Альтернативный путь по иерархии

В кортексе есть другой значительный путь для передачи информации от области к области вверх по иерархии. Этот альтернативный путь начинается в нейронах слоя 5, которые проецируются в таламус (отличие одних частей таламуса от других мы обсуждали ранее), и затем из таламуса в вышестоящую область кортекса. Если две области кортекса соединяются напрямую в иерархическом стиле, они также соединяются косвенно через таламус. Этот второй путь передает информацию только вверх по иерархии, но не в низ. Таким образом, при движении вверх по кортикальной иерархии есть прямой путь между двумя областями и косвенный путь через таламус.

Второй путь имеет два режима функционирования, определяемые нейронами таламуса. В одном режиме путь практически не работает, так что информация по нему не идет. В другом режиме информация идет точно между двумя областями. Двое ученых, Мюррей Шерман из Нью-Йоркского Государственного Университета и Рей Гиллери из Медицинского Университета Висконсина описали альтернативный путь и постулировали, что он может быть настолько же важным, как и прямой путь (возможно даже больше), что и является темой данной главы. У меня есть предположения о том, для чего нужен этот второй путь.

Прочтите это слово: imagination . Большинство людей может прочесть это слово с первого взгляда. Теперь взгляните на букву i в середине слова. Теперь взгляните на точку над i . Ваши глаза могут смотреть в одно и то же место, но в одном случае вы видите слово, в другом — букву, в последнем случае вы видите точку. Вглядитесь пристально в букву i и попытайтесь переключать ваше восприятие между словом, буквой и точкой. Если у вас не получается, попробуйте произносить «точка», «i » и «imagination» , пока вглядываетесь в точку. Во всех случаях одна и та же информация поступает в V1, но по мере того, как она достигает области IT, вы воспринимаете различные вещи, различные уровни детализации. Область IT знает, как распознать все три объекта. Она может распознать отдельную точку, букву i , и слово целиком. Но когда вы воспринимаете слово целиком, V4, V2 и V1 обрабатывают детали и все, о чем знает IT — это слово. Обычно вы не воспринимаете отдельные буквы при чтении; вы воспринимаете слова или фразы. Но вы можете воспринимать буквы, если захотите. Мы занимаемся таким сдвигом внимания все время, но обычно мы это не осознаем. Я могу слушать музыку и воспринимать только мелодию, но если я попытаюсь, я могу выделить певца или бас-гитару. В мои уши поступают одни и те же звуки, но я могу фокусировать мое восприятие. Каждый раз, когда вы чешете голову, движение вызывает внутри громкий звук, но обычно вы не осознаете его. Однако, если сфокусироваться на нем, вы можете отчетливо услышать звук. Это другой пример того, как сенсорная информация, которая обычно обрабатывается нижними уровнями кортикальной иерархии, может быть перенесена на высшие уровни если вы обращаете на нее внимание.

Я полагаю, что альтернативный путь через таламус — это механизм, посредством которого мы обращаем внимание на детали, которые обычно мы не замечаем. Он пропускает группирование последовательностей в слое 2, посылая сырые данные в вышестоящую область кортекса. Биологи показали, что альтернативный путь может включаться одним из двух способов. Один из них — это сигнал из вышестоящей области самого кортекса. Этот способ вы использовали, когда я попросил вас обращать внимание на детали, которые вы обычно не замечаете, такие как точка над i или звук почесывания головы. Второй способ активировать этот путь — это сильный неожиданный сигнал снизу. Если сигнал на альтернативный путь достаточно сильны, он посылает вышестоящей области сигнал пробуждения, которая снова может включить альтернативный путь. Например, если бы я показал вам лицо и спросил, что это было, вы бы ответили «Лицо». Если бы я показал вам то же самое лицо, но со странной отметиной на носу, вы сначала узнали бы лицо, но затем немедленно ваши нижние зрительные уровни заметили бы, что что-то не так. Эта ошибка форсирует открытие альтернативного пути. Детали теперь пойдут по альтернативному пути, пропуская группирование, которое обычно возникает, и ваше внимание привлечет отметина. Теперь вы видите отметину, а не просто лицо. Если б отметина было достаточно необычной, она могла бы привлечь все ваше внимание целиком. В этом случае необычные события быстро привлекают ваше внимание. Именно поэтому мы не можем не обращать внимание на уродство или другие необычные паттерны. Ваш мозг делает это автоматически. Однако, часто ошибка недостаточно сильная, чтоб открыть альтернативный канал. Вот почему мы иногда не замечаем, что слово написано с ошибкой.

