Об интеллекте

Вы также восполняете и временные паттерны. Если вы вспоминаете небольшую деталь того, что произошло очень давно, полная последовательность событий может заполнить ваш разум. Известная серия новелл Марселя Пруста, RemembranceofThingsPast, начинается с воспоминания о том, как пахнет печенье — и отталкиваясь от этого, он выдает больше тысячи страниц. При общении мы часто не слышим некоторых слов, если мы находимся в шумном помещении. Никах проблем. Наш мозг заменяет пропущенное тем, что он ожидает услышать. Точно установлено, что мы действительно слышим не все слова из тех, которые воспринимаем. Некоторые люди вслух завершают предложения других, но мысленно каждый из нас делает это постоянно. И не только конец предложения, но и середину и даже начало. В большинстве случаев мы не осознаем, что постоянно завершаем паттерны, но это повсеместное и фундаментальное свойство того, как память хранится в кортексе. В любой момент часть может активизировать целое. В этом суть автоассоциативной памяти.

Ваш неокортекс это сложная биологическая автоассоциативная память. В любой момент прогулки каждый функциональный регион по существу неустанно ожидает, что поступят знакомые паттерны или фрагменты паттернов. Вы можете сильно задуматься о чем-либо, но как только появится ваша подруга, ваши мысли переключатся на нее. Это переключение не является чем-то, что вы выбираете сознательно. Появление вашей подруги всего лишь заставляет ваш мозг начать вспоминать паттерны, ассоциирующиеся с ней. Это неизбежно. После того, как вас прервут, вы часто спрашиваете, «О чем я только что думал?». Общение с друзьями за ужином следует путями ассоциаций. Разговор может начаться с еды перед вами, но салат вызовет ассоциированное воспоминание о салате на вашей свадьбе, что приведет к воспоминанию о еще чьей-нибудь свадьбе, что приведет к воспоминанию о том, где они провели медовый месяц, к политическим проблемам в прошлом и т. д. Мысли и воспоминания ассоциативно связаны, произвольно мысли никогда не возникают. Информация, поступающая в мозг, автоассоциативно связана сама с собой, заполняя настоящее и автоассоциативно связывая с тем, что должно последовать. Мы называем эти цепочки воспоминаний мыслями, и хотя их путь не предопределен, мы не можем полностью их контролировать.

* * *

Сейчас мы можем рассмотреть третье важное свойство неокортикальной памяти: как она формирует то, что мы называем инвариантным представлением. В этой главе я поясню основные идеи инвариантного представления, а в главе 6 — детали того, как кортекс создает его.

Компьютерная память разработана для того, чтоб хранить информацию в точно таком же виде, как она представляется. Если вы копируете программу с компакт-диска на жесткий диск, каждый байт копируется со стопроцентной точностью. Единичная ошибка или отличие между двумя копиями может вызвать сбой программы. Память неокортекса отличается от этого. Наш мозг не помнит в точности, что он видит, слышит или чувствует. Мы не помним или не вспоминаем вещи со точно — не потому что кортекс и его нейроны небрежные или подвержены ошибкам, а потому что мозг помнит важные взаимосвязи мира независимо от деталей. Давайте рассмотрим несколько примеров, иллюстрирующих это.

Как мы видели в главе 2, простая модель автоассоциативной памяти существует десятилетия, и, как сказано выше, мозг вспоминает автоассоциативно. Но между автоассоциативной памятью, построенной исследователями нейронных сетей, и памятью кортекса есть большая разница. Искусственная автоассоциативная память не использует инвариантное представление и, следовательно, она ошибочна в некоторых базовых принципах. Вообразите, что у меня есть изображение лица, сформированное большим набором черных и белых точек. Эта картинка — паттерн, и если у меня есть искусственная автоассоциативная память, я могу хранить множество картинок в этой памяти. Наша искусственная автоассоциативная память надежна в том, что если я дам половину лица, или даже пару глаз, она распознает эту часть и корректно заполнит оставшуюся часть. Этот эксперимент в точности был проделан несколько раз. Но если я сдвину каждую точку на пять пикселей влево, память совершенно не сможет распознать лицо. Для искусственной автоассоциативной памяти это совершенно новый паттерн, потому что ни один из пикселей сохраненного паттерна и нового паттерна не выровнены. Вы и я, конечно же, без труда видим сдвинутый паттерн как то же самое лицо. Возможно, мы даже не заметим изменений. Искусственная автоассоциативная память не может распознать паттерны, если они сдвинуты, повернуты, масштабированы или трансформированы одним из тысяч других способов, тогда как наш мозг легко справляется с этими вариациями. Что позволяет нам воспринимать что-то как то же самое или неизменное, тогда как поступающие паттерны, представляющие его, новые или измененные? Давайте рассмотрим другой пример.

Возможно, сейчас вы держите в руках книгу. Когда вы двигаете книгу, или меняете освещение, или по-другому усаживаетесь на стуле, или фиксируете глаза на другой части страницы, паттерны освещенности, попадающие на вашу сетчатку, полностью меняются. Визуальная информация изменяется от момента к моменту и никогда не повторяется. Фактически, вы могли бы держать эту книгу сотни лет и ни разу паттерны на вашей сетчатке, и, следовательно, попадающие в ваш мозг, не повторились бы. Но у вас ни на секунду не возникало бы сомнений, что книга, которую вы держите, действительно та самая книга. Внутренний паттерн вашего мозга, представляющий «эту книгу», не меняется, хотя стимулы, информирующие вас находятся в постоянном изменении. Поэтому мы будем использовать термин инвариантное представление, ссылаясь на внутреннее представление в мозгу.

