Люди часто спрашивают меня о дельфинах. Большой ли у них мозг? Ответ — да; у дельфина большой неокортекс. Кортекс дельфина имеет более простую структуру, чем человеческий неокортекс (три слоя вместо наших шести), но по другим параметрам он больше. Похоже, что дельфин может помнить и понимать много вещей. Он может индивидуально распознавать других дельфинов. Возможно у него блестящая память о его собственной жизни, в автобиографическом смысле. Возможно он знает каждый уголок и каждую щелку в океане, где он когда-либо был. Но хотя он демонстрирует довольно сложное поведение, дельфины не близки к нам. Так что мы можем предполагать, что их кортекс имеет менее существенное влияние на их поведение. Суть в том, что кортекс эволюционировал в основном для обеспечения памяти о мире. Животные с большим кортексом могут воспринимать мир почти во многом как вы и я. Но люди единственные, у кого преобладающую, передовую роль в поведении играет кортекс. Вот почему у нас сложный язык и замысловатые приспособления, тогда как у других млекопитающих нет. Вот почему мы можем писать новеллы, бродить в интернете, посылать зонды на Марс и строить прогулочные корабли.
Теперь мы можем увидеть картину целиком. Сначала природа создала животных, таких как рептилии с усложненным восприятием и усложненным, но относительно ригидным поведением. Затем она обнаружила, что путем добавления системы памяти и направления в нее сенсорного потока животное может помнить прошлый опыт. Когда животное обнаруживает себя в той же самой или подобной ситуации, должны всплыть воспоминания, ведущие к предсказанию того, что скорей всего должно произойти потом. Таким образом, интеллект и понимание начались с системы памяти, которая направляла предсказания в сенсорный поток. Эти предсказания являются сутью понимания. Знать что-то обозначает уметь сделать предсказание об этом.
Кортекс эволюционировал в двух направлениях. Во первых, он стал больше и сложнее по типам воспоминаний, которые он может хранить; он стал способен помнить больше вещей и делать предсказания, основанные на более сложных отношениях. Во-вторых, он начал взаимодействовать с моторной системой старого мозга. Для предсказания того, что вы увидите, услышите и почувствуете потом, ему нужно знать, какие действия будут предприняты. В случае людей кортекс перехватил большую часть нашего моторного поведения. Вместо того, чтобы просто делать предсказания на основе поведения старого мозга, человеческий неокортекс управляет поведением, чтобы удовлетворить свои предсказания.
Человеческий кортекс особенно большой и, следовательно, имеет огромную емкость. Он постоянно предсказывает, что вы увидите, услышите и почувствуете в основном таким образом, что вы это не осознаете. Эти предсказания являются нашими мыслями, и, в комбинации с сенсорной информацией, они являются нашим восприятием. Я называю эту точку зрения на мозг моделью «память-предсказание».
Если бы Китайская Комната Серла содержала подобную систему памяти, которая могла бы делать предсказания о том, какие китайские символы должны появиться следующими и что потом должно происходить в рассказе, мы могли бы с уверенностью сказать, что комната понимает китайский язык и понимает рассказ. Теперь мы можем видеть, в чем ошибался Алан Тьюринг. Предсказание, а не поведение является доказательством интеллекта.
Сейчас мы готовы вдаться в детали этой новой модели «память-предсказание». Для того, чтоб делать предсказания будущих событий, ваш неокортекс должен хранить последовательности паттернов. Чтобы вызвать соответствующие воспоминания, необходимо затребовать паттерны по их сходству с прошлыми паттернами (автоассоциативная память). И, наконец, воспоминания должны быть сохранены в инвариантной форме, так чтобы знания о прошлых событиях могли бы быть применены к новой ситуации, которая похожа, но не идентична прошлой. То, как кортекс разрешает эти задачи, а также более полное исследование его иерархии, является темой следующей главы.
6. Как работает кортекс
Попытки понять, как работает мозг, подобны решению гигантской головоломки из кусочков картинки. Вы можете подходить к ее решению двумя способами. Используя подход «сверху вниз», вы начинаете с того, что берете цельную картинку, и, пользуясь ей, решаете, какие кусочки игнорировать, а какие искать. Другой подход, «снизу вверх», когда вы фокусируетесь непосредственно на самих кусочках. Вы изучаете их на наличие особенностей и ищите наиболее подходящие среди других кусочков. Если у вас нет цельной картинки-решения, метод «снизу вверх» является иногда единственным путем.
