Как мы видим? Нейробиология зрительного восприятия - Ричард Маслэнд

Во избежание недоразумений здесь важно проводить границу между потерей конкретных воспоминаний и потерей конкретных способностей. Большинство из нас знают (читали или непосредственно сталкивались с такими трагедиями, затронувшими членов семьи или друзей), что повреждение мозга может вызвать очень специфические нарушения. Это может быть потеря способности понимать речь (афазия); потеря чувствительности или паралич какой-либо конечности; обвисание лицевых мышц. Иногда функциональная потеря может быть на удивление избирательной: человек лишается способности говорить, но полностью сохраняет способность понимать устную речь. Но это вовсе не то же самое, что потеря отдельных воспоминаний, которую изучал Хебб.

Как высказался по этому поводу сам Хебб, «мы не теряем воспоминание о красных качелях». Если в доме у вашей бабушки была терраса, а на террасе стояли красные качели, мы можем полностью потерять воспоминания о доме и террасе. Но вряд ли случится так, что мы будем помнить яркое изображение террасы и при этом забудем, что на ней были красные качели.

Другими словами, Хебб обнаружил, что пациенты могут терять старые воспоминания (или же терять способность формировать новые воспоминания), но, когда это происходит, все части этих воспоминаний теряются вместе. В обиходе это называется провалами в памяти (если с вами такого никогда не случалось, вы – уникальный человек). Но если уж мы сохраняем в памяти какое-то воспоминание, то помним его практически полностью, со всеми его конкретными составляющими.

Из этого напрашивается вывод, что у конкретных воспоминаний нет четко определенного места в головном мозге. Но как такое может быть? Воспоминания не эфемерные сущности, витающие в некоем эфирном пространстве за пределами нашего физического тела. Они должны быть записаны на каком-то носителе, и этот носитель – головной мозг. Другими словами, все наши воспоминания хранятся в компьютере, который мы называем мозгом, но конкретные воспоминания, кажется, не занимают в нем конкретного физического места.

Концепция нейронных сетей Хебба объясняет не только целостный характер восприятия, но и почему Пенфилд не обнаруживал у своих пациентов существенных нарушений после удаления части головного мозга. Давайте разберемся почему.

Дело в том, что нейронные сети не локализованы в ограниченных зонах, а охватывают обширные области мозга. Такое широкое распределение нервных сетей объясняет, почему конкретные воспоминания не имеют фиксированного местоположения. Если клеточный ансамбль состоит из огромного количества взаимосвязанных нейронов, потеря нескольких из них не причиняет большого вреда. Бо́льшая часть клеточного ансамбля остается взаимосвязанной и функциональной и продолжает репрезентацию восприятия, воспоминания или мысли. Таким образом, конкретные воспоминания не хранятся в конкретном месте: они распределены по всему мозгу. Ответ на вопрос Пенфилда: повреждение нервной сети действительно вызывает функциональные потери, но они настолько малы, что практически неизмеримы (особенно в эпоху Пенфилда). Благодаря нейронным сетям мозг приобретает то, что инженеры называют «отказоустойчивость».

КАК ОБУЧАЕМЫЕ СИНАПСЫ СОЗДАЮТ КЛЕТОЧНЫЕ АНСАМБЛИ

Итак, мы узнали, каким образом клеточные ансамбли создают единое перцептивное целое из отдельных частей и как широко распределенная по мозгу нейронная сеть объясняет устойчивость воспоминаний. Но пока это просто любопытная теория. Что наделяет ее безусловной практической ценностью, так это синапс Хебба – простой и элегантный механизм, объясняющий, как формируются вышеуказанные ансамбли клеток.

Предположим, у нас есть распределенный по мозгу клеточный ансамбль, который обеспечивает и хранит репрезентацию некоего объекта. Клеточный ансамбль – это миниатюрная нейронная сеть. Но почему эта конкретная нейронная сеть имеет отношение к восприятию этого конкретного объекта внешнего мира? Какая связь существует между клеточным ансамблем, который представляет четыре стороны квадрата – то есть квадрат как целостный объект внешнего мира, – и сенсорным опытом восприятия квадратов?

Поскольку наш мир упорядочен, мозг получает входные данные также упорядоченным образом. Видимый мир проецируется на зрительную кору мозга топографически – в виде карты на поверхности мозга. Точнее говоря, в виде карты сетчатки на поверхности зрительной коры. Таким образом, когда на сетчатку падает изображение линии, в зрительной коре активируется группа нейронов, расположенных примерно в виде линии. Зрительная кора – главный портал, через который информация поступает в центры распознавания объектов. Итак, когда сетчатка видит линию, на поверхности коры одновременно активизируются несколько расположенных (примерно) в ряд нейронов. Вы можете догадаться, что происходит дальше: поскольку одновременное возбуждение нейронов усиливает синаптические связи между ними, эти связи в итоге усиливаются настолько, что нейроны «соединяются» в клеточный ансамбль. Другими словами, при первом восприятии линии активизируемые ею нейроны соединены между собой одинаковыми по силе синаптическими связями, но с каждой повторной стимуляцией синапсы внутри этой «линейной» подгруппы нейронов начинают работать все эффективнее. В конце концов, даже активизация одного или нескольких связанных нейронов начинает вызывать возбуждение всего клеточного ансамбля.

После этого кора становится «предрасположенной» к тому, чтобы видеть линии. Даже если сетчатка видит всего лишь часть линии, весь «линейный» ансамбль нейронов возбуждается одновременно и сообщает остальному мозгу, что стимул представляет собой линию. Как правило, такая догадка оказывается верной, потому что линии встречаются в мире гораздо чаще, чем если бы это было случайным событием. По-настоящему случайный, неизбыточный видимый мир – без каких-либо неравномерностей по частоте – был бы похож на снежащий телевизионный экран. Наличие закономерностей в организации мира настраивают мозг на интерпретацию входных сигналов в пользу таких закономерностей.

На следующем уровне сложности четыре линии, встречающиеся в соединенном виде (в виде квадрата), также вызывают одновременное срабатывание нейронов, расположенных примерно в форме квадрата на поверхности зрительной коры. Дальше становится еще сложнее, так как нам нужно перейти от простой двумерной сенсорной репрезентации конкретного квадрата к репрезентации гештальта (обобщенного образа, игнорирующего индивидуальные вариации в деталях) «квадратности», а это уже требует клеточных ансамблей иного порядка. Как это происходит, мы рассмотрим чуть позже, а пока остановимся вот на чем: клеточные ансамбли, представляющие простые геометрические формы, могут объединяться в бо́льшие по размеру нейронные сети, которые выделяют из этих конкретных случаев абстрактное понятие «квадратности». Хебб считал, что такого рода перцептивное обучение (происходящее фактически бессознательно) лежит в основе всего восприятия.

* * *

Усиленное внимание Хебба к восприятию линий не сильно продвинуло нейронауку, потому что в 1960-х гг. были обнаружены свидетельства – хотя и, как оказалось впоследствии, не очень надежные – того, что в мозге есть нейроны с врожденной способностью к распознаванию линий. Казалось, это открытие должно было поставить крест на его теории. Однако базовый элемент этой теории – синапс Хебба, способный обучаться и формировать в мозге клеточные ансамбли, – не умер. Он был забыт почти на десятилетие, после чего впечатляющим образом вернулся вместе с возрождением интереса к нейронным сетям.