Такими рамками может послужить модель «Память-запоминание». Она подскажет нам, как сложить вместе все кусочки головоломки в целую картинку. Для осуществления прогностической функции неокортексу нужна определенная технология запоминания и сохранения информации о последовательностях событий. Для прогнозирования вероятных событий кора головного мозга должна использовать (а значит, формировать) инвариантные представления. Ваш мозг должен создавать и сохранять модель реального мира так, чтобы при восприятии последнего в разных обстоятельствах изменения компенсировались. Разобравшись в том, чем должна заниматься кора головного мозга, мы сможем понять ее строение, особенно шестислойную иерархическую структуру.

В данной книге такое видение рамок исследования интеллекта будет представлено впервые. Иногда я буду забираться в научные дебри, что, возможно, некоторым читателям покажется слишком сложным. Многие из концепций будут незнакомы даже специалистам-нейрологам. И все же, приложив определенные усилия, любой читатель, как минимум, сможет понять основы нового подхода. (Главы 7 и 8 гораздо меньше насыщены техническими подробностями – в них речь пойдет о более широком применении предложенной теории.)

Прежде всего мы рассмотрим биологические предпосылки, на которых основана запоминающе-прогностическая гипотеза. Это поможет нам отбросить многие ненужные кусочки воображаемых пазлов, тем более что нам известно: лишь немногие из элементов действительно необходимы для воссоздания полной картины. Как только мы поставим перед собой четкую цель и разберемся, что же нужно искать, задача станет разрешимой.

Хочу отметить, что предлагаемые мной рамки исследования далеко не окончательны. У меня до сих пор нет ответов на многие вопросы. Но, основываясь на дедуктивном методе поиска решений, результатах многочисленных экспериментов, проведенных мною во многих лабораториях, а также на знаниях анатомии, мне удалось обнаружить интересные факты, которыми я намерен поделиться с вами.

На протяжении последнего десятилетия ученые-нейробиологи занимались исследованием идей, подобных моим. Обычно они использовали другую терминологию и, насколько мне известно, не пытались создать на основе полученных разрозненных сведений общую теорию. В отчетах об исследованиях они также упоминают обработку данных по принципу от целого к частному и от частного к целому, говорят о том, как нервные сигналы передаются между сенсорными областями мозга, и отмечают важную роль инвариантных репрезентаций. Так, Габриэль Крейман и Кристофер Кох, нейробиологи, работающие в Калифорнийском технологическом институте, и Айзек Фрейд из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе открыли нервные клетки, посылающие разряд в том случае, когда человек видит лицо Билла Клинтона. Одна из моих целей – объяснить вам, откуда появились эти нейроны Билла Клинтона. Естественно, создание каждой теории сопряжено с формулированием гипотез, которые следует проверять в лабораторных условиях. (В приложении к данной книге я перечислю несколько таких гипотез.) Теперь, когда у нас есть цель и мы знаем, что ищем, невероятно сложная, на первый взгляд, система уже не будет казаться нам такой уж замысловатой.

Ниже в этой главе мы детально углубимся в модель «Память-предсказание», характеризующую работу неокортекса. Вначале рассмотрим структуру и наиболее общие функции коры головного мозга, а затем двинемся дальше – обратимся к частным вопросам и проанализируем, как они вписываются в целостную картину.

Рис. 6.1. Первые четыре зоны в распознавании объектов

Помните ли вы, как я назвал кору головного мозга тканью из нервных клеток размером со столовую салфетку и толщиной в шесть визитных карточек, в которой связи между разными зонами создают определенную иерархическую структуру? Сейчас я хочу проиллюстрировать иерархическую структуру неокортекса иначе. Представьте, что мы разрезали эту салфетку на несколько частей, соответствующих зонам, специализирующимся на выполнении определенных задач, и наложили полученные кусочки друг на друга. У нас вышел своеобразный слоеный, или «блинный» пирог. Разрезав «пирог», получим срез (см. рис. 6.3). Разумеется, в действительности неокортекс выглядит по-другому, но благодаря этой картинке вы составите четкое представление о передвижении потоков информации. На рис. 6.1 показано, как информационные сигналы поступают в низшую зону коры головного мозга и передвигаются вверх от зоны к зоне. Обратите внимание, что информационные потоки циркулируют в обоих направлениях.

Рис. 6.1 представляет первые четыре зрительные зоны, вовлеченные в распознание объектов окружающего мира. С их помощью вы узнаете кошку, церковь, свою мать, Большую китайскую стену и так далее. Биологи обозначают эти зоны V1, V2, V4 и IT. Входной визуальный сигнал показан стрелкой под зоной V1. Зрительная информация с сетчатки ваших глаз передается к V1. Этот входной поток информации можно представить как непрерывно изменяющиеся последовательности сигналов, которые передаются приблизительно по миллиону аксонов, составляющих ваш зрительный нерв.

Ранее мы уже упоминали о пространственно-временных сигналах, однако сейчас стоит освежить эти знания, поскольку мы будем часто к ним обращаться. Кора головного мозга состоит из функциональных зон, специализирующихся на отдельных задачах. Эти зоны связаны друг с другом большими пучками аксонов, или нервных волокон, передающих информацию из одной зоны в другую. Каждую секунду какой-то пучок волокон посылает электрический разряд, называемый потенциалом действия, или импульсом, в то время как другие пучки молчат. Общая активность пучка волокон называется паттерном (последовательностью сигналов). Паттерн, полученный зоной V1, будет пространственным, если ваши глаза на мгновение остановились на объекте, и временным, если они его разглядывают.

Примерно трижды в секунду ваши глаза осуществляют скачкообразное движение – саккаду, после чего следует пауза – фиксация. Если бы вы участвовали в эксперименте и исследователь при помощи специального устройства отслеживал движения ваших глаз, вы бы удивились, узнав, насколько резки саккады, при том что воспринимаемое изображение кажется вам постоянным и устойчивым. На рис. 6.2 а показано, как двигались глаза одного из участников эксперимента, когда он рассматривал изображение лица. Обратите внимание, что фиксации вовсе не беспорядочны. А теперь представьте, что вы могли бы видеть паттерн, поступающий к зоне V1 этого человека. Он полностью меняется с каждой саккадой. Значит, несколько раз в секунду зрительная зона коры головного мозга получает совершенно новую последовательность сигналов.

Рис. 6.2. а) Траектория саккад при рассматривании лица человека

Возможно, вы подумаете: «Ну ладно, ведь все равно это лицо остается одним и тем же, несмотря на сдвиги». Доля истины в этом есть, но намного меньшая, чем вы себе представляете. Световые рецепторы на сетчатке глаза распределены неравномерно. Их плотность, очень высокая в центральной ямке, постепенно уменьшается по направлению к периферии глаза. А нервные клетки коры головного мозга, напротив, распределены равномерно. В результате изображение, переданное с сетчатки в первичную зрительную зону V1, очень искажено. Если вы, рассматривая одно и то же лицо, направите взгляд на нос, а потом сконцентрируете его на глазе, зрительный входной сигнал будет очень отличаться, как будто вы смотрите на это лицо через немилосердно дергающийся «рыбий глаз»[15]. Тем не менее при взгляде на лицо оно не кажется вам искаженным; изображение не «прыгает» у вас перед глазами. Скорее всего, вы вообще не осознаете, что получаемые от сетчатки визуальные сигналы изменяются, более того – так сильно изменяются. Вы просто видите «лицо» (на рис. 6.2 б показан эффект взгляда на прибрежный пейзаж через линзу «рыбий глаз»). По сути, это переформулирование загадки об инвариантном представлении, о которой мы беседовали в главе 4.