Как мы учимся. Почему мозг учится лучше, чем любая машина… пока - Станислас Деан

Концепция самоорганизации радикально отличается от классического (но ошибочного) представления о мозге как о tabula rasa – «чистом листе», преимущественно лишенном первоначальной структуры и обретающем форму исключительно под влиянием окружающей среды. На самом деле, чтобы мозг мог построить карту или числовую прямую, требуется очень мало данных (или они не требуются вообще). Именно самоорганизация отличает мозг от искусственных нейронных сетей, доминирующих в инженерном подходе к искусственному интеллекту. Сегодня ИИ практически синонимичен большим данным. Все потому, что эти сети невероятно «прожорливы»: они начинают действовать разумно только после того, как им скормят гигабайты данных. Человеческий мозг, напротив, не требует столь обширного опыта. Его основные узлы – модули, в которых хранятся ключевые знания, – развиваются главным образом спонтанно, возможно, только за счет внутреннего моделирования.

Лишь немногие современные ученые, такие как профессор Массачусетского технологического института Джош Тененбаум, всерьез пытаются внедрить данный тип самоорганизации в искусственный интеллект. В настоящее время Тененбаум и его коллеги работают над «виртуальным ребенком» – системой, которая была бы изначально способна самостоятельно генерировать миллионы мыслей и образов. Предполагается, что эти внутренние данные послужат основой для обучения остальной части системы, а потому в дальнейшем ей не потребуется никаких дополнительных сведений извне. Согласно этой радикальной теории, фундамент ключевых нейронных сетей закладывается посредством самоорганизации еще до рождения, путем самозагрузки из базы данных, генерируемой внутри системы89. Большая часть подготовительных работ осуществляется внутри, в отсутствие какого-либо взаимодействия с внешним миром; остается произвести только окончательные корректировки на основании дополнительных данных, которые мы получаем из окружающей среды.

Вывод, вытекающий из этого направления исследований, акцентирует совокупную роль генов и самоорганизации в развитии человеческого мозга. При рождении кора ребенка сложена почти так же, как у взрослого. Она уже разделена на специализированные сенсорные и когнитивные области, взаимосвязанные точными и воспроизводимыми пучками волокон, и содержит целый набор частично специализированных модулей, каждый из которых проецирует определенный тип представлений на внешний мир. Нейроны решетки энторинальной коры рисуют двумерные плоскости, идеально подходящие для навигации в пространстве. Как мы увидим далее, другие области, например теменная кора, рисуют линии, позволяющие кодировать линейные величины, включая количество, размер и время; зона Брока проецирует древовидные структуры, идеально подходящие для кодирования синтаксиса языков. Иными словами, от нашей эволюции мы наследуем набор фундаментальных правил; впоследствии мы выберем из них те, которые наилучшим образом описывают ситуации и понятия, с которыми нам придется столкнуться в течение жизни.

Постулируя существование универсальной человеческой природы, врожденной системы нейронных связей, формирующейся благодаря генам и самоорганизации, я вовсе не отрицаю существование индивидуальных различий. Приглядевшись, мы увидим, что каждому мозгу с самого начала присущи его собственные, уникальные черты. Например, складки коры, как и отпечатки пальцев, закладываются до рождения и отличаются даже у однояйцевых близнецов. Аналогичным образом сила и плотность дальних связей и даже их точные траектории существенно варьируются, обеспечивая неповторимость каждого «коннектома».

Тем не менее важно понимать, что эти вариации не затрагивают общую основу, которая остается неизменной. Мозг Homo sapiens формируется согласно четкому плану, подобно последовательности аккордов, которые запоминают джазовые музыканты, разучивая новую мелодию. Превратности генома и беременности, разумеется, могут внести свои коррективы, однако никакие импровизации не заглушат основную «нейронную тему», характерную для всех людей. Наша индивидуальность реальна, но переоценивать ее не следует: каждый из нас есть всего-навсего вариация на мелодическую линию Homo sapiens. У каждого из нас – черного и белого, азиата и коренного американца – архитектура мозга очевидна. С этой точки зрения кора любого человека отличается от коры нашего ближайшего родственника, шимпанзе, точно так же, как любая импровизация на тему My Funny Valentine отличается, скажем, от импровизации на тему My Romance[21].

Всем нам изначально присущи одинаковая структура мозга, одинаковые базовые знания и одинаковые алгоритмы научения, которые позволяют приобретать дополнительные навыки. Все мы обладаем одинаковым человеческим потенциалом – будь то в чтении, естественных науках или математике, причем независимо от того, слепы мы, глухи или немы. Как заметил в XIII веке британский философ Роджер Бэкон (1220–1292), «математические знания как бы врожденны… Эта наука самая легкая, что очевидно из того, что она доступна уму каждого. Ибо миряне и люди, вовсе не умеющие читать и писать, умеют считать…» То же самое, безусловно, можно сказать и о речи: практически нет детей, которые не испытывали бы мощного врожденного стремления овладеть языком своего окружения, хотя, как я уже отмечал выше, ни один шимпанзе – даже тот, который с рождения живет в человеческой семье, – не способен произнести больше нескольких слов или соединить больше нескольких знаков.

Вкратце: индивидуальные различия реальны, но почти всегда носят скорее количественный, нежели качественный характер. Лишь в крайних точках колоколообразной кривой мозговой организации нейробиологические вариации могут привести к фактическим когнитивным различиям. В последнее время все больше ученых приходят к выводу, что дети с нарушениями развития находятся на концах этой кривой. В какой-то момент их развивающийся во время беременности мозг будто свернул с правильного пути, который ведет от генетического наследования к миграции нейронов и самоорганизации нейронных сетей.

Особенно это очевидно в случае дислексии, специфического нарушения развития, которое влияет на способность к овладению чтением, но не затрагивает интеллект и другие функции. Если вы страдаете дислексией, вероятность ее наличия у ваших братьев и сестер составляет 50 процентов, что указывает на генетическую природу этого расстройства. Сегодня с дислексией ассоциируют по меньшей мере четыре гена – большинство из них приводят к нарушениям миграции нейронов в коре головного мозга в период внутриутробного развития90. Кроме того, МРТ показывает выраженные аномалии в нейронных связях левого полушария, отвечающих за чтение91. Что важно, эти аномалии могут быть обнаружены в самом раннем возрасте. Например, в группе детей с генетической предрасположенностью к дислексии способность различать фонемы устной речи уже в шесть месяцев позволяет определить, у кого проявится это нарушение, а кто будет читать нормально92. И действительно, фонологический дефицит считается главным фактором возникновения дислексии. Впрочем, он отнюдь не является ее единственной причиной: механизм чтения достаточно сложен, а значит, есть много мест, где он может дать сбой. В настоящее время описаны разные типы дислексии, включая дефицит внимания, из-за которого ребенок путает буквы в соседних словах93, и зрительные нарушения, которые приводят к «зеркальным» ошибкам94. Судя по всему, дислексия находится в нижней точке колоколообразного континуума зрительных, слуховых и фонологических способностей, которые варьируются от нормы до выраженного дефицита95. Все мы Homo sapiens, но немного отличаемся друг от друга по степени проявления нашего наследия, что, по всей вероятности, обусловлено полуслучайными вариациями в формировании нейронных сетей на ранних стадиях.