуетнаточноезнание того,чтопроизойдетвгрядущиегоды,обреченнапровал.Самоелучшее,чтомыможем сделатьвместоэтого– этопонятьобщуютенденцию.Есливыпонимаетеобщуюидею, вывполнесможетеотследитьее,какбыонани развиваласьпомеревыявлениядеталей. НаиболееизвестныйпримертехнологическойтенденцииэтозаконМура.ГордонМур вернопредсказал,чтоколичествоэлементов,которыемогутбытьразмещенына кремниевомчипе,должноудваиватьсякаждыеполторагода.Мурнесказал,относится лиэток чипампамяти,процессорамиличему-тоеще.Оннесказал,вкакомвиде продукцииэтичипыбудутиспользованы.Оннепредсказывал,будутличипыв пластиковыхиликерамическихкорпусахилинаклеенныепрямонаплату.Оннесказал ничегоо различныхпроцессах,используемыхприпроизводствечипов.Онпривязалсяк наиболееобщейтенденции,какоймог, и оказалсяправ. Внастоящеевремямынеможемпредсказатьокончательноеиспользование интеллектуальныхмашин.Простонетспособаузнатьконкретныедетали.Еслия, или кто-тоеще,предсказываетвдеталях,чтобудутделатьэтимашины,мынеизбежно будемобмануты.Однако,мыможемсделатьнечтобольшеечемпростопожимать , плечами.Естьдвелинииидей,которыемогутбытьполезны.Одна– вообразить наиболеекраткосрочноеиспользованиемозгоподобнойсистемыпамяти– очевидное, номенееинтереснаявещь,которуюможнопопробоватьдляначала.Второйподход– подуматьо долгосрочныхтенденциях,подобныхзаконуМура,которыемогутпомочь намвообразитьприменениятакихмашин,которые,возможно,моглибыстатьчастью нашегобудущего. Давайтеначнемс некоторыхкраткосрочныхприменений.Этовещи,кажущиеся очевидными,подобнозаменерадиолампнатранзисторыилипостроению калькуляторовнамикропроцессорах.И мысможемначатьс обозрениянекоторых областей,в которыхпыталисьприменитьИИ, нонесмогли– распознаваниеречи, техническоезрениеи умныеавтомобили.
*** Е сливыкогданибудьпыталисьиспользоватьпрограммыдляраспознаванияречидля вводатекставперсональныйкомпьютер,вызнаете,насколькоонимогутбыть неуклюжими.ПодобноКитайскойКомнатеСерла,у компьютеранетпониманиятого, чтоемусказали.Завремяиспользованиятакихпродуктовя былразочарован.Еслив комнатеестьхотькакойнибудьшум , отупавшегокарандашадочьегонибудь разговора,наэкранепоявляютсялишниеслова. Процентошибокраспознаванияочень высок.Частослова,которыепослышалисьпрограмме,неимелисмысла.«Remember to fell Mary that the bog is ready to be piqued up». Ребенокзнает,чтоэтонеправильно,ноне компьютер.Аналогично,такназываемыеестественноязыковыеинтерфейсыбыли цельюдлякомпьютерщиковмногиегоды.Идеявтом, чтобвымоглисказать компьютеруилидругимустройствамсказать,чеговыхотите– и пустьмашинаделает своюработу.Персональномуцифровомупомощнику,илиPDA, вымоглибысказать «Перенести занятия баскетболом длямоейдочеринадесять часовутраввоскресенье ». Такоеневозможносделатьнаприемлемомуровнес помощьютрадиционногоИИ. Даже есликомпьютерсмогбыраспознатькаждоеслово,длятого,чтобвыполнитьзадачуему потребовалосьбызнать,вкакуюшколуходитвашадочь,что, возможно,выимелив видуближайшеевоскресеньеи , , можетбыть,чтотакое«занятиябаскетболом»потому чтоназначениемоглобытолькоговорить«Menlo vs. St. Joe». Или, вероятно ,выхотели бы, чтобкомпьютерслушалрадиопередачунапредметупоминанияопределенного продукта,дажееслидикторописываетэтотпродуктнеиспользуяегоназвание.Выи я зналибы, о чемонговорит,нокомпьютер– нет. Этии многиедругиеприложениятребуют,чтобмашинамогласлышатьи понимать устныйязык.Нокомпьютерынемогутвыполнятьтакуюзадачу,потомучтоонине понимают,чтобылосказано.Онисопоставляютзвуковыепаттернысословарными шаблонамимеханически,незная,чтообозначаютслова.Представьтесебе,еслибывы научилисьзвучаниеотдельныхсловиностранногоязыка,нонезначениеслов,и я попросилбывасперевестиразговорс другогоязыка.Впроцессепереводавыбыне понимали,о чемречь,нопыталисьбыухватитьотдельныеслова.Однако,слова перекрываютсяи взаимодействуют,и частичнозвукиподавляютсяшумами.Вамбы показалосьчерезвычайносложноотделитьсловаи узнатьих. Именносэтим препятствиемборютсясовременныераспознающиепрограммы.Инженеры обнаружили,чтоиспользуявероятностипереходасловонимогутулучшитькачество программвчем-то. Например,онииспользуютправилаграмматикидлятого,чтоб выбратьодинизомонимов.Этооченьпростаяформапредсказания,носистемывсееще остаютсяслабоинтеллектуальными.Современныепрограммыраспознаванияречи успешноработаюттольковоченьограниченныхситуациях,вкоторыхколичествослов, которыевыможетесказатьвлюбоймомент,ограничено.Нолюдиоченьлегко выполняютмножествозадач,связанныхс языком,потомучтонашкортекспонимаетне толькослова,нопредложенияи контекста,вкоторомонипроизнесены.Мы предчувствуеммысли,фразыи отдельныеслова.Нашакортикальнаямодельмира делаетэтоавтоматически. Такчтомыможеможидать,чтосистемыпамяти,подобныекортексу,трансформируют ошибочноераспознаваниеречивнадежноепониманиеречи. Вместопрограммирования вероятностейпереходовотдельныхслов,иерархическаяпамятьбудетотслеживать ударения,слова,фразы,смысли использоватьихдляинтерпретациитого,чтобыло сказано.Подобночеловеку,такаяинтеллектуальнаямашинамоглабыотличать различныеслучаипримененияречи – например,разговормеждувамии вашимдругом вкомнате,телефонныйразговор,командыредактированиядлятекстовогоредактора.
Такиемашинапостроитьнелегко.Дляполногопониманиячеловеческогоязыка, машинадолжнаиметьопыти изучать,чтоделаетчеловек.Такчтодажееслипройдет многолет, преждечеммысможемпостроитьинтеллектуальныемашины,мыбудем способнывближайшембудущемулучшитьпроизводительностьсуществующихсистем распознаванияречи, используяпамять,подобнуюкортексу. Зрениепредлагаетдругойнаборприложений,которыеИИнеможетрешить,нокоторые интеллектуальныесистемыдолжныуметьрешать.Сегоднянетмашин,которыемогут смотретьнаестественноеизображение– мирпередвашимиглазами,иликартинкас камеры– и описывать,чтоонавидит.Естьнесколькоуспешныхприменений машинногозрения,котороеработаетв оченьограниченныхобластях,такиекак визуальноевыравниваниечиповнапечатнойплатеилисопоставлениелицпобазе данных,новнастоящеевремядлякомпьютераневозможноидентифицировать различныеобъектыилианализироватьизображениеболееобщо.Дляваснесоставляет трудаосмотретькомнатуи найтиместо,гдеможноприсесть,нонепроситекомпьютер сделатьэто. Представьтечтовысмотритенаэкранс , изображениемс камеры безопасности.Можетевыотличитьчеловека,стучащеговдверьс подаркомв рукеот человекас монтировкой?Конечноможете,нотакоеразличениезапределами способностейсовременныхпрограмм.Следовательномынанимаемчеловека,который следитзаэкраномкамерыбезопасностивсевремяв поискахподозрительного.Для такогочеловекасложновсевремяоставатьсяначеку,тогдакакинтеллектуальная машинамоглабывыполнятьтакуюзадачунеустанно. Вконцеконцов,давайтевзглянемнатранспортировку.Машиныстановятсявсеболее сложными.У нихестьGPSдляотображения маршрута от A к B, сенсоры длявключения фар,когдастановитсятемно,акселерометрыдлясрабатыванияподушкибезопасности, сенсорыпредупреждающиео том, чтовыможетенаехатьзаднимходомнакакойто предмет.Естьдажеавтомобили,которыеездятавтономнопоспециальнымпутямилив идеальныхусловиях,хотяоникоммерческинедоступны.Ночтобыэффективнои безопасновестимашинуполюбымтипамдорогиливлюбыхдорожныхусловиях, требуетсябольшеечемнаборсенсорови , обратныесвязиконтуровуправления.Чтоб бытьхорошимводителем,выдолжныпониматьдорожнуюобстановку,других водителей,принципработыавтомобиля,сигнальныеогнии массупрочихвещей.Вы должныбытьспособныпониматьпредупреждающиезнакиилиотмечать,когдадругая машинадвижетсяслишкомопасно.Выдолжнывидетьповоротникидругоймашиныи предвидеть,чтоонавероятносменитполосу,или, еслисигналвключенуженесколько минут, предположить,чтоводительвероятнозабыл,чтосигналвключени небудет менятьполосу.Выдолжныпонять,чтоклубыдымадалековпередимогутобозначать, чтопроизошлааварияи следовательновыдолжнызамедлитьдвижение.Водитель видитмячик,катящийсяподорогеи автоматическипонимает,чтозанимможет выбежатьребенок,чтобдогнатьего,и интуитивножметнатормоз. Скажем,мыхотимпостроитьдействительноумнуюмашину.Первое,чтомыдолжны сделать– этовыбратьнаборсенсоров,которыепозволилибымашинеощущатьмир. Мы моглибыначатьс камерыдлязрения,возможнонесколькокамер,спередии сзади,и микрофоныдляслуха,номымоглибытакжеобеспечитьеерадаромили ультразвуковымисенсорами,которыемоглибыточноопределятьрасстояниедодругих объектови скоростьи всветлыхи втемныхусловиях.Сутьвтом, чтомынедолжны полагатьсяилиограничиватьсебятолькотемичувствами,которыеиспользуетчеловек. Кортикальныйалгоритмгибок,и, покамыкорректноприменяемсистему иерархическойпамяти,длянеенедолжноиметьзначения,какиетипысенсоровмы инсталлируем.Нашамашинамоглабы, теоретически,бытьлучшев ощущениимира
