Неужели предполагается, что нейронные сети приведут к интеллектуальным машинам? 7 страница

Заметьте, что наши тесты на интеллект по существу тесты на предсказание. С детского сада до колледжа IQ-тесты основаны на формировании предсказаний. Задана последовательность чисел, какое число должно быть следующим? Задано три различных проекции сложного объекта, какая из следующих также является его проекцией? Слово A относится к слову B, как слово C относится к какому слову?

Наука сама по себе это упражнения в предсказаниях. Мы продвигаем наше знание о мире через производство гипотез и их проверку. Эта книга по существу является предсказанием о том, что такое интеллект и как работает мозг. Даже дизайн продукции в корне процесс предсказания. При разработке дизайна одежды или мобильных телефонов дизайнеры и инженеры пытаются предсказать, как поведут себя конкуренты, чего хотят потребители, сколько будет стоить новый дизайн и какой стиль будет востребован.

Интеллект измеряется способностью вспоминать и предсказывать паттерны в мире, включая язык, математику, физические свойства объектов и социальные ситуации. Ваш мозг получает паттерны из внешнего мира, сохраняет из в виде воспоминаний и делает предсказания путем комбинации того, что он видел ранее и что происходит сейчас.

* * *

В этом месте вы могли бы подумать: «Я согласен, что мой мозг занимается предсказаниями и я могу быть интеллектуальным, просто лежа в темноте. Как вы указали, мне не нужно что-либо делать, чтоб понимать или быть интеллектуальным. Но не являются ли те ситуации исключением? Вы действительно аргументируете, что интеллектуальное понимание и поведение полностью разрозненны? В конечном счете не поведение ли делает нас интеллектуальными, а не предсказание? В конце концов поведение играет конечную определяющую роль в выживании».

Это, конечно, справедливый вопрос, в конечном счете именно поведение имеет наибольшее значение в выживании животного. Предсказание и поведение не являются полностью разрозненными, но их отношения очень тонкие. Во-первых, неокортекс появился на эволюционной сцене уже после того, как животные обрели сложное поведение. Следовательно, значение кортекса для выживания должно в первую очередь рассматриваться в терминах постепенного усовершенствования, которое он мог дать для животных с уже существующим поведением. Сначала появилось поведение, затем интеллект. Во-вторых, большая часть из того, что мы ощущаем, в большей степени зависит от того, что мы делаем и как мы перемещаемся в мире. Следовательно предсказание и поведение близко соотносятся. Давайте взглянем на то, что из этого следует.

Млекопитающие эволюционировали с большим неокортексом, потому что он давал им некоторое преимущество в выживании, и эти преимущества укоренились в поведении. Но в начале кортекс служил для более эффективного использования существующего поведения, а не для того, чтоб создавать совершенно новое поведение. Чтобы прояснить это, на необходимо взглянуть на то, как эволюционировал мозг.

Простые нервные системы возникли вскоре после того, как многоклеточные создания начали распространяться по Земле, сотни миллионов лет назад, но история настоящего интеллекта началась совсем недавно с предками наших рептилий. Рептилии успешно завоевывали сушу. Они распространились по всем континентам и модифицировались в многочисленные виды. У них были острые чувства и хорошо развитый мозг, который наделил их сложным поведением. Их прямые потомки, живущие сегодня рептилии, до сих пор обладают им. У аллигатора, например, сложное восприятие, так же как у вас и у меня. У него хорошо развитые глаза, уши, нос, рот и кожа. Он проявляет сложное поведение, включающее способности к плаванию, бегу, маскировке, охоте, устройству засад, гнездованию и поиску партнеров.

