Об интеллекте
Шрифт:
Давайте взглянем на другой пример. Если мне нужно физически переместиться из комнаты в кухню, все, что моему мозгу достаточно — это переключиться с инвариантного представления комнаты на инвариантное представление кухни. Это переключение вызывает сложную разворачивающуюся последовательность. Процесс генерации последовательности предсказаний того, что я увижу, почувствую и услышу пока иду из комнаты на кухню, также генерирует и последовательность моторных команд, которые заставляют меня идти из комнаты на кухню и перемещать взгляд так, как надо. Предсказание и моторное поведение работают рука об руку, когда паттерны идут вверх и вниз по кортикальной иерархии. Как бы странно это ни звучало, когда задействовано поведение, ваше предсказание не только предсказывает ощущения, оно определяет ощущения. Мысль о следующем паттерне в поведении вызывает каскад предсказаний того, что вы должны ощутить после. Когда каскад предсказаний разворачивается,
«Выполнение» через размышление, параллельное разворачивание перцептивного и моторного поведения — это суть того, что называется целенаправленным поведением. Целенаправленное поведение — это Святой Грааль робототехники. Он встроен в кортекс.
Конечно, мы можем отключить моторное поведение. Я могу размышлять о разглядывании чего-либо, на самом деле не видя этого, и я могу размышлять о походе на кухню, на самом деле не делая этого. Но размышление о выполнении чего-либо — это буквально начало того, как мы делаем что-то.
Давайте отойдем слегка назад и поразмышляем о том, как информация движется вверх и вниз по кортикальной иерархии. Когда вы движетесь в мире, в низшие области кортекса попадают изменяющиеся паттерны. Каждая область пытается интерпретировать ее поток паттернов как часть известной последовательности паттернов. Колонки пытаются предсказать свою активность. Если у них получается, они передают стабильный паттерн, имя последовательности в вышестоящую область. И снова, как если бы область сказала: «Я слышу песню, вот ее название. В ее деталях я разберусь сама.»
Но что если придет неожиданный паттерн, неожиданная нота? Или что если мы увидим что-то, что не является частью лица? Неожиданный паттерн автоматически передается вышестоящей кортикальной области. Это происходит естественным путем, когда возбудятся нейроны из слоя 3б, которые не являются частью ожидаемой последовательности. Вышестоящая область может быть способна понять этот новый паттерн как часть ее собственной последовательности. Она могла бы сказать: «О, я вижу, что пришла новая нота. Может быть, это первая нота следующей песни в сборнике. Очень похоже, поэтому я предсказываю, что мы должны перейти к следующей песне. Нижестоящая область, вот название следующей песни, которая, как я думаю, вы должны сейчас услышать». Но если этого распознавания не происходит, неожиданный паттерн продолжает распространяться вверх по иерархии до тех пор, пока некоторая высшая область не сможет проинтерпретировать его как часть ее нормальной последовательности событий. Чем выше неожиданный паттерн поднимется, тем больше областей кортекса будет вовлечено в объяснение неожиданной информации. Наконец, когда область где-то вверху иерархии думает, что сможет понять неожиданное событие, она генерирует новое предсказание. Это новое предсказание распространяется вниз по иерархии до тех пор, пока получается. Если новое предсказание не верное, будет обнаружена ошибка и снова она будет карабкаться вверх по иерархии до тех пор, пока какая-либо область не сможет проинтерпретировать ее как часть ее активной в данный момент последовательности. Таким образом мы можем увидеть, как наблюдаемые паттерны идут вверх по иерархии, а предсказания — вниз по иерархии. В идеале, если бы мир был извествен и предсказуем, большинство потоков вверх-вниз происходили бы мгновенно и возникали бы в нижележащих областях кортекса. Мозг быстро пытается обнаружить, какая часть его модели мира соответствует неожиданной информации. Только тогда он поймет эту информацию и будет знать, чего ожидать дальше.