дорожногодвижения,чеммы, потомучтоеенаборсенсоровможетбытьвыбранв соответствиис задачей.Затемсенсорыбылибыприделанык достаточнобольшой системеиерархическойпамяти.Разработчикимашинынатренировалибыпамять умноймашиныпутемдемонстрацииейусловийизреальногомира,такчтобона обучаласьстроитьмодельеемираточнотакже,какделаютлюди– толькоболее ограниченнойобласти.(Например,машиненужнознатьо дорогах,нонео лифтахили самолетах).Памятьмашиныизучилабыиерархическуюструктурудорожного движенияи дорог,такчтоонасмоглабыпониматьи предвидеть,чтоскореевсего должнопроизойтивеемиредвижущихсяавтомобилей,дорожныхзнаков,препятствий илипересечений.Разработчикимашинымоглибыразработатьсистемупамятитакую, чтобонадействительновеламашинуилипростонаблюдалазатем, чтопроисходит, когдавыведете.Онмогбыдаватьсоветыилинаоборотприниматьсоветыв сложных ситуациях,подобносоветчику,которыйбываснераздражалКактолькопамятьодин . разполностьюнатренированаи машинаможетпониматьи разбиратьсявовсем,что можетпроизойти,инженерыимелибывозможностьпостояннойнастройкипамяти,так чтовсемашины,сходящиесосборочногоконвейеравелибысебяодинаково,илиони моглибыразработатьпамятьдляпродолженияобученияпослетого,какмашина продана.И с помощьюкомпьютера,нонечеловеком,памятьмоглабыбыть перепрограммированаобновленнойверсией,котораяработалабыи вкакихтоновых ситуациях. Янеговорюо том, чтомыопределеннопостроимумныеавтомобилиилимашины, которыебудутпониматьязыки обладатьзрением.Ноэтохорошиепримерыустройств, которыемымоглибыисследоватьи разрабатывать,и кажетсявозможнымпостроить их. *** Л ичноменяменьшевсегоинтересуюточевидныепримененияинтеллектуальных машин.Дляменяистинноепреимуществои восхищениеновымитехнологиями– это найтидлянихприменения,которыйбылиранееневообразимыми.Вкакихслучаях интеллектуальныемашинымоглибыудивитьнас,и какиефантастические возможностивозниклибычерезнекотороевремя?Яуверен,чтоиерархическаяпамять, подобнотранзисторуи микропроцессору,преобразуетнашужизньк лучшему невероятнымспособом,нокаким?Одинспособ,какмымоглибымелькомувидеть будущееинтеллектуальныхмашин,заключаетсяв том, чтобподуматьнадаспектами хорошомасштабируемыхтехнологий.ТОесть,какиеатрибутыинтеллектуальных машинбудутстановитьсядешевлеи дешевлебыстрееи , быстрее,илименьшеи меньше.Вещи,которыерастутэкспоненциально,моментальноуходятзапределы нашеговоображенияи наиболеевероятноиграютключевуюрольвнаиболее радикальнойэволюциитехнологиибудущего. Примерытехнологий,которыерослиэкспоненциальномногиегоды,включают кремниевыечипыпамяти,жесткиедиски,технологиирасшифровкиДНК,и оптоволоконныетехнологии.Этимоментальномасштабирующиесятехнологиибыли основойдлямногихновыхпродуктови видовдеятельности.Вдругойформетакже хорошомасштабировалосьпрограммноеобеспечение.Нужныепрограммы,однажды написанные,моглибытьскопированымножестворази виртуальнонеимели стоимости. Вотличиеотэтого,некоторыетехнологии,такиекакбатарейки,моторы,и традиционнаяробототехника,плохомасштабируются.Несмотрянамногочисленные
усилияи неизменныеулучшения,манипуляторы,построенныесегодня,ненамного лучшечемпостроенныемноголетназад.Развитиеробототехникиидетпостепеннои скромно,ничегоподобногоэкспоненциальнымкривымростаразработкичиповили распространенияпрограммногообеспечения.Манипулятор,построенныйв 1985годуза миллиондолларов,неможетбытьпостроенсегоднязадесятьдолларов.Подобным образом,сегоднябатарейкиненамноголучшечемонибылидесятьлетназад.Вымогли бысказать,чтоонивдваилитриразалучше,нонев тысячирази прогрессидеточень медленно.Еслибыемкостьбатарееквозрасталас такойжескоростью,какемкость жесткихдисков,тосотовыетелефоныи другаяэлектроникавообщенетребовалибы зарядки,алегковесныеэлектромобили,пробегающиетысячимильзаоднузарядку, былибыобыденностью. Такчтонамследуетдуматьо том, какиеаспектымозгоподобнойсистемыпамятибудут масштабироватьсязначительнозапределынашихбиологическихмозгов.Этиатрибуты могутподсказать,кудавконечномсчетепридуттехнологии.Явижучетыреатрибута, которыедолжныпревыситьнашисобственные:скорость,емкость,возможность копированияи сенсорныесистемы. Скорость Тогдакакнейроныработаютс временамипорядкамиллисекунд,кремниевыечипы оперируютс временамипорядкананосекунд(и такжепродолжаютстановиться быстрее).Этаразницавмиллионыраз,нашестьпорядков.Вследствиеэтогомежду органическими кремниевыммозгомдолжнобытьотличиев скорости. Интеллектуальныемашиныбудутспособныдуматьвмиллионыразбыстрее,чем человеческиймозг.Такойразуммогбычитатьбиблиотекицеликомилиизучать огромные,сложныемассивыданных– задачи,которыемогутзанятьу меняилиу вас целыегоды– занесколькоминут, получаятотжесамыйрезультат.Вэтомнетничего магического.Биологическиймозгэволюционировалс двумяограничениямипо времени.Одно– этоскорость,с которойнейронымогуработать,адругое– этоскорость, с которойизменяетсямир. Длябиологическогомозгабылобыбесполезнодуматьв миллионразбыстрее,еслиокружающиймиризменяетсямедленно.Нов кортикальном алгоритменетничего,чтозаставлялобыегоработатьмедленно.Еслибы интеллектуальнаямашинаобщаласьи взаимодействовалас человеком,онадолжна былабызамедлитьсвоюработудочеловеческойскорости.Еслибыоначиталакнигу, переворачиваястраницы,былобыограничениенато, какбыстроонамоглабычитать. Нокогдаонавзаимодействовалабысэлектронныммиром,онамоглабы функционироватьгораздобыстрее.Двеинтеллектуальныемашинымоглибы поддерживатьобщениевмиллионразбыстрее,чемдвачеловека.Вообразитепрогресс интеллектуальныхмашин,которыерешаютматематическиеилинаучныепроблемыв миллионразбыстрее,чемчеловек.Задесятьсекундонамоглабывыдатьстолькоже идейпопроблеме,скольковымоглибызамесяц.Никогданеустающая,не поддающийсяскукеразумнатакойскоростиоднозначнобылбыполезенвтаких применениях,которыемыещенеможемвообразить. Емкость Несмотрянавпечатляющуюемкостьпамятичеловеческогокортекса, интеллектуальныемашинымогубытьпостроенытак,чтопревзойдутее.Размернашего мозгаограниченнесколькимибиологическимифакторами,включаяотношениечерепа ребенкак диаметрутазаматери,высокаяметаболическаястоимостьработающегомозга (вашмозгвсего2 процента отвашего телаповесуноиспользует , около20 процентов
вдыхаемогокислорода),и низкаяскоростьнейронов.Номыможемпостроить интеллектуальныесистемыпамятилюбогоразмера,и, вотличиеотслепого, извилистогопроцессаэволюции,мыможемпроявитьпредусмотрительностьи специфическиенамеренияк деталямдизайна.Можетоказаться,чтоемкость человеческогонеокортексастанетотносительноскромнойзадесятилетиес текущего момента. Припостроенииинтеллектуальныхмашинмымоглибыувеличитьемкостьихпамяти несколькимиспособами.Увеличениеглубиныиерархииприведетк болееглубокому пониманию– способностивидетьвысокоуровневыепаттерны.Увеличениеемкости областейпозволитмашинепомнитьбольшедеталей,иливосприниматьс более высокойточностью,подобнотому,каку слепогочеловекагораздолучшечувство осязанияи слуха.Добавлениеновыхчувствк сенсорнойиерархиипозволитустройству создаватьлучшуюмодельмира,какя укажудалее. Былобыинтереснопосмотреть,естьливерхнийпределтого,насколькобольшойможет статьинтеллектуальнаясистемапамятии в какихизмерениях.Возможно,устройство можетстатьслишкомхаотичным,чтобегоиспользовать,илиономоглобыперестать работатьпридостижениинекотороготеоретическогопределаВозможночеловеческий . мозгужеблизокк максимальномутеоретическомуразмеру,номнеэтокажется слишкомнеправдоподобным.Человеческиймозгсталбольшимсравнительнонедавно напоэволюционнойвременнойшкале,и нетоснованийполагать,чтомынанекотором стабильноммаксимуме.Какойбыни оказаласьпиковаяемкостьинтеллектуальной системыпамяти,человеческиймозгопределеннонедостигее.Она,вероятно,неблизко. Одинспособпосмотреть,чтотакиесистемымоглибысделать– этопосмотретьна известныеограничениячеловеческойпроизводительности.Эйнштейннесомненнобыл черезвычайноумным,ноегомозгбылвсетакимозгом.Мыможемпредположить,что егоэкстраординарнаяинтеллектуальностьбылавосновномследствиемфизических отличийегомозгаи обычногочеловеческогомозга.ЧтосделалоЭйнштейнатаким необыкновенным,такэтото, чточеловеческийгеномнечастопроизводитмозг, подобныйегомозгу.Однако,когдамыбудемразрабатыватькремниевыймозг,мы сможемегопостроитькакзахотим.ОнмогбыбытьуровняЭйнштейна,илидажеумнее. Другойэкстремальныйпример– savants – могутпоказать намдругоевозможное измерениеинтеллекта.Savants – этоумственно отсталые людипроявляющие , замечательныеспособности,такиекакфотографическаяпамятиилиспособность выполнятьсложныематематическиевычисленияс молниеноснойскоростью.Ихмозг, хотянетипичный,всеещемозг,работающиепотомужесамомукортикальному алгоритму.Еслинетипичныймозгможетиметьошеломляющиеспособностик запоминанию,то, теоретически,мымоглибыдобавитьэтиспособностинашему искусственномумозгу.Этиэкстремальныементальныечеловеческиеспособностине толькопоказывают,чтовозможновоссоздать;онипредоставляютнаправление,в котороммымоглибыпревзойтинаилучшиечеловеческиеспособности. Возможность копирования Каждыйновыйорганическиймозгдолженбытьвыращени натренированс нуля, этот процессзанимаетдесятилетиячеловеческойжизни.Каждыйчеловекдолженоткрыть длясамогосебяосновыкоординацииконечностейтелаи группмышц,удержания равновесияи движения,запомнитьобщиесвойствамногочисленныхобъектов, животных,другихлюдей; названиявещейи структуруязыка;правиласемьии обществаКогдаэтиосновыусвоены . ,наступаютгодыи годыформальногообучения.