Завершающие мысли

Чтобы найти и обосновать новую систему научных взглядов, необходимо искать простейшие концепции, способные объединить и объяснить большое количество несопоставимых фактов. Неизбежным следствием такого процесса является то, что уходят в крайность излишнего упрощения. Важные детали вероятно буду проигнорированы и факты будут проинтерпретированы неправильно. Если такая система взглядов становится устоявшейся, неизбежно будут найдены улучшения и исправления, показывая, как далеко зашли начальные предположения, или недостаточно далеко, или вообще были ошибочны.

В этой главе я ввел множество умозрительных идей о том, как работает неокортекс. Я ожидаю, что некоторые из этих идей будут опровергнуты, и, вероятно, каждая из них будет пересмотрена. Есть также множество деталей, о которых я даже не упомянул. Мозг очень сложен; специалисты по нейронаукам, читающие эту книгу, должны знать, что я привел грубую характеристику сложности реального мозга. Но я верю, что в целом озвучил новую систему взглядов. Все, на что я могу надеяться, это то, что основные идеи будут сохранены, и изменятся только детали вопреки новым данным и новому осмыслению.

В конце концов, вам может быть неприемлема идея, что простая, но большая система памяти может действительно в результате вести себя так, как человек. Можем ли вы и я быть просто иерархической системой памяти? Могут ли наши жизнь, верования и желания быть сохраненными в триллионах синапсов? В 1984 я начал профессионально писать программы. До этого я писал маленькие программки, но тогда я в первый раз программировал компьютер с графическим интерфейсом и впервые работал над большим и сложным приложением. Я писал приложение для операционной системы, созданной Grid Systems. С окнами, множественными шрифтами и меню, операционная система Grid была действительно продвинутой для того времени.

Однажды меня поразила практическая невозможность того, что я делаю. Как программист, я написал одну строчку кода. Я сгруппировал строчки кода в блоки, называемые подпрограммами. Подпрограммы были сгруппированы в модули. Модули были скомбинированы, чтоб стать приложениями. В программе для электронных таблиц, над которой я работал, было так много подпрограмм и модулей, что никто не мог понять это полностью. Это было сложно. Хотя каждая строчка кода делала совсем немного. Чтобы нарисовать один пиксел на дисплее, требовалось несколько строчек кода. Чтобы нарисовать целый экран с электронной таблицей, компьютеру требовалось выполнить миллионы инструкций, распределенных по сотням подпрограмм. Подпрограммы использовали другие подпрограммы рекурсивным способом. Это было настолько сложно, что было невозможно знать все, что должно было бы происходить в выполняющейся программе. Меня поразило, насколько невероятно то, что программа за время выполнения рисует картинку, которая нам кажется появившейся мгновенно. Ее внешним проявлением были таблицы чисел, меток, текстов и графов. Она вела себя как электронная таблица. Но я знал, что должно происходить внутри компьютера с процессором, выполняющим одну простую инструкцию в один момент времени. Было трудно поверить, что компьютер смог бы пройти его путь по лабиринту модулей и подпрограмм, и выполнить все эти инструкции настолько быстро. Если бы я не знал подробностей, я был бы уверен, что это не может работать. Я понимал, что если кто-то изобрел концепцию компьютера с графическим интерфейсом и электронными таблицами, и представил ее мне на бумаге, я бы отверг ее как непрактичную. Я сказал бы, что ему потребовалась бы вечность, чтоб что-то сделать. Это было унизительной мыслью, потому что это работало. Затем я понял, что мое интуитивное ощущение скорости микропроцессора и мое ощущение силы иерархического дизайна были неадекватными.

В этом был урок про неокортекс. Он не был сделан из сверхбыстрых компонент и правила, по которым он работает, не сложны. Однако он имеет иерархическую структуру, содержащую миллиарды нейронов и триллионы синапсов. Если для нас сложно вообразить, как такая логически простая, но численно громадная система памяти может создавать наше сознание, наш язык, нашу культуру, наше искусство, эту книгу, нашу науку и технологию, то это потому, предположил я, что наше интуитивное ощущение емкости неокортекса и силы его иерархической структуры являются неадекватными. Неокортекс работает. Это не волшебство. Мы можем понять его. И, подобно компьютеру, в конце концов мы сможем построить интеллектуальные машины, которые будут работать по тем же самым принципам.

Сознание и творчество

Когда я веду разговор о моей теории мозга, слушатели обычно быстро схватывают значимость предсказаний, как они соотносятся с человеческим поведением. Они задают множество сопутствующих вопросов. Откуда берется творчество? Что такое сознание? Что такое воображение? Как мы можем отделить реальность он неправильных представлений? Хотя эти темы преимущественно не были тем, что мотивировало меня на изучение мозга, они интересуют практически каждого. Я не претендую на звание эксперта по этим темам, но теория «память-предсказание» может дать некоторые ответы и полезные мысли. В этой главе я обращусь к некоторым из наиболее часто задаваемым вопросам.