Russian-speaking
 Python & Zope User Group

Главная |  Python |  Zope  

Python
Zope
Новости
Copyright
Ответственность  

Решением Платона стала его теория форм. Он считал, что наш высший разум связан с трансцендентной суперреальностью, в которой неизменные стабильные идеи («Формы», с прописной буквы) существуют в безвременном совершенстве. Наши души приходят из этого мистического места, где они обитают еще до нашего рождения. Именно там, в этом мистическом месте, человеческие души и постигают, что такое Формы. Согласно представлениям Платона, при рождении у нас уже имеются латентные знания о Формах. Обучение и понимание возможны только благодаря тому, что несовершенные формы реального мира напоминают нам соответствующие идеальные Формы. Мы узнаем окружность и собаку, потому что их образы вызывают воспоминания об Окружности и Собаке.

С современной точки зрения теория Платона чересчур эксцентрична, но если отмести пелену метафизики, то становится понятно, что Платон, по сути, имел в виду инвариантность. Даже называя его систему толкований чудаковатой, мы вынуждены признать, что интуитивное осознание древним мыслителем того, что поставленный вопрос является одним из наиболее важных в понимании природы человека, было попаданием в десятку.

Чтобы у вас не сложилось представление, что инвариантность присуща только зрительному восприятию, давайте обратимся к другим типам ощущений – например, к тактильному. Когда вы засовываете руку в бардачок вашего автомобиля в поисках солнцезащитных очков, вашим пальцам достаточно прикосновения, чтобы определить, что вы их нашли. Не имеет значения, какая часть руки контактирует с предметом (большой палец, указательный, любая точка другого пальца или вся внутренняя поверхность ладони) и с какой именно его частью (со стеклом, оправой, дужкой, петлей). Для распознания очков вашему мозгу достаточно одной секунды соприкосновения любой части вашей ладони с любой частью предмета. В каждом случае поток пространственно-временных сигналов, поступающий от осязательных рецепторов, различен, поскольку задействованы различные зоны вашей кожи, разные части предмета. Тем не менее вы, не раздумывая, возьмете свои очки.

Или же давайте рассмотрим такой пример сенсорномоторной задачи: вы вставляете ключ в замок зажигания автомобиля. Каждый раз положение вашего сидения, тела, руки немного отличаются, однако вам кажется, что это одно и то же движение, повторяющееся изо дня в день. И все это только потому, что ваш мозг обладает инвариантной репрезентативностью. Создание робота, который проделывал бы ту же операцию, забираясь в машину и вставляя ключ, практически невозможно. Даже заставив робота абсолютно точно воспроизводить одну и ту же позицию и класть ключи точно в то же место и точно так же, как и в предыдущий раз, вы непременно столкнетесь с неразрешимой проблемой: программа будет работать только для одного-единственного автомобиля. Роботы и компьютерные программы, как и искусственная автоассоциативная память, обладают одним и тем же недостатком – вариативные задачи для них неразрешимы.

Еще один интересный пример – ваша подпись. В моторной зоне коры головного мозга, в ее лобной доле, хранится репрезентация вашего автографа. Каждый раз, выводя свою подпись, вы выполняете одну и ту же последовательность действий: и в случаях, когда вы ставите аккуратную подпись, когда даете вычурный автограф в стиле Джона Хэнкока, когда у вас локоть на весу или когда вы держите ручку пальцами ног. Естественно, каждый раз ваша подпись выглядит немного по-другому (особенно в последнем случае). Но, независимо от орудия написания, размеров подписи и комбинации ее частей, для ее написания вы всегда выполняете одну и ту же абстрактную «моторную программу».

Из данного примера видно, что инвариантная репрезентация в моторной зоне коры головного мозга – это в каком-то отношении зеркальное отражение инвариантной репрезентации в сенсорной зоне коры головного мозга. В сенсорной зоне различные входные сигналы приводят в действие устойчивый набор нейронных клеток, соответствующих определенным абстрактным моделям (в приведенных выше примерах – лицо друга и солнцезащитные очки). В моторной зоне устойчивый набор нейронных клеток, соответствующий абстрактной моторной команде (хватание мяча, начертание подписи), может выразить себя посредством включения множества комбинаций мускульных групп с учетом всех вероятных ограничений. Если в разных зонах коры головного мозга всегда действует один и тот же алгоритм, как предполагал Маунткастл, то именно такой симметрии между восприятием и действием следовало ожидать.