Каждыйчеловекдолженпройтивжизниодини тотженаборкривыхобучения, необходимыхдляпостроениямоделимирав кортексе,дажехотяонибылипройдены бесчисленноеколичествораздругимилюдьми. Интеллектуальныммашинамнетнеобходимостипроходитьэтотдлинныйпуть обучения,посколькучипыи другиеустройствахранениямогут бытьскопированы многократнои содержимоеможетбытьлегкоперенесено.Вэтомсмысле интеллектуальныемашинымоглибыкопироватьсякакпрограммноеобеспечение.Как толькоединичныйпрототипсистемыбылудовлетворительнонастроени натренирован,онмогбыбытьскопированмногократнопонашемужеланию.Могут уйтигодынаразработкучипа,конфигурированиеаппаратуры,тренировки,пробыи ошибкиприсовершенствованиисистемыпамятидляумногоавтомобиля,нокактолько полученконечныйпродукт,можноначатьегомассовоепроизводство.Какя уже упоминалранее,мымоглибывыбрать,позволитькопиямпродолжатьобучениеили нет. Длянекоторыхприложениймыхотелибыограничитьинтеллектуальныемашины, чтобониработалитолькопротестированными известнымобразом.Кактолькоумная машинаузнаетвсе,чтонеобходимо,мынехотелибы, чтобу нееразвилисьвредные привычкииличтобонаповерилав ложныеаналогии,которыеейпоказалисьбы. Мы ожидалибы, чтовсеодинаковыемашинывелибысебяодинаково.Нодлядругих приложений,мыхотелибы, чтобмозгоподобнаясистемапамятисохраняласпособность продолжатьобучение.Например,интеллектуальнаямашина,разработаннаядляпоиска математическихдоказательств,нуждаласьбывспособностиобучатьсянаопыте, применятьстарыедогадкик новымпроблемам,и былабыобобщенногибкойи открытой. Былабынеобходимавозможностьсовместногоиспользованиякомпонентовобучения, такжекакэтоделаетсядляпрограммногообеспечения.Интеллектуальнаямашина конкретнойразработкимоглабыбытьперепрограммированас новыммножеством соединений,ведущихк отличномуповедению,какеслибыя могзагрузитьновыйнабор соединенийввашмозги изменитьвасс англоговорящегонафранкоговорящего ,илис профессораполитическихнаукнамузыковедаЛюдимоглибыобмениватьи . строить работудругих.Скажем,я разработали натренировалмашинус превосходной визуальнойсистемой,адругойчеловекразработали натренировалмашинус превосходнымслухом.Приправильнойразработкемымоглибыскомбинировать преимуществаобеихсистембезтренировкиснизувверх.Совместноеиспользование жизненногоопытатакимспособомпростоневозможнодлялюдей.Направление разработкиинтеллектуальныхмашинмоглобыэволюционироватьтемжепутем,чтои компьютернаяиндустрия,с сообществамилюдей,тренирующихинтеллектуальные машинынаспециализированныезнанияи способности,и людей,продающихи обменивающихрезультатыконфигурациипамяти.Перепрограммирование интеллектуальноймашинынеотличалосьбыотзапускановойвидеоигрыили инсталлированияновогопрограммногообеспечения. Сенсорные системы У людейестьнаборчувств.Этичувствазамурованыглубоков нашихгенах,в наших телахи в субкортикальныхсоединенияхнашегомозга.Мынеможемизменитьих. Иногдамыиспользуемтехнологию,чтобыусилитьнашичувства,такиекакочки ночноговидения,радарыиликосмическийтелескопХаббл.Этивысокотехнологические инструментыявляютсяхитрымитрюкамипреобразованияданных,ноненовой модельювосприятия.Онипреобразуютинформацию,которуюмынеможемощущать,в визуальнуюилислуховую,которуюужемыможеминтерпретировать.Темнеменее,
необходимоотдатьдолжноеизумительнойгибкостинашегомозга,которая проявляетсявтом, чтомыможемсмотретьнаэкранрадараи пониматьто, чтоон представляет.Большинствовидовживотныхдемонстрируютразличныечувства,такие какэхолокацияу летучихмышейи дельфинов,способностьпчелвидеть поляризованныйи ультрафиолетовыйсвет,способностьчувствоватьэлектрическое полеу некоторыхрыб. Интеллектуальныемашинымоглибывосприниматьмирчерезлюбыеорганычувств, каксуществующиевприроде,таки чисторазработанныечеловеком.Сонар,радари инфракрасноезрениеочевидныепримерынечеловеческихвидоворгановчувств, которыемымоглибызахотетьиспользоватьв интеллектуальныхмашинах.Ноэто тольконачало. Гораздоболееинтереснымбылбыспособ,которыминтеллектуальныемашины воспринималибымирэкзотических,чуждыхчувств.Какмывидели,неокортикальный алгоритмфундаментальнозанимаетсяпоискомпаттерновв мире.Длянегонет предпочтенияк физическимисточникамэтихпаттернов.Покаинформация, поступающаявкортекс,являетсянеслучайнойи имеетопределеннуюстатистическую структуру,интеллектуальнаясистемабудетформироватьинвариантныевоспоминания и предсказаниянаихоснове.Нетпричины,покоторойэтипаттерныобязаныбыть аналогичнымичувствамживотных,илидажевообщеприходитьизреальногомира.Я ожидаю,чтоименнов областиэкзотическихоргановчувствлежитреволюционное использованиеинтеллектуальныхмашин. Например,мымоглибыразработатьсенсорнуюсистему,котораяохватываетвесь земнойшар.Вообразитеметеорологическиедатчики,расположенныепримерночерез каждыепятьдесятмильпоконтиненту.Этисенсорыбылибыаналогичнысенсорам сетчатки.Влюбоймоментвремени,двасмежныхсенсорапогодыимелибывысокую корреляциюихактивности,подобнодвумсмежнымнейронамсетчатки.Естьбольшие метеорологическиеобъекты,такиекакштормаи фронты,которыедвижутсяи изменяютсявовремени,точнотакжекакдвижутсяи изменяютсявовремени визуальныеобъекты.Приделываятакойсенсорныймассивк большой кортикальноподобнойпамяти,мымоглибыпозволитьсистеменаучиться предсказыватьпогоду,точнотакже,какмыучимсяузнаватьвизуальныеобъектыи предсказывать,каконидвижутсявовремени.Системавиделабылокальныепогодные паттерны,существующиечасы,дни, годы.Размещаясенсорыпоближев некоторых регионах,мымоглибысоздатьнекотороеподобиефовеа,позволяяинтеллектуальному погодномумозгупониматьи предсказыватьмикроклимат.Нашпогодныймозгпонимал быи думалбыо глобальнойпогоднойсистеметакже,какя и выпонимаеми думаемоб объектахи людях.Метеорологисегоднязанимаютсячемтопохожим.Онисобирают записис различныхраспределенныхдатчикови используютсуперкомпьютерыдля моделированияклиматаи прогнозапогоды.Ноэтотподход,которыйфундаментально отличаетсяоттого,какработалибыинтеллектуальныемашины,сроднитомукак компьютериграетвшахматы– тупои безпонимания– тогдакакинтеллектуальная погоднаямашинасродничеловеку,играющемувшахматы– вдумчивои с пониманием. Интеллектуальнаяпогоднаямашинаоткрылабыпаттерны,которыенедоступны человеку.Тольков 1960 годубылоткрытпогодныйфеномен,известныйкакEl Niño. Погодныймозгмогбынайтигораздобольшепаттернов,подобныхEl Niño, или обучитьсятому,какпредсказыватьторнадоилимуссоныгораздолучше,чемчеловек. Располагаяогромноеколичествопогодныхданныхв форме,котораянедоступнадля пониманиячеловеком,нашпогодныймозгощущалбыи думало погоде непосредственно.
