Стивен Косслин - Два игрока на одном поле мозга

Короче говоря, парадоксальная идея разведения мозговой локализации функций распознавания формы и местоположения предметов получила экспериментальное подтверждение. Система нижнего мозга обрабатывает информацию о свойствах объекта (например, о его форме и цвете) отдельно от системы верхнего мозга, которая обрабатывает информацию о местонахождении объекта. И информация из двух систем не всегда объединяется должным образом.

Несмотря на наличие Сильвиевой щели, ученые недоумевают, почему кора больших полушарий разделена на отдельные системы — верхнюю и нижнюю? Зачем? Есть и более практичный вопрос: можем ли мы сделать какие-то выводы о человеческой психологии, исходя из того, что Ангерлейдер и Мишкин показали в эксперименте с обезьянами?

В дальнейших исследованиях с участием животных и людей в лабораториях по всему миру ученые получали все больше и больше доказательств разделения функций верхней и нижней частей коры.

Сам Стивен начал прилагать усилия, чтобы разгадать эту головоломку, в конце 1980-х, когда он и его коллеги создали компьютерную программу, которая могла распознавать простые формы и указывать их местоположение, используя искусственные нейронные сети, организованные по типу систем верхнего и нижнего мозга.

Исследования в лабораториях по всему миру демонстрировали все больше доказательств разделения функций верхней и нижней коры.

Такие симуляции нейронных сетей имеют наборы «узлов» (или «нодов»), которые примерно соответствуют отдельным нейронам. Эти узлы могут быть организованы различными способами. Как правило, один их набор (так называемые входные узлы) предназначен для получения стимуляции извне сети, второй набор (выходные узлы) посылает информацию из сети к внешним устройствам, а третий, промежуточный, слой находится между этими двумя группами. Эти узлы могут соединяться друг с другом по-разному, что изменяет последствия получения определенной информации.

В компьютерных моделях верхней и нижней системам коры соответствуют различные группы узлов третьего типа и их связи с узлами ввода информации и вывода результатов. В одних версиях моделей симуляции систем верхнего и нижнего мозга были полностью разделены, а в других версиях у них была часть общих промежуточных узлов.

В принципе, в том, чтобы думать о двух системах как о работающих независимо друг от друга, есть здравое зерно: системе нижнего мозга необходимо распознавать объекты вне зависимости от того, где они находятся, и поэтому информация о местоположении, необходимая вышележащей системе, ею игнорируется. Эксперименты с компьютерными моделями убедительно показали, что искусственные нейронные сети работали лучше, когда использовалась стратегия «разделяй и властвуй» и в них отдельно симулировались система нижнего мозга (которая игнорирует информацию о местоположении, распознавая лишь формы — независимо от того, где они появляются) и система верхнего мозга (которая определяет положение в пространстве). Такое разделение труда оказалось гораздо более эффективным, чем использование единой сети для выполнения обеих задач или даже двух частично перекрывающихся сетей [11] J. G. Rueckl, K. R. Cave, and S. M. Kosslyn. Why Are What and Where Processed by Separate Cortical Visual Systems? A Computational Investigation // Journal of Cognitive Neuroscience 1 (1989). P. 171-186. . Очевидно, что обсуждаемые функции различаются и обеспечивающая зрение система работает эффективнее, если она организована в виде двух разделенных частей.

Четыре года спустя Стивен и его коллеги изучили один из способов, с помощью которого эти две системы могут взаимодействовать, задавшись вопросом: а не может ли система верхнего мозга в некоторых ситуациях заменить систему нижнего мозга? Перейдя от компьютерных моделей к людям, они начали изучать одного пациента, который перенес инсульт. К нижней части его коры не поступала кровь (вероятно, сгусток крови заблокировал артерии), и нейроны этой зоны нижнего мозга умерли.

Поскольку система нижнего мозга этого человека была повреждена, а система верхнего мозга у него в значительной степени сохранилась, исследователи предположили, что он будет вынужден использовать процессы верхнего мозга в ситуациях, где в норме задействована система нижнего мозга. Их гипотеза подтвердилась. Пациенту требовалось больше времени, чем обычно, чтобы распознавать образы, потому что он воспринимал каждую деталь отдельно, вместо того чтобы видеть общую конфигурацию. Например, чтобы распознать лицо как единый образ, он сначала воспринимал отдельно местоположение глаз, носа и рта. Здоровые испытуемые распознавали объекты симультанно [12] Симультанный (в психологии) ( от лат. simul — в одно и то же время ) — термин, означающий практическую одновременность протекания каких-либо психических процессов ввиду их свернутости и автоматизированности. Например, симультанным является смысловое восприятие устной речи на родном и иностранном языке переводчиком-синхронистом. Если человек недостаточно владеет иностранным языком, процесс смыслового восприятия и перевода иноязычной речи становится развернутым (сукцессивным). (используя неповрежденную систему нижнего мозга), в то время как этому пациенту его поврежденная система нижнего мозга, казалось, позволяла распознавать только отдельные части, и верхнему мозгу приходилось отмечать местоположение каждого элемента отдельно, а потом кропотливо собирать их воедино.

Различие, которое провели Ангерлейдер и Мишкин между «что» (для нижней системы) и «где» (для верхней) путями, хорошо подходило для объяснения множества различных симптомов больных, которые имели повреждения коры головного мозга.

Однако есть и другой способ трактовки функций верхней и нижней систем коры. Исследователи Мелвин Гудейл и А. Дэвид Милнер в своей статье 1992 года в журнале Trends in Neurosciences [13] Melvyn Goodale and A. David Milner. Separate Visual Pathways for Perception and Action // Trends in Neurosciences 15 (1992). P. 20-25. предложили альтернативную теорию, которая отрицает, что система верхнего мозга оценивает местоположение объектов. Они изучали пациентку, у которой, по-видимому, было диффузное поражение головного мозга, нарушившее специфические функции обеих систем, и обнаружили, что эта пациентка с трудом сознательно распознает форму, размеры и даже ориентацию одной буквенной строки, но без труда использует эту информацию для руководства движением. Например, она могла легко вставлять карту в паз, который был наклонен под разными углами.

Тщательные исследования этой пациентки убедили Гудейла и Милнера в том, что настоящее различие заключается не в разведении функций «что» и «где», а в разведении «что» и «как» — функции направления движений.