Давайте вернемся к сенсорной зоне коры головного мозга и рассмотрим последний пример, касающийся восприятия музыки (я часто использую пример с музыкой, потому что он позволяет рассмотреть все аспекты функционирования неокортекса). Инвариантные представления в музыке обеспечивают способность узнавать мелодию, исполненную в разных тональностях. Выбирая тональность, вы автоматически предопределяете остальные ноты мелодии. Любую мелодию можно сыграть в разных тональностях. Это означает, что каждая аранжировка одной и той же мелодии – по сути, совершенно другая последовательность нот! Каждая новая аранжировка стимулирует совершенно разные наборы чувствительных слуховых рецепторов, заставляя разные наборы пространственно-временных сигналов устремляться к слуховой зоне неокортекса. Тем не менее каждый раз вы воспринимаете услышанное как одну и ту же мелодию. Не обладая абсолютным слухом, вы даже не различите два варианта одной и той же песни, исполненной в разных музыкальных тональностях.

Вспомните песню Somewhere over the Rainbow. Скорее всего, вы впервые услышали ее в исполнении Джуди Гарланд в фильме Волшебник страны Оз, но, не имея совершенного слуха, вы вряд ли вспомните тональность, в которой она была спета. Если я сяду за пианино и исполню эту песню в такой тональности, в которой вы ее никогда не слышали, для вас она прозвучит та же самая песня. Вы даже не заметите, что все ноты отличаются от тех, которые вы слышали когда-то. Это, в свою очередь, означает, что в вашей памяти песня была запечатлена в форме, игнорирующей высоту звука. Память сохраняет важные связующие песни, а не отдельные ноты. В данном случае важными являются соотношение высоты нот и интервалы между ними. Песня Somewhere over the Rainbow начинается с верхней октавы, затем снижается на полтона, затем еще на один тон ниже и так далее. Интервальная структура мелодии сохраняется неизменной вне зависимости от того, в какой тональности она исполняется. Ваша способность без затруднений распознать песню в любой тональности указывает на то, что ваш мозг сохранил ее в форме инвариантного по отношению к высоте звуков представления.

Точно так же лицо вашего друга сохраняется в памяти в инвариантной форме, независимо от угла видения. Вы распознаете его лицо на основе относительных измерений, относительных цветов и относительных пропорций, а не на основе того, каким вы его увидели во вторник за обедом. Между чертами его лица существуют «пространственные интервалы», подобно тому, как в песне существуют неизменные интервалы между нотами. Его лицо является широким по отношению к его глазам, по отношению к расстоянию между глазами, у него короткий нос. Цвет его глаз и цвет волос остаются приблизительно в одном и том же соотношении при разном освещении, даже когда оно существенно меняется. Запоминая его лицо, вы запоминаете именно эти важные признаки.

По моему мнению, подобная абстрактность форм свойственна всем зонам коры головного мозга, т. е. это общее свойство неокортекса. Вспоминания сохраняются в форме, охватывающей существенные связи между элементами целого, а не преходящие детали. Когда вы видите, чувствуете или слышите что-то, кора вашего головного мозга получает специфические информационные сигналы, которые она сохраняет в инвариантной форме. Именно инвариантная форма хранится в вашем мозге, и именно с ней впоследствии сравниваются новые входные сигналы. Запоминание, припоминание и распознавание – все это происходит на уровне инвариантных форм. Компьютеры на такое не способны.

Все сказанное выше подводит нас к весьма интересному вопросу. В следующей главе я попытаюсь вас убедить, что важнейшей функцией неокортекса является прогнозирование на основе воспоминаний. Но если мозг действительно сохраняет инвариантные формы, то как же он тогда может составлять прогнозы для конкретных случаев? Я хотел бы привести некоторые примеры и предложить возможные варианты их решения.