Другаясильнораспределеннаясистемасенсоровмоглабыпозволитьнампостроить интеллектуальнуюмашину,понимающуюи предсказывающуюмиграциюживотных, демографическиеизменения,распространениеболезней.Вообразите,чтоу насесть сенсоры,распределенныепосетямлинийэлектропередачи.Интеллектуальнаямашина, присоединеннаяк этимсенсорамнаблюдалабыспадыи потокиэлектропотребления такимжеобразом,какмывидимпотокидорожногодвижения,илидвижениелюдейв аэропорту.Черезпостоянноенаблюдениеэтогочеловекобучаетсяпредсказыватьэти паттерны– простоспроситеобэтомслужащих,ездящихнатранспортеилислужбу безопасностиаэропорта.Аналогичноинтеллектуальныймониторсети электропередачибылбыспособенлучшечемчеловекпредсказыватьпотребностив электроэнергии,предсказыватьситуации,ведущиек перегрузке.Мымоглибы комбинироватьсенсорыдляпогодыи человеческойдемографиидлятого,чтобы предвидетьполитическиеволнения,стихийныебедствияиливспышкиболезней. Подобнооченьумномудипломату,интеллектуальныемашинымоглибыигратьрольв сокращенииконфликтови человеческихстраданий.Вымоглибыподумать,что интеллектуальноймашиненужныбылибыэмоции,чтобыпредсказыватьпаттерны, связанныес человеческимповедением,ноя такнедумаю.Мынеродилисьснабором культурных,религиозныхценностей;мыобучилисьим. И точнотакже,какя могу научитьсяпониматьмотивациюлюдейс ценностями,отличнымиотмоих, интеллектуальнаямашинамоглабыпостичьчеловеческиемотивациии эмоции,даже еслисамапосебемашинанеимеетэмоций. Мымоглибыизучатьструктурубытия.Теоретическивозможносделатьсенсоры, которыемоглибыпредставлятьпаттернывклеткахилибольшихмолекулах.Например, важнаяпроблемасегодня– этопонять,какформамолекулыбелкаможетбыть предсказанаизпоследовательностиаминокислот,составляющихэтотбелок.Умея предсказыватьпроцесссвертыванияи взаимодействиябелковускорилобыразвитие медициныи вылечилобымногиеболезни.Инженерыи ученыесоздаюттрехмерные визуальныемоделибелков,пытаясьпредсказать,какповедутсебяэтисложные молекулы.Ноэтослишкомсложно.Сдругойстороны,суперинтеллектуальнаямашина с наборомсенсоров,специальноподобранныхдляэтойзадачи,моглабыответитьна такиевопросы.Еслиэтокажетсяслишкомнеестественным,вспомните,чтомыне удивилисьбы, есличеловексмогбырешитьэтупроблему.Нашанеспособность ухватитьвсюсутьможетбытьбазируется,в основном,нанесоответствиимежду человеческимиорганамичувстви физическимфеноменом,которыймыхотимпонять. Интеллектуальныемашинымоглибыиметьразличныеорганычувстви память,больше чему человека,позволяющиеимрешатьтепроблемы,которыемынеможемрешить. Справильнымнаборомчувстви слегкареструктурированнойкортикальнойпамятью интеллектуальныемашинымоглибыжитьи размышлятьввиртуальныхмирах, используемыхвматематикеи физике.Например,большинствопопытоквматематикеи наукетребуютпониманиятого,какведутсебяобъектывмире,вкоторомбольшечем триизмерения.Теорияструн,котораяизучаетструктурусамогопространства, представляетВселенную,какимеющуюдесятьилиболееизмерений.Длялюдей представляетбольшуюсложностьдуматьо математическихпроблемахвчетырехили болееизмерений.Возможноинтеллектуальнаямашинасоответствующегодизайна моглабыпонятьмногомерныепространстватакимжеобразом,какмыпонимаем трехмерныепространства,и, следовательно,былабыэкспертомвпредсказаниитого, каконисебяповедут. Вконцеконцовмымоглибыиспользоватьсвязкуинтеллектуальныхмашинвбольшой иерархии,точнотакжекакнашкортексобъединяетслух, осязаниеи зрениев
высокоуровневуюиерархию.Такаясистемаавтоматическиучиласьбымоделироватьи предсказыватьмыслительныепаттернывпопуляцииинтеллектуальныхмашин.С распределеннымисистемамипередачиданных,такиекакИнтернет,отдельные интеллектуальныемашинымоглибыбытьраспределеныпоземномушару.Большая иерархияизучалабыболееглубокиепаттерныи видетьболеесложныеаналогии. Цельэтихразмышленийпоказать,чтоестьмножествоспособов,которыми мозгоподобныемашинымоглибыопередитьнашиспособности.Онимоглибыдуматьи учитьсявмиллионразбыстрее,чемможеммы, помнитьогромноеколичество детальнойинформациииливидетьневероятноабстрактныепаттерны.У нихмоглибы бытьболеечувствительныесенсоры,чему нас,илиболеераспределенныесенсоры,или сенсорыдляоченьмикроскопическихфеноменов.Онимоглибыдуматьв трех,четырех илибольшемколичествеизмерений.Ниоднаизэтихинтересныхвозможностейне зависитоттого,чтоинтеллектуальныемашиныподражаютилидействуютподобно людям,и онинетребуютсложнойробототехники. Теперьмыможемполностьюувидеть,какТестТьюрингасравниваяинтеллектс человеческимповедением,ограничилнашевидениевозможного.Понявв первую очередь,чтотакоеинтеллект,мыможемпостроитьинтеллектуальныемашины, которыебудутгораздоболееценны,чемпростоекопированиечеловеческого поведения.Интеллектуальныемашиныбудутпоразительныминструментоми сильно расширятнашизнанияо Вселенной. *** Когдасбудетсячто-либоизэтого?Построиммыинтеллектуальныемашинычерез пятьдесятлет,черездвадцатьиличерезпять?Вмиревысокихтехнологийесть высказывание,чтоизмененияидутдольше,чемвыожидаетев краткосрочной перспективе,новозникаютбыстрее,чемвыожидаетевдолгосрочнойперспективе.Я виделэтомногораз.Кто-товыскакиваетнаконференции,объявляетновуютехнологию и заявляет,чтоонабудетвкаждомдомечерезчетырегода.Оказывается,чтоон ошибался.Четырегодапревращаютсяв восемь,и людиначинаютдумать,чтоэто никогданепроизойдет.Спустянекотороевремя,когдавсемкажется,чтоидеясовсем умерла,онаначинаетвозрождатьсяи становитсябольшойсенсацией.Что-топодобное должнопроизойтис интеллектуальнымимашинами.Поначалупрогресскажется медленным,нопотомначинаетбыстронабиратьобороты. Наконференцияхнейроученыхмненравитсяобходитьзали проситькаждого высказатьсвоемнениео том, когдау насбудетработающаятеориякортекса.Некоторые люди– меньше5 процентов– говорят«никогда»или «унасонаужеесть» (неожиданный ответ).Другие5 процентов говорятчерез « 10 лет».Половина оставшихся говорятот 10 до 50 лет,или «втечениемоейжизни».Оставшиесяговорятот 50 до200 лет,или «ужепослемоейжизни».Янасторонеоптимистов.Мывтечениедесятилетий жилив «медленном»периоде,такчтомногимлюдямкажется,чтопрогрессв теоретическойнейронаукеи интеллектуальныхмашинахокончательнозастрял. Опираясьнапрогресспоследних50 летестественнопредположить,чтомыникогдане приблизимсяк ответу.Ноя верю,чтомынаповоротнойточкеи прогресстронетсяс места. Возможноускоритьбудущеечтобыприблизитьповоротнуюточку , . Однаизцелейэтой книгиубедитьвас,чтоприналичиикорректныхтеоретическихосновмыможем добитьсяускоренногопрогрессав пониманиикортекса– чтос моделью«память-
предсказание»в качестверуководствамыможемдешифроватьдеталитого,как работаетмозги нашемышление.Этознание,необходимоедляпостроения интеллектуальныхмашин.Еслиэтовернаямодель,прогрессможетвскоре продолжиться. Такчтохотяя немогуточнопредсказать,когдаэраинтеллектуальныхмашинстанет реальность,я думаю,чтоеслидостаточноеколичестволюдейвозьмутсязарешение проблемысегодня,мысможемсоздатьполезныйпрототипи эмуляторкортексавсегоза нескольколет. Втечениедесятилет, я надеюсь,интеллектуальныемашиныстанут однойизсамыхгорячихобластейтехнологиии науки.Янехочууточнять,потомучтоя знаю,каклегконедооценитьвремя,требуемоедлятого,чтобпроизошлочто-товажное. Такпочемужея стольоптимистиченвоценкескоростипрогрессав пониманиимозгаи построенииинтеллектуальныхмашин?Мояверакоренитсяв основномнатом, чтоя потратилужедовольномноговременинаработупопроблемеинтеллекта.Когдая впервыеувлексяизучениеммозга,я почувствовал,чторешениеэтойголоволомки можетнаступитьпримоейжизни.Втечениемногихлетя тщательнонаблюдалспад ИИ, восхождениеи падениенейронныхсетей,и ДекадуМозгав 90-х годах.Явидел,как эволюционировалиотношениек теоретическойбиологиии в особенности теоретическойнейронауке.Явидел,какидеипредсказания,иерархического представленияи времявползаливлексиконнейронауки.Явиделпрогрессвмоем собственномпониманиии пониманииу моихколлег.Язагорелся рольюпредсказания 18 летназади с техпорнесколькими способами проверял ее.Поскольку я былпогружен внейронаукуи компьютернуюобластьсвышедвухдесятилетий,возможномоймозг построилвысокоуровневуюмодельтого,каквозникаюттехнологическиеи научные изменения,и чтомодельпредсказываетбыстрыйпрогресс.Сейчасповоротныймомент.