В чем же различие между мозгом рептилии и человека? Это различие и большое и маленькое. Я сказал «маленькое», потому что в грубом приближении все, что существует в мозге рептилии, существует и в мозге человека. Я сказал «большое», потому что в мозге человека есть нечто действительно важное, чего нет у рептилий – большой кортекс. Иногда вы слышали ссылку на «старый» или «примитивный» мозг. У каждого человека есть наиболее древние структуры в мозге, такие же как у рептилий. Они регулируют кровяное давление, голод, половое влечение, эмоции и множество других аспектов движения. Когда вы стоите, сохраняете равновесие и ходите, например, вы в основном полагаетесь на старый мозг. Если вы слышите пугающий звук, паникуете и начинаете бежать – это в основном ваш старый мозг. Вы не нуждаетесь в чем то большем, чем мозг рептилии, чтоб совершать множество интересных и полезных вещей. Так что же делает неокортекс, если в нем нет острой необходимости для того, чтоб видеть, слышать и двигаться?

Млекопитающие более интеллектуальны, чем рептилии, по причине обладания неокортексом. (Само это слово происходит от латинских слов, обозначающих «новая кора», или «новая корка», потому что кортекс буквально покрывает старый мозг). Неокортекс впервые появился десятки миллионов лет назад, и он есть только у млекопитающих. Что делает человека умнее других млекопитающих, так это в основном большая поверхность неокортекса, которая значительно увеличилась всего несколько миллионов лет назад. Вспомните, что кортекс построен из одинаковых повторяющихся элементов. Кортикальный слой у человека такой же толщины и имеет примерно такую же структуру, как и у млекопитающих родственников. Когда эволюция делает что-то большое очень быстро, как это произошло с человеческим кортексом, она делает это копированием существующих структур. Мы стали умнее путем добавления значительного количества элементов, работающих на общем кортикальном алгоритме. Существует общее заблуждение, что человеческий мозг плод миллиардов лет эволюции. Это может быть верным, если говорить о нервной системе в целом. Однако, человеческий неокортекс сам по себе относительно новая структура и существует недостаточно долго, чтоб подвергнуться существенным эволюционным улучшениям.

Отсюда начинается ядро моей аргументации того, как понимать неокортекс, и почему память и предсказание являются ключами к загадке интеллекта. Мы начнем с мозга рептилий, не обладающего кортексом. Эволюция обнаружила, что если приделать систему памяти (неокортекс) к сенсорным путям примитивного мозга, животные получают способность к предсказанию будущего. Вообразите, что старый мозг рептилий так и занимается своими делами, но теперь сенсорные паттерны одновременно подаются в неокортекс. Неокортекс хранит сенсорную информацию в своей памяти. В будущем, когда животное попадает в ту же самую или похожую ситуацию, память распознает поступающую информацию как похожую и вспоминает, что происходило в прошлом. Воспоминания сравниваются с потоком сенсорной информации. Вместе они «замещают» текущий сенсорный поток и предсказывают, что будет дальше. Сравнивая актуальный сенсорный поток с воспоминаниями, животное не только понимает, где оно, но может также предвидеть будущее.

Теперь вообразите, что кортекс помнит не только то, что животное видело, но также помнит поведение старого мозга в подобной ситуации. Мы даже не предполагаем, что кортекс знает о различиях между ощущением и поведением; для кортекса все это паттерны. Когда животное обнаруживает себя в такой же или подобной ситуации, он не только предвидит будущее, но также вспоминает, какое поведение привело к такому видению будущего. Таким образом, память и предсказание позволяют животному использовать его существующее поведение (старый мозг) более интеллектуально.