Если я иду обычным путем по комнате в моем доме, совсем немного ошибок будет распространяться вверх по кортикальной иерархии. Глубоко заученные последовательности моего дома могут быть обработаны в низших областях визуальной, соматосенсорной и моторной иерархии. Я знаю комнату настолько хорошо, что могу пройти по ней даже в темноте. Моя осведомленность об окружении эффективно освобождает большую часть моего кортекса для других задач, таких как размышление о мозге и написание книг. Однако, если бы я попал в незнакомую комнату, особенно в такую, которая отличается от любой из комнат, которые я видел ранее, мне нужно было бы не только смотреть и видеть, куда я иду, но неожиданные паттерны постоянно поднимались бы на самый верх кортикальной иерархии. Чем больше мой сенсорный опыт не соответствует заученным последовательностям, тем больше ошибок возникало бы. В такой нестандартной ситуации я не смог бы больше думать о мозге, потому что большая часть моего кортекса уделяла бы внимание проблемам навигации по комнате. Это распространенная ситуация для людей, которые выходят
Ощущение неожиданного понимания, момент «Ага!» может быть объяснен в этой модели. Вообразите, что вы смотрите на неоднозначную картинку. Заполненная чернильными кляксами и разбросанными линиями, она не похожа ни на что. Она не имеет смысла. Когда кортекс не может найти какие-либо воспоминания, соответствующие поступающей информации, возникает замешательство. Ваши глаза сканируют все детали картинки. Новая информация полностью поступает на вершину вашей кортикальной иерархии. Высокоуровневый кортекс пробует множество различных гипотез, но, когда эти предсказания идут вниз по иерархии, каждая из них конфликтует с поступающей информацией и кортекс вынужден пробовать снова. В процессе этого замешательства ваш мозг полностью занят попытками понять картинку. В конце концов, вы делаете высокоуровневое предсказание, которое оказывается правильным. Когда это происходит, предсказание начинается на верхушке кортикальной иерархии и успешно распространяется все ниже и ниже. Менее чем за секунду, каждая область получает последовательность, которая удовлетворяет входным данным. Больше ни одна ошибка не поднимается наверх. Вы понимаете картинку, вы видите далматинца среди точек и каракуль (смотрите рисунок 12).
Рисунок 12. Вы видите далматинца?
За десятилетия стало известно, что соединения в кортикальной иерархии являются реципрокными. Если область А проецируется на область Б, то и Б проецируется на А. Часто бывает, что больше аксонов идет вниз, чем вверх. Но даже хотя это описание является широко принятым, превалирующей парадигмой является то, что играют второстепенную, или «модулирующую» роль в мозге. Идея, что сигнал в обратных связях мог бы немедленно и точно вызывать возбуждение различных множеств нейронов в слое 2, не является превалирующей точной зрения среди нейрофизиологов.
Почему бы так могло быть? Частично причина в том, как я упомянул раньше, что нет реальной необходимости привлекать обратные связи, если вы не принимаете центральную роль предсказания. Если вы считаете, что информация течет напрямую в моторную систему, то зачем вам нужны обратные связи? Другая причина игнорирования обратных связей в том, что сигнал в обратных связях распределен по большому числу областей слоя 1. Интуитивно мы должны были бы ожидать, что сигнал, рассеянный по большой площади мог бы иметь только второстепенный эффект на большинстве нейронов, и несомненно в мозгу есть несколько таких модулирующих сигналов, которые не воздействуют на конкретный нейрон, а изменяют глобальные атрибуты, такие как уровень внимания.
Последняя причина игнорирования обратных связей в том, сколько ученых верят в независимую работу нейронов. Обычный нейрон имеет тысячи или десятки тысяч синапсов. Некоторые расположены очень далеко от тела нейрона, другие почти рядом с ним. Синапсы ближе к телу клетки имеют сильное влияние на возбуждение нейрона. Примерно с десяток синапсов возле тела нейрона могут заставить его сгенерировать спайк или импульс электрического разряда. Это известный факт. Однако, подавляющее большинство синапсов располагаются вдали от тела нейрона. Они распространяются вдаль и вширь по древоподобной структуре дендритов нейрона. Поскольку эти синапсы далеки от тела нейрона, ученые склоняются к уверенности, что спайк, прибывающий на один из таких синапсов, имел бы слабый или почти незаметный эффект на то, сгенерирует нейрон спайк или нет. Эффект от отдаленных синапсов рассеивался бы за то время, пока он достигнет тела нейрона.
Как правило, информация, идущая вверх по кортикальной иерархии, передается по синапсам, расположенным близко к телу нейрона. Информация, идущая вверх по иерархии, имеет, следовательно, более определенный путь от области к области. Также, как правило, обратные связи идущие вниз по кортикальной иерархии, используют для этого синапсы, удаленные от тела нейрона. Нейроны в слоях 2, 3 и 5 посылают дендриты в слой 1 и формируют там множество синапсов. Слой 1 — это масса синапсов, но все они от далеких нейронов из слоев 2, 3 и 5. Более того, любой конкретный нейрон, скажем, в слое 2 будет формировать совсем мало синапсов с помощью конкретного волокна обратной связи. Таким образом, некоторые ученые могут возражать идее, что короткий паттерн в слое 1 мог бы точно вызывать возбуждение набора нейронов в слоях 2, 3 и 5. Но именно это соответствует имеющейся у меня теории.