Эпилог Астроном КарлСаганлюбилговорить ,чтопонимание чеголибонеуменьшает его интересностьи загадочность.Множестволюдейбоятся,чтонаучноепонимание повлечетзасобойкомпромиссс удивительностью,какеслибызнаниевысасывалобы вкуси цветжизни.НоСаганбылправ.Истинав том, чтос пониманиеммыобретаем большекомфортавнашейроливовселеннойи одновременновселеннаястановится болееполноцветнойи загадочной.Бытькрошечнымпятномв бесконечномкосмосе, живым,сознательным,интеллектуальными творческим– этоболееинтересно,чем житьнаплоскойограниченнойЗемлевцентремаленькойвселенной.Пониманиетого, какработаетнашмозгнеуменьшаетинтересностии загадочностивселенной,нашей жизни,нашегобудущего.Нашеизумлениестанеттолькоглубжепомереприменения этихзнанийк пониманиюсамихсебя,построениюинтеллектуальныхмашини затем овладеванияновымизнаниями. Следовательнопоискпониманиямозгаи построениеинтеллектуальныхмашинэто достойнаяпопыткаи логическиследующийшагдлячеловечества. Этойкнигойя надеюсьсоблазнитьмолодыхинженерови ученыхк изучениюкортекса, к принятиюмодели«памятьпредсказание »и построениюинтеллектуальныхмашин.С еевысотыискусственныйинтеллектбылбольшимпродвижением.У негобыли журналы,образовательныепрограммы,книги,бизнеспланыи предприниматели. Нейронныесетианалогичносоздалиогромноевозбуждение,какобласть,возникшаяв 80-х. Нонаучныеосновылежащие , вИИи нейронных сетяхнегодились дляпостроения интеллектуальныхмашин. Яубежден,чтосейчасу насестьболеемногообещающийпуть.Есливыучитесьв колледжеиливысшейшколе,и этакнигасподвиглаработатьнадэтойтехнологией– построитьпервыедействительноинтеллектуальныемашины,помочьэтойиндустрии стартовать– я поддерживаювасвэтомустремлении.Сделайтеэтореальностью.Один изключевыхмоментовпредпринимательскогоуспехавтом, чтовыдолжны безрассудноуйтис головойв новуюобластьпреждечемстанетясно, чтоуспехвам обеспеченна 100 процентов.Оченьважноправильновыбратьвремя.Есливыначнете слишкомрано,вампридетсябороться.Есливыдождетесь,поканерешительностьуйдет – будетслишкомпоздноЯверючтосейчас . , самоевремяначатьразрабатывать и строитькортикоподобныесистемыпамяти.Этаобластьбудетчерезвычайноважнаи длянаукии длякоммерции.Intel и Microsoft новойиндустрии ,построенные на иерархическойпамяти,начнутсвоюдеятельностьгдетовтечениеближайшихдесяти лет.Предпринятьпопыткунаэтомэтапеможетбытьфинансоворискованноили интеллектуальнотребовательно,ноценапопыткивсегдатакова.Янадеюсь,чтовы присоединитеськомневместес остальными,ктопринялвызовчтобысоздатьоднуиз величайшихтехнологий,которыекогдалибовиделмир .
Приложение: проверяемые предсказания Каждая теориядолжна вестик проверяемым предсказаниям ,поскольку экспериментальнаяпроверкаединственноверныйпутьк определениюправильности новойидеи.К счастью,модель«памятьпредсказание »основананабиологиии ведетк несколькимспецифическими новымпредсказаниям,которыемогутбытьпроверены.В этомприложениия перечислилпредсказания,которыемогутопровергнутьи/или подтвердитьпредположения,сделанныевэтойкниге.Этиматериалыболеесложные, чемвглаве6, и определеннонетребуютсядляпониманияостальнойчастикниги. Некоторыепредсказаниямогутбытьсделанытольконабодрствующихживотныхили людях,потомучтотестывключаютожиданиеи предсказаниепоявлениястимулов. Предсказаниянеупорядоченыповажности. Предсказание 1 Мыдолжныобнаружитьнейронывовсехобластяхкортекса,включаяпервичный соматосенсорныйкортекс,которыедемонстрируютособуюактивностьв предчувствии сенсорныхсобытий,в противоположностьреакциинасенсорноесобытие. Например,лабораторияТониЗейдораизCold Spring Harbor Laboratory обнаружили нейронывпервичнойслуховойкорекрыс,которыевозбуждаются,когдакрысаожидает услышатьзвукдажееслизвуканет(персональныесоответствия).Этодолжнобыть общимсвойствомкортекса.Мыдолжнынайтианалогичнуюпредсказывающую активностьввизуальномкортексеи соматосенсорном.Нейроны,которыевозбуждаются впредчувствиисенсорныхсобытийявляютсяопределениемпредсказания,основной предпосылкойтеории«памятьпредсказание ». Предсказание 2 Чемболеепространственноспецифическимявляетсяпредсказание ,темближек первичнойсенсорнойкоредолжнынаходитьсянейроны,активизирующиесяв предчувствиисобытия. Еслиобезьянаобученапоследовательностямвизуальныхпаттернов,такихчтоона можетпредсказатьопределенныйвизуальныйпаттернв конкретныймомент,мы должнынайтинейроны,демонстрирующиеусиленнуюактивность,когдаожидается предсказываемыйпаттерн(подтверждениепредсказания1). Еслиобезьянаобучена отличатьлица,нонезнаетточно, какоеименнолицои какдолжнопоявиться,томы должныожидатьобнаруженияпредчувствующихнейроноввобластираспознавания лиц, нонев нижестоящихвизуальныхобластях.Однако,еслиобезьяна сосредотачиваетсянацелии обученаожидатьопределенныепаттерныв точномместе еевизуальногополя,томыдолжныобнаружитьпредчувствующиенейронывV1 или поблизостиотV1. Активность ,представляющая предсказание ,распространяется вниз покортикальнойиерархиитакдалеко,насколькоможет,в зависимостиотспецифики предсказания.Иногдаонаможетпройтивесьпутьдопервичныхсенсорныхобластей,в другихслучаяхонаостанавливаетсяввысшихобластях.Аналогичныерезультаты должнынаблюдатьсяи вдругихсенсорныхмодальностях. Предсказание 3
Нейроны,демонстрирующиеусиленнуюактивностьвпредчувствиисенсорной информации,должнырасполагатьсяпреимущественновкортикальныхслоях2, 3 и 6, и предсказаниедолжноостанавливатьсвоедвижениевнизпоиерархиивслоях2 и 3. Предсказание,котороеидетвнизпокортикальнойиерархии,делаетэтонанейронах слоев2 и 3, которыезатемпроецируютсянаслой6. Этинейронывслое6 проецируются широкопослою1 в областяхнижепоиерархии,активируядругиемножестванейронов вслоях2 и 3, и такдалее.Следовательно,нейроныв этихэтислоях(2, 3 и 6) располагаютсяименнотам, гдемыдолжныобнаружитьпредчувствующуюактивность. Вспомните,чтонейронывслоях2 и 3 представляютмножествовозможноактивных колонок;этовозможныепредсказания.Активныенейронывслое6 представляют небольшоеколичествоколонок;этоконкретныепредсказанияподаннойобласти кортекса.Померепродвиженияпредсказаниявнизпоиерархии,активностьвконечном итогебудетостанавливатьсяв слоях2 и 3. Например,скажем,крысанаучилась предчувствоватьодиниздвухзвуковыхтонов.Основываясьнавнешнемстимуле,крыса знает,когдаонадолжнауслышатьодинизэтихдвухтонов,ноонанеможет предсказать,какойименноизних. Вэтомсценариимыдолжныожидатьувидеть предчувствующуюактивностьвслоях2 и 3, вколонках,которыепредставляютобатона. Вслое6 тойжеобластинедолжнобытьактивности,потомучтокрысанеможет предсказать,какойконкретнотононауслышит.Еслив другойпопыткекрысаможет предсказатьконкретныйтон, томыдолжныувидетьактивностьвслое6, вколонке, котораяотвечаетзаконкретныйтон. Мынеможемполностьюисключитьвозможностьобнаруженияактивностивслоях4 и 5. Например ,оченьвероятно ,чтовэтихслояхестьнесколько классов нейронов с неизвестнымифункциями.Следовательно,этипредсказанияотносительнослабые,ноя всежечувствую,чтоихстоитупомянуть. Предсказание 4 Одинкласснейроноввслоях2 и 3 долженполучатьинформациюпреимущественноот нейроновслоя6 ввышестоящихкортикальныхобластях. Частьмодели«памятьпредсказание »заключаетсявтом, чтозаученные последовательностипаттернов,которыевозникаютвместе,образуютпостоянноево времениинвариантноепредставление,котороея называю«именем».Япредполагаю, чтоэтоимя – этонаборнейроновв слоях2 и 3 повсейобластикортексав различных колонках.Наборнейроновостаетсяактивнымдотехпор, покаследуютчлены последовательности(тоесть,наборнейроновостаетсяактивнымостаетсяактивным, покаслышатсянотыизмелодии). Этотнаборнейронов,представляющийимя последовательности,активизируетсячерезобратнуюсвязьотнейроновслоя6 в вышестоящихобластяхкортекса.Яубежден,чтоэтинейроныименирасполагаютсяв слое2 попричинеихблизостик слою1. Ноэтоможетбытьлюбойкласснейроновв слоях2 и 3, которыеимеютнейронывслое1. Дляработысистемыименования апикальныедендритыэтихнейроновименидолжныформироватьсинапсы преимущественнонааксонахслоя1, которыеберутначаловслое6 вышестоящей области.Онидолжныизбегатьформированиясинапсовнааксонахслоя1, которые берутначалов таламусе.Такимобразом,теорияубеждаетчтомыдолжныобнаружить , вслоях2 и 3 класснейроновс апикальнымидендритамивслое1, имеющиестрогое предпочтениек формированиюсинапсовнааксонахотнейроновслоя6 вышестоящей области.Другиенейроныссинапсамивслое1 недолжныиметьтакогопредпочтения. Этосильное,и, насколькомнеизвестно,совершенноновоепредсказание.