Головоломка «познай мозг» особенно устрашающая. В отсутствии хорошего теоретического обоснования для понимания интеллекта ученые стараются придерживаться подхода «снизу вверх». Но задача очень трудна, если вообще не неосуществима, если головоломка такая сложная, как мозг. Чтобы ощутить трудность, вообразите головоломку с несколькими тысячами кусочков. Большинство кусочков могут быть интерпретированы различными путями, как если бы у каждого была подходящая картинка на обоих сторонах, но только одна из них правильная. Все кусочки почти одинаковы по форме, так что вы не смогли бы определенно сказать, подходят два кусочка или нет. Большинство из них не будет использовано в конечном решении, но вы не знаете, какие и сколько. Каждый месяц новые кусочки приходят по почте. Некоторые из этих новых кусочков заменяли бы более старые, как если бы разработчик головоломки сказал, «Я знаю, что вы работали с этими старыми кусочками несколько лет, но оказалось, что они не годятся. Извините. Вместо них используйте эти новые кусочки до будущих извещений». К сожалению, у вас нет идей, на что будет похож конечный результат; еще хуже, если у вас были идеи, но они оказались неправильными.
Эта аналогия с головоломкой является великолепным описанием сложности, с которой мы сталкиваемся при создании новой теории кортекса и интеллекта. Кусочки головоломки — это биологические и поведенческие данные, которые ученые собрали за сотни лет. Каждый месяц публикуются новые документы, создающие дополнительные кусочки головоломки. Иногда данные одного ученого противоречат данным другого. Поскольку данные могут быть интерпретированы различными способами, практически во всем есть разногласия. Без теоретических оснований «сверху вниз» не будет консенсуса в том, что искать, что наиболее важно или как интерпретировать горы накопленной информации. Наше понимание мозга застряло на подходе «снизу вверх». Все, что нам нужно — это теоретические обоснования для подхода «сверху вниз».
Модель «память-предсказание» может выступить в этой роли. Она может показать нам, как начинать складывать вместе кусочки головоломки. Чтобы делать предсказания, вашему кортексу нужен способ помнить и хранить знания о последовательностях событий. Чтобы делать предсказания новых событий, кортекс должен сформировать инвариантные представления. Вашему мозгу нужно создавать и хранить модель мира такого, какой он есть, независимо от того, как вы видите его в различных обстоятельствах. Зная, что должен делать кортекс, ведет нас к пониманию его архитектуры, особенно его иерархического дизайна и шестислойной формы.
Когда мы изучим эти теоретические основы, представленные здесь впервые, я перейду на детальный уровень, который может быть многообещающим для некоторых читателей. Большинство концепций, с которыми вы сейчас встретитесь, непривычны даже для экспертов в нейронауках. Но я верю, с небольшим усилием каждый сможет понять фундамент этих теоретических основ. Главы 7 и 8 этой книги гораздо менее технические и более широко исследуют следствия теории.
Наше решение головоломки может теперь обернуться к поиску биологических деталей, которые подтверждают гипотезу «память-предсказание»; это подобно тому, что мы оставим в стороне большой процент кусочков головоломки, зная, что относительно небольшой процент оставшихся кусочков приоткроет решение. Как только мы обнаружим, что ищем, задача станет управляемой.
В то же время я хочу заметить, что эти теоретические основания еще не завершены. Есть множество вещей, которые мне еще непонятны. Но многое я уже сделал, основываясь на дедуктивном выводе, экспериментах, выполненных во множестве различных лабораторий, и знании анатомии. Последние 5 — 10 лет исследователи из множества подобластей нейронаук исследовали идеи, подобные моим, хотя использовали другую терминологию и, насколько мне известно, не пытались сложить эти идеи в одну общую теорию. Они говорят об обработке «сверху вниз» и «снизу вверх», как паттерны распространяются через сенсорные области мозга и как важно инвариантное представление. Например, Габриэль Крейман и Кристоф Кох, нейрофизиологи из Кальтеха, совместно с нейрохирургом Ицхаком Фрейдом из UCLA, обнаружили клетки, которые возбуждаются, когда человек видит изображение Билла Клинтона. Одна из моих целей — объяснить, как образуются эти клетки Билла Клинтона. Конечно, все теории должны делать предсказания, которые могут быть протестированы в лаборатории. Я укажу несколько таких предсказаний в приложении. Сейчас мы знаем, что искать, и очень сложная система больше не выглядит такой сложной.
В следующих разделах этой главы мы глубже и глубже будем зондировать то, как работает модель «память-предсказание». Мы начнем с широкомасштабной структуры и широкомасштабных функций неокортекса, и будем двигаться к предстоящему пониманию более мелких кусочков и того, как они складываются в картинку.
Рисунок 1. Первые четыре области визуального распознавания объектов.
Ранее я изобразил кортекс как слой клеток размером с обеденную салфетку, такой же толщины, как шесть визиток, где соединения между различными областями задают в целом иерархическую структуру. Сейчас я хочу нарисовать другую картину кортекса, которая высветит ее иерархические соединения. Вообразите, что мы разрезали обеденную салфетку на функциональные области — секции кортекса, которые специализируются на определенных задачах — и сложили эти области одна на другую подобно блинчикам. Если вы разрежете эту стопку и посмотрите со стороны, вы увидите р