Как мы видим? Нейробиология зрительного восприятия - читать онлайн книгу. Автор: Ричард Маслэнд cтр.№ 55

Возьмем, например, знаменитый тест Тьюринга, якобы направленный на тестирование машинного разума. Вы создаете компьютер, обучаете его имитировать человеческое мышление, после чего предлагаете постороннему наблюдателю поговорить с вашим компьютером (не видя «собеседника») и определить, с кем он говорит – с живым человеком или машиной. Если посторонний наблюдатель не может отличить машину от живого человека из плоти и крови, утверждал Тьюринг, значит, этот компьютер можно считать мыслящим. Честно говоря, тест Тьюринга всегда напоминал мне голого короля, которому явно чего-то не хватает. Тьюринг, безусловно, был блестящим математиком, но этот тест не имеет ничего общего с математикой. Что конкретно дает основания полагать, будто способность компьютера к совершенной имитации делает его мыслящим? Он по-прежнему остается не чем иным, как куском кремния.

Хебб считал, что наша личность – наше «я» – представляет собой всю совокупность связанных воедино клеточных ансамблей, от самых простых, перцептивных, до гораздо более сложных, представляющих мышление, память, эмоции и мириады других вещей, которые делают нас людьми. Эта концепция по крайней мере хороша своей конкретностью, и мне нравится идея о том, что наше сознание содержит в себе весь наш прошлый опыт. Да, с учетом всего того, что сегодня нам известно о специализации мозга, модель Хебба требует некоторой модернизации – его глобальный клеточный ансамбль должен включать небольшие специализированные регионы, соответствующие конкретным функциональным областям в коре мозга. Однако сама концепция Хебба, что весь мозг может работать как набор нейронных сетей, остается верной.

Итак, мы проследили путь зрительной информации до того места в височной коре, где находятся нейроны, реагирующие на конкретные лица (или другие классы объектов). Логично предположить, что эти распознающие лица нейроны встроены в клеточные ансамбли, потому что одиночный нейрон сам по себе вряд ли способен справиться с такой сложной перцептивной задачей. Но что происходит со зрительной информацией дальше?

Дальше она попадает в следующие клеточные ансамбли. Хебб считал, что между восприятием, мыслью и действием – под последним понимаются нейронные команды, которые заставляют наши мышцы двигаться определенным образом, – нет четко выраженных границ. Все это представлено взаимосвязанными и взаимопроникающими нейронными сетями. На рисунке ниже проиллюстрирована эта концепция (Хебб, вероятно, уже устал вертеться в гробу, поэтому назовем ее «нео-Хеббовской»).

Точки на схеме означают нейроны, линии между ними – аксональные связи. Обратите внимание, что отдельные функциональные области частично переплетаются между собой: перцептивные клеточные ансамбли взаимопроникают с когнитивными; когнитивные ансамбли – с моторными. Слева показаны начальные отделы зрительной системы коры V1–V4, где осуществляется предварительный анализ визуального изображения. В первичной зрительной коре V1 появляются чувствительные к ориентированным краям нейроны. Также есть свидетельства того, что здесь присутствуют нейроны и с более сложной избирательной чувствительностью, которые, в частности, помогают «сегментировать» изображение, разбивать визуальную композицию на дискретные объекты. Клетки в V2 также реагируют на ориентированные края, но с некоторой пространственной инвариантностью. Клеткам в V3 и V4 свойственна весьма разнообразная селективность, так что даже самые опытные экспериментаторы не сумели определить доминирующую специализацию этих двух областей. Если говорить обобщенно, клетки в зрительных зонах коры V1–V4 чувствительны к конкретным составляющим визуального ввода, таким как края, углы, кривизна, цвет, а также почти наверняка к множеству других элементов и признаков изображения.

Проводящие пути в нейронной сети представляют собой клеточные ансамбли, образованные в результате перцептивного обучения по правилу Хебба. Они могут быть короткими, состоящими всего из нескольких нейронов, или большими, пересекающими границы разных функциональных зон. Эти проводящие пути идут в самых разных направлениях, через всю сеть. Так, существуют многочисленные прямые и обратные связи между клетками V1–V4 и зрительными областями височной коры. Обратите внимание, что между клеточными ансамблями начальных зрительных зон V1–V4 и височной коры нет четкой границы. Ансамбль клеток, расположенный в основном в височной коре, может соединяться с одним или несколькими ансамблями в зонах V1–V4. На самом деле именно так выделенные на ранних этапах признаки связываются с репрезентациями более высокого порядка. При активации определенного набора нейронов, отвечающих за выделение определенных первичных признаков, активируются образованные посредством перцептивного обучения связи. Они возбуждают нейроны более высокого уровня, которые отвечают за более общую репрезентацию – в данном случае за репрезентацию морды волка.

Эти клеточные ансамбли, в свою очередь, соединены с ансамблями, которые отвечают за абстрактное мышление, слабо связанное с восприятием. Благодаря такому взаимопроникновению нейронные сети могут возбуждать друг друга. Разумеется, большинство нейронов в «перцептивной» сети связаны преимущественно с такими же перцептивными нейронами, но некоторые из них поддерживают связь с нейронами «мыслительной» сети. Вот почему некоторые перцептивные события могут инициировать мысли – и в действительности даже вызываться мыслями. Иначе говоря, мысль способна вызвать активацию перцептивной нейронной сети, так что мы можем вспомнить или вообразить себе сенсорное событие. Некоторые «мыслительные» клеточные ансамбли соединены с моторными сетями, благодаря чему они могут вызывать их активацию и, как следствие, соответствующие двигательные акты.

Таким образом, клеточные ансамбли, представляющие простые визуальные признаки, соединяются с ансамблями, представляющими репрезентации более высокого порядка, которые, в свою очередь, соединяются с клеточными ансамблями, отвечающими за физические двигательные акты, причем такое соединение всегда происходит в результате перцептивного обучения – усиления синаптических связей в результате одновременной активации сигналами из реального мира в соответствии с правилом Хебба. Вот что я имел в виду, когда говорил, что в концепции Хебба нет четко выраженной границы между восприятием и действием.

Это, конечно же, упрощенная картина, цель которой – продемонстрировать суть концепции Хебба. Как уже отмечалось выше, она требует некоторого уточнения с учетом последних данных, предположительно указывающих на существование очень конкретной функциональной специализации некоторых локальных областей мозга. Однако также необходимо отметить, что исследования с использованием инструментов мультиклеточной визуализации, о которых мы говорили в главе 13 и которые позволяют изучить поведение нейронов в их родных сетях, скорее подтверждают нарисованную здесь картину. Эта картина также больше соответствует реальной анатомии мозга с его непостижимо огромным количеством прямых и обратных связей как между корковыми областями, так и с подкорковыми центрами.

Теперь давайте посмотрим на ту же последовательность сквозь призму современной концепции нейронной сети – более-менее случайной сети связей, состоящей из входного слоя, нескольких скрытых слоев и выходного слоя. Как и в предыдущем примере, это – упрощенная абстракция, призванная проиллюстрировать несколько базовых концептуальных принципов алгоритма.