Другой пример, вспомните лицо подруги. Вы узнаете ее каждый раз, когда видите. Это происходит автоматически менее чем за секунду. Не имеет значения, что она в двух шагах от вас, трех или на другой стороне комнаты. Когда она близко, изображение ее лица занимает всю вашу сетчатку. Когда она далеко, ее изображение занимает маленькую часть вашей сетчатки. Она может быть лицом к вам, немного боком или в профиль. Она может улыбаться, прищуриваться или зевать. Вы можете видеть ее в ярком свете, в тени или под специфическим освещением дискотеки. Ее лицо может появляться в бесчисленных позициях и вариациях. В каждом случае паттерны света, попадающие на сетчатку, уникальны, но в каждом случае вы точно знаете, что смотрите именно на нее.

Давайте приоткроем завесу и взглянем на то, что происходит в вашем мозгу во время выполнения этого изумительного трюка. Из экспериментов нам известно, что если мы будем отслеживать активность нейронов визуальной области кортекса, называемой V1, паттерны активности будут отличаться при каждом различном взгляде на лицо. Каждый раз, когда лицо двигается или ваши глаза фиксируются в новой точке, паттерны активности в V1 изменяются, практически подобно изменению паттернов на сетчатке. Однако, если мы будем отслеживать активность клеток в области, ответственной за распознавание лиц — функциональной области на несколько уровней выше по кортикальной иерархии, чем V1 — мы обнаружим стабильность. То есть, некоторое множество клеток в области, ответственной за распознавание лиц, остается активным, пока лицо вашей подруги находится в поле вашего зрения (или даже если воображается в мысленном поле зрения), несмотря на его размер, положение, ориентацию, масштаб и выражение лица. Эта стабильность возбуждения нейронов — инвариантное представление.

Интроспективно эта задача кажется настолько простой, что едва ли стоит называть ее проблемой. Она работает автоматически, как дыхание. Она кажется тривиальной, потому что мы не осознаем, как это происходит. И в некотором смысле, она тривиальна, потому что наш мозг может решить ее очень быстро (вспомните правило ста шагов). Однако, проблема понимания того, как кортекс формирует инвариантное представление, остается одной из величайших тайн науки. Насколько сложна эта проблема, спросите вы? Настолько, что никто, даже используя самый мощный компьютер в мире, не способен решить ее. И это не от не от недостатка количества попыток.

Размышления по данной проблеме имеют древние корни. Они доходят до Платона, 23 столетия назад. Платон удивлялся, каким образом люди способны мыслить и узнавать о мире. Он обратил внимание, что реальные воплощения вещей и идеи всегда несовершенны, и всегда различны. Например, у вас есть понятие совершенной окружности, хотя вы никогда не видели такую в действительности. Все нарисованные окружности несовершенны. Даже если она нарисована с помощью циркуля, окружность представляется темной линией, тогда как линия настоящей окружности не имеет толщины. Как же вы тогда вообще смогли воспринять понятие идеальной окружности? Или возьмем более житейский случай, подумаем о понятии «собака». Любая из собак, каких вы видели, отличается от других, и каждый раз вы видите именно конкретную собаку. Все собаки различны и вы никогда бы не смогли увидеть конкретную собаку одним и тем же образом. Но весь ваш опыт относительно собак сходится к ментальному понятию «собака», которое неизменно. Платон был сбит с толку. Как возможно такое, что мы запоминаем и применяем понятия в этом мире бесконечно разнообразных форм и постоянно меняющихся ощущений?

Решением Платона была его известная Теория Форм. Он пришел к выводу, что наш высший разум должен быть связан с некоторым трансцендентным миром сверхреальности, где в безвременном совершенстве существуют постоянные, неизменные идеи (Формы с заглавной Ф). Наши души приходят из этого мистического места в момент рождения, заключил он, где они узнают о Формах в их первоначальном виде. После рождения у нас сохраняются скрытые знания о них. Обучение и понимание происходит потому что формы реального мира напоминают нам о Формах, которым они соответствуют. Вы можете узнать про окружности и собак, потому что они соответственно вызывают воспоминания Окружности и Собаки.

Все это достаточно далеко от современных взглядов. Но если вы уберете высокопарную метафизику, вы увидите, что он в действительности говорил об инвариантности. Его система объяснения была далека от цели, но его интуиция, что это один из важнейших вопросов о природе человека, которыми мы можем задаться, попала в яблочко.

* * *

Чтоб у вас не сложилось впечатление, что инвариантность относится только к зрению, давайте взглянем на некоторые примеры с другими чувствами. Рассмотрим тактильные ощущения. Когда вы тянетесь к бардачку в машине, чтоб найти солнечные очки, ваши пальцы должны только слегка задеть их, чтоб вы их нашли. Не важно, какая часть вашей руки соприкоснется; это может быть большой палец, любая часть любого пальца или ладонь. Соприкоснуться можно с любой частью очков, с линзой, дужкой, петлей или частью оправы. Всего лишь движения любой части вашей руки над любой частью очков достаточно, чтоб ваш мозг идентифицировал их. В каждом случае поток пространственных и временных паттернов, поступающих с ваших тактильных рецепторов, совершенно различный — различные участки кожи, различные части объекта — но вы хватаете ваши очки без раздумий.