Дополнительноепредсказание– мыдолжныобнаружитьдругойкласснейроновв слоях 2 и 3, чьиапикальные дендриты формируют синапсы преимущественно нааксонах , берущихначалов неспецифическихобластяхталамуса.Этинейроныдолжны предсказыватьследующиечленывпоследовательности. Предсказание 5 Наборнейронов«имени»,описанныйвпредсказании4, долженоставатьсяактивнымв течениевсейзапомненнойпоследовательности. Наборнейронов,остающихсяактивнымивтечениезаученнойпоследовательности– это определение«имени»предсказываемойпоследовательности.Следовательно,мы должныобнаружитьнейроны,которыеостаютсяактивными,дажекогдаактивность остальныхнейроновколонки(нейроны вслоях4, 5 и 6) изменяется.К несчастью,мыне можемсказать,начтодолжнабытьпохожаактивностьнейроновимени.Например, постояннаяактивностьпаттернаименимоглабыбытьпростоединичнымспайком, когерентнымповсемунаборунейроновимени.Следовательно,можетоказаться труднымобнаружитьэтугруппуактивныхнейронов. Предсказание 6 Другойкласснейроноввслоях2 и 3 (отличающиесяотнейроновимени,упомянутыхв предсказаниях4 и 5) должныбытьактивнымивответнанеожиданнуюинформацию,но должныбытьнеактивнымивответнапредсказуемуюинформацию. Идеяэтогопредсказанияв том, чтонеожиданныесобытиядолжныбытьпереданы вверхпокортикальнойиерархии,нокогдасобытиепредсказуемо,мынедолжны передаватьеговверхпоиерархиидетально,потомучтоонопредсказываетсялокально. Следовательно,долженбытькласснейронов вслоях2 и 3, отличающийсяотнейронов имени,описанныхв предсказаниях4 и 5, демонстрирующиеактивность,когда возникаетнеожиданноесобытие,нонеактивизирующиеся,еслисобытие предчувствовалось.Аксоныэтихнейроновдолжныпроецироватьсянавышестоящие областикортекса.Япредполагаюодинмеханизмдляизмененияихактивности.Такие нейронымоглибызатормаживатьсячерезинтернейроны,активизируемыенейронами имени,носейчаснетспособасделатьточноепредсказаниемеханизма.Все,чтомы можемсказать,этото, чтонекоторыенейроныдолжныдемонстрироватьтакую дифференциальнуюактивность.Этодругоесильное,и насколькомнеизвестно,новое предсказание. Предсказание 7 Всоответствиис предсказанием6, непредсказуемыесобытиядолжныраспространяться вверхпоиерархии.Чемболееновымявляетсясобытие,темвышенепредсказуемая информациядолжнараспространяться.Совершенноновыесобытиядолжныдостигать гиппокампа. Строгозаученныепаттерныпредсказываютсявнизуиерархии,и, наоборот,чемболее новойявляетсяинформация,темвышеонадолжнараспространитьсявверхпо иерархии.Должнобытьвозможноразработатьэкспериментдлядетектированияэтих различий.Например,человекмогбыслушатьнезнакомую,нопростуюмелодию.Если онслышитноту, котораяхотяи неожиданна,ноудовлетворяетстилюмузыки,
неожиданнаянотадолжнавызватьизменениявактивностислуховогокортекса,вверх донекоторогоуровняпокортикальнойиерархии.Однако,есливместотого,чтоб услышатьноту,удовлетворяющуюстилюмузыки,онслышитсовершенноабсурдный звук,например,треск,мыдолжныожидать,чтоизмененияактивностиотэтогозвука пройдутдосамоговерхаиерархии.Результатыдолжныпереключиться,еслион ожидаетуслышатьтреск,новместоэтогослышитноту. Должнобытьвозможным протестироватьпредсказаниеспомощьюфМРТначеловеке. Предсказание 8 Неожиданноепониманиедолжнопривестик целомукаскадупредсказательной активности,котораяраспространяетсявнизпокортикальнойиерархии. Момент«ага»,когдаголоволомныйсенсорныйпаттерннаконецтоузнается– такоекак узнаваниедалматинцанарисунке12 – начинается,когдаобластькортексапробует сопоставитьновуюинформацию.Еслисоответствиеидетвлокальнойобласти– предсказаниепередаетсявнизвбыстройпоследовательностиповсемнижестоящим областям.Еслиэтокорректнаяинтерпретациястимула,токаждаянижестоящая областьиерархииуляжетсявкорректноепредсказаниевбыстройпоследовательности. Тотжесамыйэффектдолженвозникатьприрассмотрениикартинкисдвумя интерпретациями,такиекаксилуэтвазы,похожийнадвалица,иликубНеккера (изображение кубакоторое , можноинтерпретировать вдвухориентациях ).Каждый раз, когдавосприятиетакогоизображенияизменяется,мыдолжнывидетьраспространение новогопредсказующегопотокавнизпоиерархии.Насамомнижнемуровне,скажем,в областиV1, колонка ,представляющая линейный сегмент изображения ,должна оставатьсяактивнойприлюбомвосприятиикартинки(предполагаячтоглазане , двигаются).Однако,мымоглибыувидеть,чтонекоторыенейронывэтихколонках переключаютсвоесостояние.Тоесть,одини тотженизкоуровневыйэлемент существуетвкаждойкартинке,новнутриколонкимогутбытьактивнымиразные нейроныприразличныхинтерпретациях.Основноймоментвтом, чтомыдолжны увидетьраспространениепредсказующегопотокавнизпоиерархии,когдаизменяется высокоуровневоевосприятие. Аналогичноераспространениепредсказаниядолжновозникатьприкаждойсаккадепо известномувизуальномуобъекту. Предсказание 9 Модель«памятьпредсказание »требует,чтобыпирамидальныенейронымогли детектироватьточноесовпадениесинаптическихимпульсовнатонкихдендритах. Многиегодысчиталось,чтонейронымоглибыбытьпростоинтеграторами, суммирующимиинформациюсовсехсинапсовдляопределениятого,долженли нейронвозбудиться.Сегодняв нейрофизиологиимногонеопределенности относительнотого,какведетсебянейрон.Некоторыелюдидосихпорпридерживаются идеи,чтонейронпростоинтегратор,и большинствомоделейнейронныхсетей построенынанейронах,которыеработаютименнотакимобразом.Естьтакже множествомоделейнейронов,предполагающих,чтонейронведетсебятак,какеслибы каждаядендритнаясекцияоперировалабынезависимо.Модель«памятьпредсказание » требует,чтобынейроныбылиспособныобнаруживатьсовпадениятолькона несколькихактивныхсинапсахвузкомвременномпромежутке.Модельмоглабы работатьдажесединственнымсинапсом,потенциированнымдостаточно,чтобвызвать
возбуждениенейрона,ноболеевероятно,чтодолжнобытьдваилибольшеактивных синапсов,расположенныхрядомнатонкомдендрите.Такимобразомнейронс тысячамисинапсовможетнаучитьсявозбуждатьсянамножестворазличныхболее точныхпаттернов.Этоненоваяидея,и естьоснованияподдержатьее.Это,однако, радикальноеотклонениеотстандартноймодели,используемоймногиегоды.Если будетпоказано,чтонейронневозбуждаетсянаточныепаттерны,будетсложно удержатьмодель«памятьпредсказание »нетронутой.Синапсынатолстыхдендритах иливблизителанейронанеобязаныработатьтакимобразом,толькомножественные синапсынатонкихдендритах. Предсказание 10 Представлениепродвигаетсявнизпоиерархиипомереобучения. Яутверждаючточерезпостоянноеобучениекортексзапомнилбыпоследовательность , виерархическиболеенизкихобластяхкортекса.Этоестественнымобразомследуетиз того,какпамятьо последовательностиизменяетвходнойпаттерн,передаваемыйв вышестоящуюобласть.Изэтогопроцессаестьнесколькоследствий.Однов том, чтомы должныобнаружитьнейроны,отвечающиенасложныестимулы,нижепо кортикальнойиерархиипослеусиленногообучения,и вышепоиерархиипосле минимальногообучения.Например,у человекая ожидалбыобнаружитьнейроны, отвечающиенапечатныебуквы,втакойобласти,как IT, послеобучения распознаванию отдельныхбукв.Нопослеобучениячтениюцелыхслов,я ожидалбыобнаружить нейроны,отвечающиебуквам,в различныхчастяхV4 вдополнение к IT. Аналогичные результатдолженбытьдостигаеми у другихвидов,в другихобластяхи надругие стимулы.