Джеф Хокинс - Об интеллекте

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 из самолета в незнакомой стране. Тогда как дороги могут казаться похожими на те, к которым вы привыкли, машины могут проноситься не по той стороне улицы, деньги будут странными, язык непонятным, и поиск туалета может занять всю вашу кортикальную мощь. Не пытайтесь произносить длинные речи, когда идете по чужой стране.

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.

Разрешение это дилеммы в том, что нейроны ведут себя не так, как в классической модели. Фактически, в последние годы становилось все больше ученых, предполагающих, что синапсы на удаленных тонких дендритах могут играть активную и особую роль в возбуждении нейронов. В этих моделях удаленные синапсы ведут себя не так, как синапсы на толстых дендритах возле тела нейрона. Например, если два синапса располагаются очень близко на тонком дендрите, они могут выступать как «детектор совпадений». То есть, если бы оба синапса получали входной импульс в течение короткого промежутка времени, они могли бы вызывать значительный эффект на нейрон, даже если они далеко от тела нейрона. Они могли бы заставить тело нейрона сгенерировать спайк. Как ведут себя дендриты нейрона до сих пор является загадкой, так что я не могу сказать что-нибудь еще о них. Что важно, так это то, что модель кортекса «память-предсказание» требует, чтобы синапсы, далекие от тела нейрона были способны обнаруживать специфические паттерны.