Как мы видим? Нейробиология зрительного восприятия - Ричард Маслэнд

Но нейроны, которые переквалифицировались в распознавание рук, сохранили свою пластичность. Примерно через шесть месяцев после того, как обезьянам разрешили видеть лица экспериментаторов и других обезьян, нейроны на участках распознавания лиц постепенно приобрели избирательную чувствительность к лицам. Очевидно, лица несут так много важной информации, что природа сочла необходимым вернуть этим нейронам на обработку вычислительные мощности, временно «захваченные» руками.

Существование специальных участков распознавания лиц также объясняет такое необычное и давно известное расстройство восприятия, как лицевая слепота или прозопагнозия (от греч. prosop – лицо, и agnosia – неузнавание). При этом расстройстве человек обладает абсолютно нормальным зрением, но испытывает трудности с узнаванием лиц. Он распознает лица и отличает их друг от друга, но не может узнавать знакомые лица по памяти.

Есть разные степени прозопагнозии – от легкой формы до почти полной «лицевой слепоты», которая обычно требует медицинского вмешательства. На противоположном полюсе находятся люди с суперспособностью к запоминанию лиц. Сенатор Эдвард Кеннеди, по словам одного из его помощников, мог узнать по памяти 10 000 человек. Лично я подозреваю у себя легкую форму прозопагнозии. Я могу провести отличный вечер в приятной компании, а на следующий день, столкнувшись с кем-то из вчерашних собеседников, подумать: «Мне кажется, я где-то видел этого человека? Или нет?» Поэтому, если я когда-нибудь пройду мимо вас, не поздоровавшись, не вините меня в спесивости – это недоработка моего мозга.

Итак, подведем итог: зоны распознавания лиц расположены в определенных местах головного мозга; предположительно функционируют как единая система и развивают избирательную чувствительность к лицам посредством опыта. Как указывает Ливингстон, эта распределенная, зависимая от опыта система во многих отношениях ведет себя так, как если бы ее клетки были элементами своего рода обучаемой нейронной сети.

Теперь мы начнем сводить все воедино – чтобы наконец-то ответить на вопрос, поставленный в начале книги: как мы узнаем своего ребенка? Для этого давайте вернемся в 1960-е гг., когда на стыке нейробиологии и вычислительной биологии родилась захватывающая новая дисциплина, основы которой были заложены более полувека назад канадским нейробиологом Дональдом Хеббом.

Представьте себе мозг, содержащий всего два нейрона. Как и большинство нейронов, они соединены между собой через синапсы. (Оставим пока в стороне общение с внешним миром. Это упрощенный гипотетический мозг.) Оба нейрона время от времени возбуждаются. В данном случае под возбуждением понимается просто генерация нервных импульсов.

Теперь сравним две ситуации. В первом случае два гипотетических нейрона возбуждаются в разное время: когда один нейрон активируется, другой молчит. Каждый срабатывает в ответ на входные сигналы безотносительно к другому. Во втором случае нейроны срабатывают вместе: когда возбуждается один нейрон, возбуждается и другой. В обоих случаях уровень активности обоих нейронов одинаков. Единственная разница в том, что они срабатывают либо одновременно, либо в разное время.

Оказывается, при асинхронном срабатывании ничего особенного не происходит. Но, когда нейроны возбуждаются вместе, происходит кое-что замечательное: синаптическая связь между ними постепенно усиливается, так что в конце концов активизация одного нейрона начинает вызывать активизацию и другого. Студенты запоминают это правило так: «Нейроны соединяются, если вместе возбуждаются».

Такой вот простой кусочек нейробиологии, который я только что объяснил вам полутора сотней слов. Однако этот механизм – усиление синаптических связей при одновременной активизации нейронов – является самой базовой формой памяти, которая лежит в основе всего нашего восприятия, эмоций и действий. Эту и другие необычайно провидческие идеи о нервных сетях Дональд Хебб, один из основоположников современной нейробиологии, изложил в своей эпохальной работе «Организация поведения», опубликованной в 1949 г. Модифицируемая связь между двумя нейронами получила название синапса Хебба. Позже мы подробно поговорим о потомках этого синапса, используемых в современных нейронных сетях: на синапсах Хебба – вернее, на различных его кремниевых версиях – построено большинство современных форм искусственного интеллекта.

ОРИГИНАЛЬНАЯ НЕЙРОННАЯ СЕТЬ ХЕББА

В работе «Организация поведения» Дональд Хебб изложил очень широкое теоретическое ви́дение, охватывающее многие аспекты нейробиологии. Эта теория не только заложила фундамент того, что сегодня известно как машинное обучение, но и обеспечила понимание того, как животные выживают в естественном мире. Однако главным интересом Хебба, почвой, на которой выросла его теория, было восприятие.

Хебб начал с простейших видов восприятия. Возьмем элементарный рисунок – черный контурный квадрат на белом фоне. Мы видим квадрат как целостную фигуру, нарисованную непрерывной линией. Но в действительности наша сетчатка воспринимает черную линию как ряд точек, потому что изображение линии падает на множество отдельных светочувствительных нейронов – палочек и колбочек. Как бы плотно ни располагались друг к другу фоторецепторы и какой бы ровной ни казалась нам линия, сетчатка все равно регистрирует ее изображение как ряд точек.

Но мы, разумеется, этого не видим. Мы видим черный контурный квадрат на белом фоне, потому что наш мозг соединяет все точки в цельные линии. Более того, мы не воспринимаем каждую из четырех линий по отдельности: мы видим квадрат как единый объект. Однако поврежденный мозг может терять такую целостность восприятия. Нейропсихолог Ханс-Лукас Тойбер из Массачусетского технологического института описал случай, когда пациент вместо одного движущегося мотоцикла видел вереницу отдельных мотоциклов. Нормальный мозг, как правило, видит объекты как единое целое, а не как наборы отдельных компонентов. Но на самом деле ничто в видимом мире не говорит нам о том, что является объектом, а что нет; мы видим лишь массив пикселей, из которых мозг должен вычленить целостные объекты. В примере Тойбера мозг должен понять, что перед ним один движущийся мотоцикл, а не цепочка из неподвижных мотоциклов. Этот принцип, называемый завершенностью, подводит нас еще на шаг ближе к пониманию механизма восприятия, описанного Хеббом.

Еще в начале XX в. психологи предположили, что в основе восприятия объектов лежат их гештальты – целостные и обобщенные образы объектов, игнорирующие вариации в конкретных деталях. Чтобы проиллюстрировать это, обычно используется изображение знакомого предмета с недостающим фрагментом. Посмотрите на этот рисунок: вы мгновенно понимаете, что перед вами треугольник, несмотря на то что одна его сторона не дорисована до конца.