Другоеследствиетакогопроцессаобучениявтом, чтоместа,гдевозникают воспоминанияи гдедетектируютсяошибки,должнытакжеперемещаться.Тоесть, ощущениясильнозаученныхпаттерновдолжнораспространятьсянаменьшее расстояниевверхпоиерархии.Этодолжнобытьобнаруживаемос помощьюаппаратуры отображения.Мыдолжнысуметьдетектироватьизменениявовремениреакциина определенныестимулы,потомучтоинформациянеобязательноидетдосамой верхушкикортекса,чтоббытьраспознаннойи вспомненной. Предсказание 11 Инвариантноепредставлениедолжнобытьнайденововсехкортикальныхобластях. Широкоизвестно,чтосуществуютнейроны,высокоселективноотвечающиена информациюинвариантнокомножествудеталей.Наблюдаютнейроны,отвечающиена лица,руки, БиллаКлинтонаи т.п. Модель«памятьпредсказание »предсказываетчто , всеобластикортексадолжныформироватьинвариантныепредставления. Инвариантныепредставлениядолжныотражатьвсесенсорныемодальности нижестоящихобластейкортекса.Например,еслибу меняввизуальномкортексебыл нейронБиллаКлинтона,онотвечалбыналюбоеизображениеБиллаКлинтона.Еслиб нейронБиллаКлинтонабылу менявслуховомкортексе,онотвечалвлюбомслучае, когдая слышалбыимя «БиллКлинтон».Поэтомуя ожидалбыобнаружитьв ассоциативныхобластяхнейроны,получающиеи визуальнуюи слуховуюинформацию и отвечающиелибонаизображение,либонапроизнесениеимениБиллаКлинтона.Мы должнынайтиинвариантноепредставлениевовсехсенсорныхмодальностях,и дажев моторномкортексе.Вмоторномкортексенейроныотображалибысложныемоторные последовательности.Чемвышепомоторнойиерархии,темболеесложныеи более инвариантныепредставлениядолжныбыть.(Недавниеисследованияпохоже
обнаружилинейроны,активизирующиедвижениерукикортуу обезьян).Этоненовое предсказание.Большинствоисследователейверятвобщуюидею,чтоинвариантные представленияформируютсявомногихместахкортекса.Однако,дажехотяя обсуждал этокакфакт,этопоканебылопродемонстрированоповсемобластям.Модель«памятьпредсказание»предсказываетчтомыувидимтакиенейронывовсехобластяхкортекса , . *** Упреждающиепредсказания– этоодинизспособов,которымможетбытьпроверена модельизданнойкниги. Яуверен,чтоестьи другие.Однако,невозможнодоказать корректностьтеории.Можнодоказатьтолькоеенекорректность.Такчтодажеесливсе перечисленныевышепредсказанияокажутсяверными,этонебудетдоказательством корректностигипотезы«памятьпредсказание »,ноэтобудетсильнымподтверждением теории.Обратноетакжеверно.Еслинекоторыеизвышеперечисленныхпредсказаний окажутсяложными,этонеобязательноопровергнетвсютеорию.Длянекоторых предсказанийестьальтернативныеспособы,которымиможетдостигатьсянеобходимое поведение.Например,естьдругиеспособы,которымимоглибысоздаватьсяимена последовательностей.Этоприложениенамеренотолькопоказать,чтомодельведетк несколькимпредсказаниям,и, следовательно,можетбытьпроверена.Разработка экспериментов– этотруднаяработаи онапотребовалабыгораздобольшеобсуждения, чемможетбытьприведенов даннойкниге.Такжебылобынеплохо,еслибмымогли найтиспособпротестироватьэтутеориюс помощьютехникотображения,такихкак фМРТ. Естьмножестволабораторий,занимающихсяотображениеммозга,и эти экспериментымогутбытьвыполненыотносительнобыстреепосравнениюс прямой записьюактивностинейронов.
Библиография Большинство научныхкниги журнальных статейсодержат длиннуюбиблиографию , котораястолькожеслужитперечислениювклададругихавторов,сколькопомогает читателю.Посколькуданнаякнигапредназначенадляширокогокругачитателей, включаятех,у когонетпредварительныхзнанийнейрофизиологии,я избегалписать книгувакадемическомстиле.Аналогично,этабиблиографияразработанавосновном, чтобыпомочьнеспециалистам,которыехотятзнатьбольше.Янеперечислилвсе существенныеопубликованныеисследования,и непыталсядоверятьотдельным людям,сделавшимфундаментальныеоткрытиявэтойобласти.Вместоэтогоя выборочноперечислилтевещи,которые,помоемумнению,сталибыхорошим материаломдлячитателей,заинтересованныхузнатьбольшео мозге.Ятакжевключил нескольковещей,которыемнекажутсяполезнымивосновномдляспециалистов.Вы можетенайтивсесторонниеобсуждениябольшинстваизэтихстатейв WWW. Дополнительныебиблиографическиематериалымогутбытьнайденынавебсайтеэтой книги, http:// www.onintelligence.org. К несчастью,вынайдететольконекоторыессылкинаобщиетеориимозга,потомучто, какя уженаписалв прологе,поэтойтемемалонаписано,и дажес меньшим количествомконкретныхпредположений,чемизложеновэтойкниге. История ИИ и нейронных сетей Baumgartner,
Peter, and Sabine Payr, eds. Speaking Minds: Interviews with Twenty Eminent Cognitive Scientists (Princeton, N. J.: Princeton University Press,1995). Вэтойкнигесодержатсяинтересныеинтервьюс множествомведущихмыслителейв областиИИ, нейронныхсетейи когнитивнойнауки.Этолегкийи интересныйобзор недавнейисториии образамышленияобинтеллекте. Dreyfus,
Hubert L. What Computers Still Can't Do: A Critique of Artificial Reason (Cambridge, Mass.: MIT Press,1992). ЖесткаякритикаИИ, изначальноопубликованнаяподназваниемWhat Computers Can't Do и переизданнаягодыспустяс другимназванием.ЭтовсестороннийобзористорииИИ, написанныйоднимизегосильныхкритиков. Anderson,
JamesA., and Edward Rosenfeld, eds. Neurocomputing, Foundations of Research (Cambridge, Mass.: MIT Press, 1988).
Этабольшаякнигаявляетсяаннотированнойколлекциейважныхстатейпонейронным сетями теориимозга,охватывающаягодыс 1980 по 1987, представленныхв хронологическомпорядке.ОнасодержитстатьиМакКаллокаи Питтса,ДональдаХебба, СтиваГроссбергаи многихдругихспримечаниемредакторак каждойстатье.Это легкийспособпрочитатьмножествоважныхисторическихстатейвэтойобласти. Searle,
J. R. "Minds, Brains, and Programs," The Behavioral and Brain Sciences, vol. 3 (1980): pp. 417–24. Представляетизвестныйаргумент«КитайскойКомнаты»впротивовесвычислительной моделиразума.ВWWW выможете найтимножество описаний и дискуссий мысленного экспериментаСерла. Turing,
A. M. "Computing Machinery and Intelligence," Mind, vol. 59 (1950): pp. 433–60. Представляетизвестный«ТестТьюринга»длядетектированияналичияинтеллекта. Опятьже,многочисленныессылкии обсужденияТестаТьюрингамогутбытьнайденыв WWW. Palm,
Günther. Neural Assemblies: An Alternative Approach to Artificial Intelligence (New York: Springer Verlag, 1982). Чтобыпонять,какработаеткортекси каконхранитпоследовательностипаттернов, полезнознатьобавтоассоциативнойпамяти.И хотяпроавтоассоциативнуюпамять быломногонаписано,я ненашелни одногопечатногоисточника,которыйбы представлялпростоесуммарноеизложениетого,чтоя считаюважным.Палмявляется однимизпионероввэтойобласти.Этуегокнигуоченьтруднодостатьи нелегко читать,ноонапокрываетосновыавтоассоциативнойпамяти,включаяпамятьдля последовательностей. Неокортекс и Общая нейрофизиология Следующиекнигирекомендуютсядлятех, ктохочетузнатьбольшео нейробиологиии неокортексе. Crick,
Francis H. C. "Thinking about the Brain," Scientific American, vol. 241 (September 1979): pp. 181–88.Also available in The Brain: A Scientific American Book (San Francisco: W. H. Freeman, 1979).
