Джеф Хокинс - Об интеллекте
Другие ваши чувства имеют похожую иерархию. В вашем кортексе есть первичная слуховая область, называемая A1, и иерархия слуховых областей над ней; в нем есть первичная соматосенсорная область, называемая S1, и иерархия соматосенсорных областей над ней. В итоге сенсорная информация попадает в «ассоциативные области», так называют иногда области кортекса, которые получают информацию более чем с одного органа чувств. Например, в вашем кортексе есть область, получающая информацию от зрения и осязания. Благодаря ассоциативным областям вы понимаете, что то, что вы видите муху, ползающую по вашей руке, и что ощущаете щекотку, вызвано одной и той же причиной. Большинство из этих областей получают сильно обработанную информацию от нескольких чувств, и их функция остается непонятной. Я еще много скажу про кортикальную иерархию позже в этой книге.
Так же есть другой набор областей в передних долях мозга, создающих двигательную (моторную) информацию. Моторная система кортекса также иерархически организована. Самая нижняя область, M1, посылает соединения в позвоночник и напрямую управляет мускулатурой. Области выше M1 посылают более сложные моторные команды в M1. Иерархия моторных областей и иерархия сенсорных областей выглядят удивительно похоже. Кажется, что они объединялись одним и тем же образом. Считается, что в моторных областях информация распространяется вниз по иерархии к M1, чтоб привести в действие мускулатуру, а в сенсорных — вверх по иерархии от органов чувств. Но в действительности информация распространяется в обоих направлениях. Что считается обратной связью в сенсорных регионах — в моторных регионах является выходной информацией, и наоборот.
Большинство описаний мозга базируется на блок-схемах, которые отображают очень упрощенную точку зрения на иерархию. То есть, входные потоки (визуальные, акустические, осязательные) попадают в первичные сенсорные области и обрабатываются по мере продвижения вверх по иерархии, затем передаются через ассоциативные области, затем попадают в передние доли кортекса и, наконец, передаются обратно вниз к моторным областям. Я не говорю, что такая точка зрения полностью ошибочна. Когда вы читаете вслух, визуальная информация несомненно приходит в V1, поднимается к ассоциативным областям, проделывает путь через фронтальный кортекс и возбуждает мускулатуру вашего рта и гортани формировать звуки речи. Но это еще не все. Не все так просто. С упрощенной точки зрения, которой я не советую придерживаться, процессы в основном рассматриваются как информация, текущая в одном направлении, как изделие на сборочном конвейере. Но информация в кортексе всегда течет также и в обратном направлении, и гораздо больше проекций, передающих вниз по иерархии, чем вверх. Когда вы читаете вслух, высшие области вашего кортекса посылают гораздо больше сигналов «вниз» к первичному визуальному кортексу, чем ваши глаза получают с напечатанной страницы! В последующих главах мы разберем, что делают эти обратные связи. Сейчас же я хочу убедить в одном факте: хотя иерархия действительно существует, необходимо всегда быть начеку, чтоб не думать, что информация течет только в одном направлении.
Вернемся к столу для препарирования, предположим, что мы настроили мощный микроскоп, взяли тонкий срез от кортикального слоя, подкрасили некоторые клетки, и взглянули на наше творчество через окуляр. Если мы подкрасили все клетки в нашем срезе, мы должны увидеть плотную черную массу, потому что клетки так плотно упакованы и перемешаны. Но если мы используем краску, которая пометит гораздо меньше клеток, мы увидим 6 слоев, о которых я упоминал. Эти слои сформированы изменением плотности клеточных тел, типов клеток и их соединений.
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.