Например, вообразите, что вы крыса, изучающая лабиринт в первый раз. Побуждаемый неудовлетворенностью или голодом, вы используете навыки, унаследованные от старого мозга, чтобы изучать новую обстановку – слушаете, смотрите, нюхаете и пробираетесь вдоль стен. Вся сенсорная информация используется вашим мозгом, но также передается в ваш неокортекс, где сохраняется. В какой-то момент вы обнаруживаете себя в том же самом лабиринте. Ваш неокортекс распознает текущий сенсорный поток, как тот, который он видел ранее и вспомнит сохраненные паттерны, представляющие то, что происходило в прошлом. По сути, это позволяет вам увидеть кратчайший путь в будущем. Если б вы были говорящей крысой, вы могли бы сказать, «О, я узнала этот лабиринт, и я помню этот угол». Как только неокортекс вспомнит, что происходило в прошлом, вы вообразите нахождение сыра, который вы видели в прошлый раз, когда вы были в этом лабиринте, и как до него добраться. «Если я здесь поверну направо, я знаю, что произойдет потом. В конце этого коридора есть кусочек сыра. Я вижу его в своем воображении». Когда вы несетесь через лабиринт, вы полагаетесь на старые, примитивные структуры, чтоб выполнять движения, подобные поднятию лап и шевеления усами. С вашим (относительно) большим неокортексом, вы можете вспомнить места, в которых вы были, снова узнать их в будущем и предсказать, что произойдет потом. Ящерица без неокортекса обладает более скудными возможностями вспомнить прошлое, и будет обыскивать лабиринт заново каждый раз. Вы (крыса) понимаете мир и ближайшее будущее, потому что обладаете кортикальной памятью. Вы видите живые картины получения вознаграждения и опасности, которые последуют после принятия каждого решения, и таким образом вы движетесь по миру более эффективно. Вы буквально видите будущее.

Но заметьте, вы не проявляете никакого особенного или фундаментально нового поведения. Вы не строите себе дельтаплан и не летите к сыру в конце коридора. Ваш неокортекс формирует предсказания о сенсорном потоке паттернов, что позволяет вам увидеть будущее, но ваша палитра доступных видов поведения практически не затрагивается. Ваша способность к бегу, лазанью и исследованию в основном все еще как у ящерицы.

Когда кортекс по мере эволюции становится больше, он начинает помнить о мире все больше и больше. Он может сформировать больше воспоминаний и сделать больше предсказаний. Сложность этих воспоминаний и предсказаний также увеличивается. Но что-то другое замечательное происходит, что ведет к исключительно человеческим способностям интеллектуального поведения.

Человеческое поведение выходит за рамки старого базового репертуара движений уровня крысы. Неокортикальная эволюция вывела нас на новый уровень. Только люди создали письменный и устный язык. Только люди готовят еду, шьют одежду, летают на самолетах и строят небоскребы. Наши двигательные способности и способности к планированию значительно превысили способности наших ближайших родственников среди животных. Как кортекс, который был создан для предсказаний, может генерировать невероятно сложное поведение только у человека? И как это совершенное поведение эволюционировало так внезапно? Есть два ответа на этот вопрос. Один заключается в том, что неокортикальный алгоритм настолько мощный и гибкий, что в результате небольшой перекоммутации, уникальной для человека, он смог создавать новое, усложненное поведение. Другой ответ заключается в том, что поведение и предсказание две стороны одной медали. Хотя кортекс может воображать будущее, он может делать точные сенсорные предсказания только в том случае, если знает, какое поведение будет сгенерировано.

В простейшем примере с крысой, ищущей сыр, крыса помнила лабиринт и использовала память для предсказания того, что она увидит сыр за углом. Хотя крыса могла бы повернуть налево или направо, только одновременные память о сыре и правильное поведение, «повернуть направо на развилке», могли бы заставить крысу сделать предсказания о сыре истинным. Хотя это тривиальный пример, он дает понимание того, насколько глубока связь сенсорных предсказаний и поведения. Любое поведение влияет на то, что мы видим, слышим и чувствуем. Большинство из того, что мы ощущаем в данный момент, сильно зависит от наших действий. Поместите вашу руку перед лицом. Чтоб предсказать, что вы увидите руку, ваш кортекс должен знать, что он дал руке команду двигаться. Если кортекс увидит вашу руку движущейся без соответствующих моторных команд, вы будете удивлены. Простейший путь интерпретировать это – предположить, что ваш мозг сначала двигает руку и только потом предсказывает, что он должен увидеть. Я считаю, что это неверно. Наоборот, я думаю, что кортекс сначала предсказывает увидеть руку, и это предсказание именно то, что вызывает моторные команды, делающие предсказание истинным. Сначала вы думаете, и это заставляет вас действовать, чтоб сделать ваши мысли правдой.