Этастатья,котораязаставиламенязаинтересоватьсямозгом.Хотяона25-летней давности,я всеещенахожуэтустатьюФренсисаКрикавдохновляющей. Koch,
Christof. Quest for Consciousness:A Neurobiological Approach (Denver, Colo.: Roberts and Co., 2004). Каждыйгодпубликуютсянесколькопосвященныхмозгукниг. ЭтакнигаКристофаКоха о сознании,ноонапокрываетмногиесопутствующиестатьио мозге,нейроанатомии, нейрофизиологиии сознании.Есливыищетебазовоевведениев нейробиологиюи наукуо мозгеводнойкниге,этакнигадолжнастатьхорошимначалом. Mountcastle,
Vernon B. Perceptual Neuroscience: The Cerebral Cortex (Cambridge, Mass.: Harvard University Press,1998). Великолепнаякнига,посвященнаявсеи всяо неокортексе.Онахорошонаписана,ясно изложенаи, хотятехническая,я нахожуееприятнойдлячтения.Этоодноизлучших введенийв неокортекс. Kandel,
Eric R., JamesH. Schwartz, Thomas M. Jessell, eds. Principles of Neural Science, 4th ed. (New York: McGraw-Hill, 2000). Этооднотомнаяэнциклопедияповсемнейроннымвещам.Этакниганедлячтенияна ночь, ахорошийисточникссылок.Онаобеспечиваетдетальноевведениевовсеобласти нервныхсистем,включаянейроны,органычувстви нейромедиаторы. Shepherd,
Gordon M., ed. The Synaptic Organization of the Brain, 5th ed. (New York: Oxford University Press,2004). Этакнигабыламнеполезна,хотяя предпочелбыболееранниеизданияс одним автором.Этотехническийресурсповсемчастяммозга,особеннопосинапсам.Я используюеекакисточникссылок. Koch,
Christof, and Joel L. Davis, eds. Large-scale Neuronal Theories of the Brain (Cambridge, Mass.: MIT Press, 1994). Оченьмалонаписанообобщихтеорияхмозга.Этакнига– компиляциястатейпо указаннойтеме,хотябольшинствостатейвэтомтоменесоответствуютцели, предполагаемойпоназванию.Этакнигадаетобзорразличныхподходов,предпринятых
людьмидляпониманиятого,каквцеломработаетмозг.Вэтойкнигевыможетенайти кусочкимодели«памятьпредсказание ». Braitenberg,
Valentino, and Almut Schüz. Cortex: Statistics and Geometry of Neuronal Connectivity , 2nd ed. (New York: Springer Verlag, 1998). Этакнигаописываетстатистическиесвойствамозгамыши.Язнаю,чтоэтозвучит неинтересно,ноэтоосвежающаяи полезнаякнига.Онадаетчисленныеописания мозга. Специфические статьи по нейронаукам Следующиестатьиявляютсяоригинальнымиисточникамидлянекоторыхважных концепций,описанныхвэтойкниге.Большинствоизнихмогутбытьнайденытольков университетскихбиблиотекахиливинтернете. Mountcastle,
Vernon B. "An Organizing Principle for Cerebral Function: The Unit Model and the Distributed System," in Gerald M. Edelman and Vernon B. Mountcastle, eds., The Mindful Brain (Cambridge, Mass.: MIT Press,1978). Именновэтойстатьея впервыепрочелпредположениеМонткастлао том, какнаобщих принципахцеликомработаетнеокортекс.Монткастлтакжепредполагаетчто , кортикальныеколонки– этобазовыемодуливычислений.Этиидеиявляютсяи исходнымиположениямии вдохновениемдлятеории,предложеннойвэтойкниге. Creutzfeldt,
Otto D. "Generality of the Functional Structure of the Neocortex," Naturwissenschaften, vol. 64 (1977): pp. 507–17. Послетого,какя закончилнаписаниеOn Intelligence, я обратил внимание наэтустатью, вкоторой,подобноМонткастлу,давалсяобщийкортикальныйалгоритм.Онабыла опубликованачутьраньшеМонткастлаи элегантнодополняетего. Felleman,
D. J., and D. C. Van Essen. "Distributed Hierarchical Processing in the Primate Cerebral Cortex," Cerebral Cortex, vol. 1 (January/February 1991): pp. 1–47. Этонеоклассическаястатья,описывающаяиерархическуюорганизациювизуального кортекса.Модель«памятьпредсказание »построенанапредположениях,которые
относятсянетолькок визуальнойсистеме,нои весьнеокортексрассматриваеткак иерархическуюструктуру. Sherman,
S.M., and R.W. Guillery. "The Role of the Thalamus in the Flow of Information to the Cortex," Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 357, no. 1428 (2002): pp. 1695–708. Даетобзорталамическойорганизациии излагаетгипотезуШерманаГиллери ,вкоторой таламусслужитинформационнымшлюзоммеждукортикальнымиобластями.Я обдумывалэтуидеювглаве6 в секции,озаглавленной«Альтернативныйпутьпо иерархии». Rao,
R. P., and D. H. Ballard. "Predictive Coding in the Visual Cortex: A Functional Interpretation of Some Extra-Classical Receptive-field Effects," Nature Neuroscience, vol. 2, no. 1 (1999): pp. 79–87. Явключилэтустатьюкакпримернедавнегоисследования,котороекасается предсказанияи иерархии.СтатьяРаои Баллардапредставляетмодельобратныхсвязей вкортикальнойиерархии,в которойнейроныв вышестоящихобластяхпытаются предсказатьпаттерныактивностив нижестоящихобластях. Guillery,
R. W. "Branching Thalamic Afferents Link Action and Perception," Journal of Neurophysiology, vol. 90 (2003): pp. 539–48. Young,
M. P. "The Organization of Neural Systems in the Primate Cerebral Cortex," Proceedings of the Royal Society: Biological Sciences, vol. 252 (1993): pp. 13–18. Этидвевеликолепнонаписанныекнигидаютподтверждениечтомоторноеповедение , и сенсорноевосприятиетесносвязаныи являютсячастьюодногои тогожепроцесса. Гиллериутверждаетчтовсесенсорныекортикальныеобластииграютрольв , моторном поведении,аЮнгпоказываетчтомоторныйкортекси , соматосенсорныйкортекстак плотносвязаны,чтодолжнырассматриватьсякакоднасистема.Якраткообсуждалэту идеювглаве6.
Благодарности Когда ктолибоменя спрашивает ,«зачемтыживешь ?»,я никогда незнаючтосказать , . Поправдесказать,я сделалоченьнемного.Номеняокружаютлюди,которые,кажется, сделалиоченьмногое.Мойвкладзаключаетсявтом, чтобвремяотвременипобуждать их, и принеобходимостипытатьсяперенаправитьусилиякомандыпоновомупути. Успехом,которогоя добилсявсвоейкарьере,я восновномобязантяжеломутрудуи интеллектумоихколлег. У менябылшансвстретитьмножествоученыхи почтивсеизнихнаучилименячемуто, и, следовательно,онивсевнеслисвойвкладвидеиэтойкниги. Яблагодаренвсем,но здесьмогуупомянутьтольконекоторых.БруноОльшаузен,которыйсочетаетработув РедвудскомИнститутеНейронаук(RNI) и в Калифорнийском Университете вДэвисе– этоходячаяэнциклопедиянейронаук.Онпостоянноподсказывалмне, чегоя незнаюи советовалмнепутидляисправлениямоегоневежествачтоявляетсяоднойизценных , вещей,которыеможетсделатьчеловек.БиллСофтки,такжеизRNI, былпервым человеком,подсказавшиммнеидеио сокращениивременив кортикальнойиерархиии о свойствахтонкихдендритов.РикГрейнджеризКалифорнийскогоУниверситетав Ирвинеподкинулмнеидеюо памятинапоследовательностии о том, какуюрольможет игратьталамус.БобНайтизКалифорнийскогоУниверситетав Берклии КристофКохиз КалифорнийскогоТехнологическогоИнститутаоказалипользуприформировании РедвудскогоИнститутаНейронауквомножестведругихнаучныхвещей.Всеслужащие RNI поставили мнезадачуи вынудили меняусовершенствовать моиидеибольшинство ; предположенийэтойкнигибылипрямымрезультатомвстречи дискуссийв RNI. Всем имбольшоеспасибо. ДоннаДубинскии ЭдКоллигабылимоимиделовымипартнерамимноголет. С помощьюихтяжелоготрудаи поддержкия смогстатьпредпринимателем, одновременноработаянадтеориеймозга.Доннаобычноговорит,чтооднаизеецелей– сделатьнашбизнесуспешным,такчтобя смогпотратитьбольшевременинатеорию мозга.Этойкнигинебылобы, еслибнеДоннаи Эд. ЯнесмогбынаписатьOn Intelligence Безпосторонней помощиДжим . Ливайн,мойагент, верилвэтукнигуещедотого,каконабыланаписана.Безтакогоагента,какДжим,не написатькнигу.Онпознакомилменяс СандройБлэйксли,моимсоавтором.Яхотел, чтобэтакнигабыладоступнадляширокойаудиториии Сэндибыланеобходимадля достиженияэтого.Япринимаюлюбыеупрекизасложныеразделы.МэтьюБлэйксли, сынСэндии такжеавторнаучныхкниг, привелнесколькопримеров,использованныхв этойкнигеи предложилтерминmemory-prediction framework (теория«памятьпредсказание»).Былоприятноработатьсо всемсемействомГенриХольта.Яхотелбы особеннопоблагодаритьДжонаСтерлинга,президентаи издателяГенриХольта.Я встречалсяс Джономлицомк лицутолькоодинраз,и несколькоразмыговорилипо телефону.Этовсе,чтоемупотребовалось,чтобыоказатьсильноевоздействиена структуруэтойкниги. Онмгновеннопонялсутьтого,с чемя долженбылстолкнуться предлагаятеориюинтеллектаи затемонпредложил,какдолжнабытьнаписанакнига. Яхотелбыпоблагодаритьмоихдочерей,Энни Кейт,заточтоонинехныкали,покаих папапотратилмножествовыходныхзаклавиатуройкомпьютера.И, наконец,я хотелбы поблагодаритьмоюжену,Дженет.Бытьзамужемзамнойнелегко.Ялюблюеебольше, чемнейронауку.
Об авторах ДЖЕФХОКИНС
Одинизнаиболееуспешныхи высокоуважаемыхразработчиков компьютерови предпринимателейСиликоновойДолины.В настоящеевремятехническийдиректорpalmOne, оносновал Palm Computing и Handspring, и создал Институт Нейронаук вРедвуде длясодействияисследованиямпамятии познавательных способностей.ОнявляетсячленомНациональнойАкадемии Инженерови входитвсоставнаучнойкомиссиилабораторииCold Spring Harbor. Онживетвсеверной Калифорнии . САНДРАБЛЭЙКСЛИ
писалао наукеи медицинедляNew York Times свышетридцатилет и являетсясоавторомбестселлерапопсихологиии бракуPhantoms in the Brain В.С.Рамачандрана и ДжудиУоллерштейн .Онаживетв СантаФе,НьюМексико.