Рэймонд Курцвейл - Эволюция разума

Итак, исследования Маркрама демонстрируют наличие в новой коре повторяющихся модулей, состоящих из нейронов, а исследования Ван Видена — удивительную упорядоченность связей между этими модулями. Мозг представляет собой огромное множество «ожидающих связей», к которым могут подключаться распознающие модули. Таким образом, если один какой-то модуль хочет подключиться к другому, одному из них не нужно растить аксон, а другому дендрит, чтобы преодолеть физическое расстояние между ними. Они просто используют одну из аксональных ожидающих связей и подключаются к концу нити. Как пишут Ван Виден и его коллеги, «пути головного мозга следуют основному плану, сформированному… [в процессе] раннего эмбриогенеза. Таким образом, пути зрелого мозга отражают картину этих первозданных переходов, физически сформированных в ходе развития». Другими словами, когда мы учимся и приобретаем какой-либо опыт, распознающие модули новой коры подключаются к этим уже существующим связям, возникшим еще на стадии эмбрионального развития.

По такому же принципу устроен электронный чип, называемый «программируемой пользователем вентильной матрицей» (ППВМ, англ. Field-Programmable Gate Array, FPGA). Этот чип содержит миллионы модулей, использующих логическую функцию «ожидающих связей». При реализации определенной функции эти связи либо активируются, либо инактивируются (посредством электронных сигналов).

Те протяженные связи в новой коре, которые не применяются, в итоге отключаются, что отчасти объясняет, почему адаптация соседних участков новой коры для компенсации поврежденных участков не является столь же эффективной, как использование исходного участка. В соответствии с результатами Ван Видена исходные связи в высшей степени упорядочены и повторяемы, как и сами модули, а их сеть применяется для «направления проведения [сигналов]» в новой коре. Такая картина обнаружена в головном мозге человека и всех приматов и распространяется на все зоны новой коры, начиная от участков, ответственных за распознавание ранних (наиболее простых) сенсорных образов, и заканчивая уровнем высших эмоциональных образов. В заключительной части статьи Ван Видена говорится, что «всеобъемлющая, единая и последовательная сетчатая структура церебральных путей соответствует трем основным осям развития». Это опять же говорит о едином алгоритме функционирования новой коры.

Высокоупорядоченная структура решетки начальных связей нейронов новой коры (по данным исследований, проведенных Национальным институтом здоровья США).

Уже давно известно, что как минимум некоторые отделы новой коры построены по иерархическому принципу. Лучше всего исследован зрительный отдел коры, подразделяемый на зоны V1, V2 и MT (она же зона V5).

Еще одно изображение регулярных связей нейронов в новой коре.

При перемещении в более высокие отделы этой области коры («высокие» в смысле понятийной иерархии, а не в физическом смысле, поскольку новая кора по толщине всегда соответствует лишь одному распознающему модулю) происходит распознавание все более сложных (более абстрактных) понятий.

Структура решетки, обнаруженная в новой коре, удивительным образом напоминает структуру так называемой координатной коммутации, используемой в интегральных схемах и монтажных платах.

Зона V1 отвечает за самые примитивные формы, V2 может распознавать контуры, соответствие изображений, полученных от каждого глаза, пространственную ориентацию, а также является ли данный образ частью какого-то объекта или фоном [49]. Наивысшие зоны коры распознают такие понятия, как идентичность объектов и лиц и их движения. Также давно известно, что связь между этими иерархическими зонами осуществляется как снизу вверх, так и сверху вниз и что сигналы могут быть как возбуждающими, так и тормозящими. Нейрофизиолог из Массачусетского технологического института Томазо Поджо (род. в 1947 г.) активно занимался изучением зрительных отделов коры, и полученные им за последние 35 лет результаты были очень полезны для понимания иерархических принципов обучения и распознавания образов в «ранней» (находящейся на нижнем понятийном уровне) зрительной области коры [50].

Наши представления о нижних иерархических уровнях зрительной коры вполне соответствуют теории мысленного распознавания образов, о которой я говорил в предыдущей главе, а недавно удалось продемонстрировать иерархическую природу процессов далеко за пределами этих уровней новой коры. Профессор нейробиологии Техасского университета Даниель Дж. Феллман и его коллеги проследили «иерархическую организацию коры головного мозга… [в] 25 областях новой коры», в числе которых как зрительные зоны, так и участки высокого понятийного уровня, объединяющие образы, поступающие от нескольких органов чувств. Они обнаружили, что в соответствии с иерархическим строением коры обработка образов усложняется, затрагиваются все более обширные участки мозга и процесс занимает все более длительное время. И каждая проанализированная ими связь служит для проведения сигнала в обоих направлениях [51].

Недавние исследования позволили нам значительно расширить эти наблюдения за пределы зрительной коры и связанных с ней областей, принимающих сигналы от различных органов чувств. В 2007 г. профессор психологии Ури Хассон и его коллеги из Принстонского университета показали, что процессы, наблюдаемые в зрительной коре, имеют место и во многих других отделах коры: «Доказано, что нейроны зрительной коры имеют очень широкие рецептивные поля. В этом состоит основной принцип организации системы зрительного восприятия… Реальные события разворачиваются не только в пространственном, но и во временном измерении. Поэтому мы предполагаем, что иерархия, аналогичная иерархии пространственных рецептивных полей, должна существовать в различных отделах мозга и для реакций во временном измерении». Именно это они и обнаружили и пришли к заключению, что «существует иерархия прогрессивно увеличивающихся временных рецептивных полей, аналогичная известной иерархии пространственных рецептивных полей новой коры» [52].

Самым мощным аргументом в пользу универсального характера обработки информации в новой коре является доказательство пластичности этого процесса (не только обучаемость, но и взаимозаменяемость). Иными словами, один отдел мозга может выполнять работу других отделов, пользуясь общим для всей новой коры алгоритмом. Многочисленные нейрофизиологические исследования были посвящены идентификации участков новой коры, ответственных за обработку различных типов образов. Классический подход к исследованию данного вопроса состоит в проведении корреляций между повреждениями головного мозга (в результате травмы или инсульта) и потерей соответствующей функции мозга. Например, если выясняется, что в результате повреждения веретенообразной извилины человек перестает распознавать лица, но все еще способен узнавать людей по голосам и манере говорить, можно сделать вывод, что поврежденный участок связан с распознаванием лиц. При этом предполагается, что каждый такой отдел мозга предназначен для распознавания и обработки образов определенного типа. В результате отдельные физические участки мозга стали связывать с восприятием определенных типов образов, поскольку в норме именно в этих участках происходит обработка соответствующей информации. Однако выясняется, что при нарушении по какой-либо причине нормального потока информации эту функцию может взять на себя другой отдел новой коры.