Сейчас мы хотим взглянуть на изменения, которые привели к тому, что человек обладает существенно расширенным репертуаром поведения. Существуют ли физические различия между кортексом обезьяны и человека, которые могли бы объяснить, почему только у человека есть речь и другое сложное поведение? Человеческий мозг примерно в три раза больше чем мозг шимпанзе. Но есть нечто большее, чем «больше - значит лучше». Ключ к пониманию к скачку человеческого поведения находится в соединениях между областями кортекса и частями старого мозга. Проще говоря, наш мозг и мозг шимпанзе отличаются соединениями.

Давайте взглянем поближе. Каждый знает, что мозг разделяется на левое и правое полушарие. Но есть также и другое разделение, которое менее известно, и именно там мы должны искать отличия человека. В любом мозге, особенно в большом, есть разделение кортекса на переднюю и заднюю половину. Ученые используют термин антериорная для передней и постериорная для задней. Разделением передней и задней половины является большая борозда, называемая «central sulcus». Задняя часть кортекса содержит сектора, куда приходит визуальная, слуховая и осязательная информация. Именно там в основном возникает сенсорное восприятие. Передняя часть содержит области кортекса, которые задействованы в высокоуровневом планировании и мышлении. Она также содержит моторный кортекс, отдел мозга, наиболее ответственный за движение мускулов и, следовательно, формирование поведения.

Когда неокортекс приматов стал со временем больше, антериорная половина стала непропорционально большой, особенно у человека. По сравнению с другими приматами и ранними гоминидами, у нас громадный лоб, предназначенный для того, чтоб вмещать наш очень большой антериорный кортекс. Но только этого увеличения недостаточно для объяснения развития наших моторных способностей по сравнению с другими существами. Наша способность производить исключительно сложные движения происходит из того факта, что наш моторный кортекс имеет гораздо больше соединений с мышцами нашего тела. У других млекопитающих передний кортекс играет менее ведущую роль в моторном поведении. Большинство животных полагаются в основном на старые части мозга для генерации их поведения. В отличие от этого, кортекс человека узурпировал большую часть моторного контроля у других частей мозга. Если вы повредите моторный кортекс крысы, крыса не получит какого либо заметного ущерба. Если повредить моторный кортекс человека, он станет парализованным.

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.

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.

Инвариантное представление

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 рисунок1. Кортекс на самом деле не похож на это, как вы могли бы подумать, но картинка поможет вам увидеть, как проходит информация. Я показал четыре кортикальных области, в которые снизу поступает сенсорная информация и течет вверх от области к области. Заметьте, информация ходит в обоих направлениях.

Рисунок 1 представляет четыре визуальных области, задействованных в распознавании объектов – то, как вы видите и узнаете кошку, храм, вашу маму, Великую Китайскую Стену. Биологи обозначают их V1, V2, V4 и IT. Визуальная информация, представленная направленными вверх стрелками внизу рисунка 1, возникает в сетчатке обоих глаз и идет в V1. эта информация может рассматриваться как постоянно меняющиеся паттерны, распределенные приблизительно по миллиону аксонов, связанных вместе в оптический нерв.

Мы говорили ранее о пространственных и временных паттернах, но имеет смысл освежить вашу память, поскольку мы будем ссылаться на них очень часто. Вспомните, что ваш кортекс – это большой слой нервной ткани, который содержит функциональные области, специализированные на определенных задачах. Эти области соединяются большими связками аксонов или волокон, которые передают информацию от одного региона к другому, все одновременно. В любой момент времени некоторое множество волокон возбуждается электрическим импульсом, называемым потенциалом действия или спайком, тогда как другие остаются неактивными. Коллективная активность связки волокон и есть то, что обозначает паттерн. Паттерн, поступающий в V1, может быть пространственным, когда ваш взгляд задерживается на объекте, и временными, когда ваш взгляд движется по объекту.

