Джеф Хокинс - Об интеллекте

У всех нейронов есть общие черты. Помимо тела клетки, округлой части, которую вы представляете при упоминании клеток, у них также есть ветвящиеся, похожие на провода структуры, называемые аксонами и дендритами. Когда аксон одного нейрона соприкасается с дендритом другого, они формируют маленькое соединение, называемое синапсом. Синапс — это где нервный импульс с одной клетки воздействует на поведение другой. Нервные сигналы, или спайки, приходящие на синапс, могут сделать более вероятным появление спайка на приемной клетке. Некоторые синапсы имеют обратный эффект, делая генерацию спайка на приемной клетке менее вероятной. Таким образом, синапсы бывают возбуждающими и тормозными. Синаптическая сила может изменяться в зависимости от поведения двух клеток. Простейшая форма синаптических изменений — это когда оба нейрона генерируют спайк приблизительно в один и тот же момент, сила соединения между нейронами увеличивается. Я скажу больше про этот процесс, называемый Хеббиановским обучением, чуть позже. В дополнение к изменениям синаптической силы, очевидно, могут формироваться и новые синапсы между двумя нейронами. Это может происходить всегда, хотя научная очевидность противоречива. Независимо от деталей того, как синапсы меняют свою силу, определенно формирование и усиление синапсов — это то, что вызывает сохранение воспоминаний.

Хотя существует множество типов нейронов в неокортексе, один распространенный класс включает восемь из десяти ячеек. Это пирамидальные нейроны, называемые так, потому что из тело немного похоже на пирамиду. За исключением верхнего слоя шестислойного кортекса, который содержит мили аксонов, но очень мало клеток, каждый слой содержит пирамидальные клетки. Каждый пирамидальный нейрон соединяется с множеством других нейронов в непосредственном окружении, и каждый посылает длинный аксон вбок к более отдаленным областям кортекса или вниз, к нижележащим структурам мозга, например к таламусу.

Типичная пирамидальная клетка имеет несколько тысяч синапсов. Опять же, очень трудно узнать точно, сколько, по причине их высокой плотности и маленьких размеров. Количество синапсов изменяется от клетки к клетке, от слоя к слою и от области к области. Если б мы заняли консервативную позицию, что каждый нейрон имеет одну тысячу синапсов (действительное число синапсов оценивается ближе к пяти или десяти тысячам), то наш неокортекс должен был бы иметь примерно тридцать триллионов синапсов в сумме. Это астрономически большое число, намного за пределами наших интуитивных возможностей. Это несомненно достаточно, чтоб сохранить все вещи, которые мы когда либо узнали в течение жизни.

Согласно преданию, Альберт Эйнштейн сказал однажды, что путь к специальной теории относительности был прямым, почти легким. Он следовал естественным путем из единственного наблюдения: что скорость света постоянна для всех наблюдателей, даже если наблюдатели движутся с различными скоростями. Это противоречит интуиции. Это все равно, что сказать, что скорость брошенного мяча всегда одна и та же, независимо от того, как сильно он был брошен, или как быстро бегут бросающий и наблюдающий. Все видят мяч, движущийся с одинаковой скоростью относительно них в любой обстановке. Кажется, что такое не может быть истиной. Но было доказано, что это истинно для света, и Эйнштейн сообразительно задался вопросом, каковы следствия этого странного факта. Он методично обдумал все следствия постоянности скорости света, и это привело его к еще более странным предсказаниям специальной теории относительности, таким, как замедление времени при увеличении скорости, что энергия и масса — фундаментально одно и то же. Книги по теории относительности повторяют его цепочку рассуждений на обыденных примерах с поездами, пулями, вспышками света и т. д. Теория не сложна, но она определенно противоречит интуиции.

В нейрофизиологии есть аналогичное открытие — факт о неокортексе, который является настолько неожиданным, что некоторые ученые отказываются верить в него и большинство оставшихся игнорируют его, потому что не знают, что с ним делать. Но это факт настолько важный, что если вы аккуратно и методически исследуете его следствия, это раскроет секрет того, что делает неокортекс и как он работает. В этом случае, неожиданное открытие пришло из базовой анатомии самого кортекса, но потребовался необычайно догадливый разум, чтоб распознать его. Это был Вернон Монткастл, нейрофизиолог из университета Джона Хопкинса в Балтиморе. В 1978 году он опубликовал статью, названную «Организационные принципы Церебральных Функций». В этом документе Монткастл указал, что неокортекс удивительно однороден по виду и структуре. Области неокортекса, которые оперируют слуховой информацией, похожи на области, оперирующие с осязанием, управлением мускулатурой, языковую область Брока, практически как любые области неокортекса. Монткастл предположил, что поскольку эти области выглядят одинаково, они действительно выполняют одну и ту же базовую операцию! Он предположил, что кортекс использует один и тот же вычислительный инструмент для всего, чем он занимается.

Все анатомы в то время и за десятилетие до МонтКастла уже знали, что кортекс выглядит одинаково везде; это непреложный факт. Но вместо того, чтоб задаться вопросом, что это могло бы означать, они тратили свое время на поиски различий между областями кортекса. Но они не находили различий. Они полагали, что если одна область используется для языка, а другая — для зрения, то вероятнее всего должны быть различия между этим областями. Если вглядеться достаточно близко — они найдутся. Области кортекса отличаются по толщине, плотности клеток, относительной пропорции типов клеток, длине горизонтальных соединений, плотности синапсов и по многим другим параметрам, которые сложно найти. В одной из наиболее изученных областей, первичной визуальной области V1, действительно есть некоторые дополнительные подразделения в одном из ее слоев. Ситуация аналогична работе биологов начала 19-го века. Они тратили свое время на поиски сиюминутных различий между видами. Успехом для них было найти, что две мыши, выглядящие практически идентично, в действительности принадлежат к различным видам. Многие годы Дарвин следовал тем же самым курсом, нередко изучая моллюсков. Но Дарвина в конце концов осенило вопросом, как такие виды могут быть настолько похожи. Их похожесть была более удивительной и интересной, гораздо больше чем их различия.

Монткастл проводил подобные наблюдения. Работая среди анатомов, отыскивающих различия между областями кортекса, он показал, что несмотря на различия, неокортекс удивительно однороден. Одни и те же слои, типы клеток и соединения существуют по всему кортексу. Он везде похож на шесть визиток. Отличия настолько тонки, что опытные анатомы не могли с ним согласиться. Следовательно, Монткастл утверждал, что все области кортекса выполняют одну и ту же операцию. То, каким образом области кортекса соединены друг с другом и с другими частями центральной нервной системы, является причиной того, что визуальные области являются визуальными, моторные — моторными.