Представьте себе 1890 год, вы находитесь в небольшом городке на западе и ожидаете свою подружку, которая должна прибыть к вам с востока. Разумеется, вы хотите встретить ее на вокзале, поэтому за несколько недель до даты ее приезда начинаете следить за расписанием прибытия-отправления поездов. Строгого графика не существует, и, по вашим наблюдениям, поезд никогда не прибывает и не отправляется в одно и то же время на протяжении дня. Вам начинает казаться, что вы никак не сможете предвидеть, когда именно приедет ваша подружка. И вдруг вы замечаете определенную закономерность. Поезд с востока прибывает через четыре часа после отправления поезда в сторону востока. Оказывается, четырехчасовой интервал остается постоянным всегда, хотя время отправления и прибытия меняется день ото дня. Наконец наступает день встречи. Вы засекаете время отправления поезда на восток. Ровно через четыре часа приходите на вокзал и встречаете свою девушку. Это пример задач, с которыми сталкивается неокортекс, и пример того, как он находит их решение.

Внешний мир, который воспринимают ваши органы чувств, не бывает статичным. Он подобен поездам, прибывающим и отправляющимся в разное время суток. Единственный способ, которым человек может познать этот изменчивый мир, – найти инвариантную структуру для переменного потока информации. Однако инвариантная структура сама по себе не является достаточной базой для частных прогнозов. Знания того, что поезд прибывает через четыре часа после отправления состава в обратном направлении, явно недостаточно, чтобы явиться на вокзал вовремя и встретить свою подружку. В каждом конкретном случае мозг сопоставляет инвариантную структуру с текущими данными. Чтобы составить прогноз времени прибытия конкретного поезда, недостаточно вывести правило четырехчасового интервала из расписания прибытия-отправления поездов. Нужно также применить его к точному времени отправления конкретного поезда в восточном направлении.

Когда вы слушаете, как кто-то исполняет знакомую вам мелодию на пианино, ваш мозг прогнозирует следующую ноту еще до того, как она будет сыграна. Воспоминание песни сохраняется в инвариантной форме. Ваша память подсказывает вам следующий интервал, но она не знает, какая конкретно нота будет следующей. Чтобы спрогнозировать следующую ноту, нужно сочетать следующий интервал с последней нотой.

Когда вы видите лицо вашего друга, неокортекс мгновенно восполняет пробелы и прогнозирует детали внешнего вида вашего приятеля в данный момент времени. Он определяет, что это именно те глаза, тот нос, те губы и те волосы. Прогноз неокортекса отличается завидной точностью. Он может предугадать малейшие особенности лица вашего друга, хотя никогда не видел его именно под таким углом или в такой окружающей обстановке. Если вы знаете относительное расстояние между глазами и носом, структуру лица, то вы правильно спрогнозируете, где должны находиться губы. Если вам известно, что в лучах заката кожа вашего друга кажется оранжевой, то вы можете спрогнозировать и цвет его волос. Ваш мозг сочетает инвариантную структуру лица с особенностями непосредственно воспринимаемой ситуации.

Из трех вышеописанных только пример с поездом является аналогией того, что происходит в вашей коре головного мозга. В случаях с мелодией и лицом речь идет о сочетании инвариантных структур и непосредственных сигналов. Это вездесущий процесс, происходящий во всех без исключения зонах неокортекса. Благодаря ему вы можете составлять прогноз о комнате, в которой сейчас находитесь. Благодаря ему вы можете спрогнозировать не только слова, которые сейчас будут произнесены, но и тон, ударения, а также в какой части комнаты будут произнесены эти слова. Благодаря ему вы в точности знаете, в каком месте ваша нога коснется пола и какие ощущения вызовет подъем на лестничную площадку этажом выше. Благодаря ему вы можете поставить подпись, держа ручку пальцами ноги, или поймать летящий мяч.

Три особенности памяти неокортекса, рассмотренные нами в данной главе (сохранение последовательностей символов, автоассоциативное запоминание, инвариантные представления), являются необходимыми для прогнозирования будущего на основе воспоминаний о прошлом. В следующей главе сосредоточимся на доказательстве того, что сущностью разума является составление прогнозов.

Страницы:
 
 
Copyright © 2000-2022, Russian-speaking Python & Zope User Group Ответственность