Как отмечалось ранее, примерно три раза в секунду ваши глаза совершают быстрое движение, называемое саккадой, и остановку, называемую фиксацией. Если ученый подключит устройство, отслеживающее движение глаз, вы будете удивлены, какими отрывистыми являются саккады, хотя ваше визуальное ощущение непрерывно и стабильно. Рисунок 2 показывает, как у некоторого человека движутся глаза, когда он смотрит на лицо. Заметьте, что фиксации не произвольны. Теперь вообразите, что вы могли бы видеть паттерн активности, поступающие в V1 от глаз этого человека. Он меняется постоянно с каждой саккадой. Несколько раз в секунду кортекс видит совершенно новый паттерн.

Вы могли бы подумать, «хорошо, но это все еще то же самое лицо, просто смещающееся». В этом есть доля правды, но не так много, как вы думаете. Светочувствительные рецепторы в вашей сетчатке распределены неравномерно. Они плотно сконцентрированы в фовеальной области в центре, и постепенно редеют к периферии. В отличие от этого клетки кортекса распределены равномерно. В результате изображение с сетчатки, отображаемое в первичную визуальную область V1, сильно искажено. Когда ваши глаза фиксируются на носу, а не на глазу того же самого лица, картинка значительно отличается, как если бы ее рассматривали через искажающие линзы, которые постоянно дергаются туда-сюда. Но когда вы видите лицо, оно не кажется вам искаженным, и не кажется прыгающим. Большую часть времени вы даже не осознаете, что паттерны с сетчатки полностью изменяются. Вы видите «просто лицо». (Рисунок 2б показывает этот эффект на примере берегового ландшафта). Это подтверждение загадки инвариантного представления, о котором мы говорили в главе 4. То, что вы воспринимаете – это не то, что видит V1. Как же все таки ваш мозг узнает, что он видит одно и то же лицо, и почему вы не знаете, что поступающая информация изменяющаяся и искаженная?

Рисунок 2а. Как глаза совершают саккады по человеческому лицу. Рисунок 2б. Искажение, вызванное неравномерным распределением рецепторов по сетчатке.

Если мы поместим электроды в V1 и будем наблюдать, как отвечают отдельные клетки, мы обнаружим, что каждая конкретная клетка возбуждается только в ответ на визуальную информацию от крошечной части сетчатки. Этот эксперимент был проделан много раз и является опорным в исследовании зрения. Каждый нейрон в области V1 имеет так называемое рецептивное поле, которое сильно специфично для каждой мельчайшей части общего поля зрения – то есть, цельного мира перед вашими глазами. Представляется, что клетки в V1 совсем не знают о лицах, машинах, книгах или других значительных объектах, которые вы видите все время; они «знают» о крошечных, с игольное ушко, порциях визуального мира.

Каждая клетка в V1 также настроены на специфические виды поступающих паттернов. Например, конкретная клетка может активно пульсировать, когда она видит линию или край, наклоненный под углом в 30 градусов. Эти края сами по себе имеют небольшое значение. Они могли бы быть частью любого объекта – половицы, стволом отдаленного пальмового дерева, стороной буквы М или одной из почти бесконечного числа возможностей. При каждой новой фиксации, рецептивное поле клетки попадает на новую и совершенно отличную порцию визуального пространства. При некоторых фиксациях клетка будет сильно возбуждаться, на других будет возбуждаться слабо или вообще не будет. Таким образом, каждый раз, когда вы совершаете саккаду, множество клеток в V1 вероятнее всего изменяет свою активность.