Но разве миллионы одновременно работающих нейронов не похожи на параллельный компьютер? Не совсем. Принцип параллельности используется и мозгом, и компьютером, но это все, что их роднит. Параллельные компьютеры объединяют значительное количество быстродействующих компьютеров для выполнения сложных задач, таких как составление прогноза погоды. Чтобы предвидеть погоду, нужно просчитать физические условия во многих частях планеты одновременно. Каждый компьютер может работать над одной задачей. Но даже если сотни или тысячи машин объединить в параллельную систему, отдельному компьютеру для обработки информации и выполнения своей задачи понадобятся миллиарды или миллионы шагов. Какой большой параллельный компьютер мы бы ни собрали, каким бы быстродействующим он ни был, он не сможет сделать ничего полезного за сто шагов.
Приведу пример: представьте, что я попросил вас перенести сотню каменных глыб через пустыню. За один раз вы можете перенести только один камень, а чтобы пересечь пустыню, вам нужно сделать миллион шагов. Понимая, что справиться с заданием в одиночку будет непросто, вы нанимаете сто рабочих для параллельного выполнения задачи. Дело станет продвигаться в сто раз быстрее, однако тот факт, что для пересечения пустыни нужно пройти миллион шагов, остался неизменным. Наем новых работников, даже тысячи, ничего изменить не может. Независимо от количества нанятых работников задание может быть выполнено только за миллион шагов. То же самое справедливо и для параллельных компьютеров. Добавление дополнительных процессоров не меняет дела. Независимо от количества и мощности процессоров и быстродействия компьютер не может решить сложную задачу за сто шагов.
Но как же мозгу удается решать сложные задачи за сто шагов, в то время как даже самый большой параллельный компьютер ничего подобного сделать не в состоянии за миллион или миллиард шагов? Дело в том, что мозг на самом деле не «вычисляет» решения задач, он извлекает их из памяти, представляющей, по сути, хранилище готовых решений. Соответственно, для того чтобы их извлечь, нужно всего несколько шагов. Медленных нейронов для этого более чем достаточно, ведь они сами и составляют память. Можно утверждать, что мозг, точнее, неокортекс, который является «интеллектуальной» частью мозга, – это единое запоминающее устройство, а вовсе не компьютер.
* * * * *
С вашего позволения, я продемонстрирую разницу между вычислением решения и использованием памяти для решения задачи. Пусть нашей задачей будет поймать мяч. Кто-то бросает мяч, и он летит прямо на вас. У вас есть меньше секунды, чтобы схватить его еще в воздухе. Задача не ахти какая сложная, но лишь до тех пор, пока вы не захотите запрограммировать на ее выполнение робота. Когда инженеры и разработчики программного обеспечения берутся за такое задание, они сначала пытаются вычислить траекторию полета мяча и определить его пространственное расположение в момент контакта с рукой. Вычисления требуют использования ряда уравнений, которые можно почерпнуть из курса физики высшей школы. После этого все сгибы руки робота нужно отрегулировать так, чтобы конечность могла занимать определенную позицию. Здание требует составления и решения математических уравнений другого типа, на сей раз более сложных, чем предыдущие. И наконец, всю операцию нужно повторить несколько раз, поскольку по мере приближения мяча робот получает более точную информацию о его положении в пространстве и траектории полета. Если робот начнет движение только после определения точной цели полета мяча, он не успеет его поймать. Робот должен начать движение с целью поймать мяч гораздо раньше, не обладая полной информацией, а потом постоянно корректировать свои действия по мере приближения мяча. И хотя для выполнения этой задачи можно запрограммировать компьютер, для успешного решения ему понадобится миллион шагов. Правило «ста шагов» подскажет нам, что мозг решает эту задачу иначе. Он обращается к памяти.
Как вы поймаете мяч, используя при этом память? В вашем мозге сохраняется память о моторных командах (точно так же, как и многих других типов поведения), необходимых для поимки мяча. Когда бросают мяч, происходят три события. Во-первых, вид мяча автоматически активизирует соответствующие воспоминания. Во-вторых, в памяти оживает временная последовательность моторных команд. В-третьих, вызванное воспоминание соотносится с обстоятельствами конкретной ситуации, т. е. приспосабливается к фактической траектории мяча и положению вашего тела. Воспоминание о том, как нужно ловить мяч, не было запрограммировано в вашем мозге. Вы обучились этому в процессе жизни, соответственно информация не вычисляется, а сохраняется в нейронах коры вашего головного мозга. «Минуточку! – возразите вы, – Каждый бросок отличается от другого. Как было только что сказано, вызванное воспоминание приспосабливается к положению мяча при каждом броске. Разве это не требует решения уравнений – того, чего мы пытались избежать?» На первый взгляд, это действительно так, но природа решила проблему переменных обстоятельств иным, гораздо более совершенным способом.
В этой главе мы увидим, что кора головного мозга создает инвариантные представления, которые компенсируют изменчивость окружающего мира. Представьте, например, что вы садитесь на водную кровать. При этом непроизвольно перемещаются все расположенные на ней объекты – скажем, подушки и другие люди. Кровать не высчитывает, насколько высоко или низко нужно поднять тот или иной край; функция приспосабливания осуществляется автоматически за счет физических свойств воды и поверхности матраца. В следующей главе мы увидим, что структура шестислойной коры головного мозга обладает приблизительно таким же свойством по отношению к поступающему в нее из внешнего мира потоку информации.
Итак, принципы действия неокортекса и компьютера различны. Вместо вычисления решений и программирования поведения кора головного мозга использует память.
У компьютеров тоже есть память в форме жестких накопителей и чипов памяти. Но четыре особенности памяти неокортекса коренным образом отличают ее от памяти компьютера:
• неокортекс запоминает последовательности элементов, а не отдельные элементы окружающего мира;
• неокортекс вспоминает последовательности автоассоциативно;
• неокортекс запоминает последовательности в инвариантной форме;
• неокортекс сохраняет последовательности иерархически.
Первые три принципа мы рассмотрим в данной главе. Концепция иерархичности коры головного мозга была представлена в главе 3, а в главе 6 мы более подробно остановимся на ее прикладном значении.
В следующий раз, рассказывая собеседнику о каком-нибудь происшествии, попробуйте абстрагироваться от происходящего и проанализировать последовательность вашего повествования. Вы не можете рассказать все, что случилось, одновременно, даже если ваша речь будет очень быстрой, а собеседник – внимательным. Вы выдаете порции информации последовательно, одну за другой. Это происходит не только потому, что разговорная речь сама по себе является серийной. Любой рассказ – будь то письменный, устный или рисованный в картинках – всегда носит серийный характер. Это объясняется тем, что память о событиях сохраняется в вашем мозге в серийной форме и может быть извлечена оттуда тоже в серийной форме. Вы не можете вспомнить все, случившееся с вами, одномоментно. Собственно, невозможно думать о чем-то сложном вне рамок серии событий или мыслей.
Некоторые люди в разговорах подолгу не могут перейти к сути. Они топчутся на месте, нагромождая в своем рассказе скучные подробности и многочисленные отступления от темы. Если вам доводилось общаться с такими собеседниками, то вы наверняка вспомните, насколько раздражает подобная манера повествования. Вам так и хочется крикнуть: «Да скажите же наконец о главном!» Но человек продолжает в деталях описывать хронологию произошедших с ним событий. По-другому у него просто не выходит.
