Как мы видим? Нейробиология зрительного восприятия - [47]

Дело в том, что нейронные сети не локализованы в ограниченных зонах, а охватывают обширные области мозга. Такое широкое распределение нервных сетей объясняет, почему конкретные воспоминания не имеют фиксированного местоположения. Если клеточный ансамбль состоит из огромного количества взаимосвязанных нейронов, потеря нескольких из них не причиняет большого вреда. Бо́льшая часть клеточного ансамбля остается взаимосвязанной и функциональной и продолжает репрезентацию восприятия, воспоминания или мысли. Таким образом, конкретные воспоминания не хранятся в конкретном месте: они распределены по всему мозгу. Ответ на вопрос Пенфилда: повреждение нервной сети действительно вызывает функциональные потери, но они настолько малы, что практически неизмеримы (особенно в эпоху Пенфилда). Благодаря нейронным сетям мозг приобретает то, что инженеры называют «отказоустойчивость».

КАК ОБУЧАЕМЫЕ СИНАПСЫ СОЗДАЮТ КЛЕТОЧНЫЕ АНСАМБЛИ

Итак, мы узнали, каким образом клеточные ансамбли создают единое перцептивное целое из отдельных частей и как широко распределенная по мозгу нейронная сеть объясняет устойчивость воспоминаний. Но пока это просто любопытная теория. Что наделяет ее безусловной практической ценностью, так это синапс Хебба – простой и элегантный механизм, объясняющий, как формируются вышеуказанные ансамбли клеток.

Предположим, у нас есть распределенный по мозгу клеточный ансамбль, который обеспечивает и хранит репрезентацию некоего объекта. Клеточный ансамбль – это миниатюрная нейронная сеть. Но почему эта конкретная нейронная сеть имеет отношение к восприятию этого конкретного объекта внешнего мира? Какая связь существует между клеточным ансамблем, который представляет четыре стороны квадрата – то есть квадрат как целостный объект внешнего мира, – и сенсорным опытом восприятия квадратов?

Поскольку наш мир упорядочен, мозг получает входные данные также упорядоченным образом. Видимый мир проецируется на зрительную кору мозга топографически – в виде карты на поверхности мозга. Точнее говоря, в виде карты сетчатки на поверхности зрительной коры. Таким образом, когда на сетчатку падает изображение линии, в зрительной коре активируется группа нейронов, расположенных примерно в виде линии. Зрительная кора – главный портал, через который информация поступает в центры распознавания объектов. Итак, когда сетчатка видит линию, на поверхности коры одновременно активизируются несколько расположенных (примерно) в ряд нейронов. Вы можете догадаться, что происходит дальше: поскольку одновременное возбуждение нейронов усиливает синаптические связи между ними, эти связи в итоге усиливаются настолько, что нейроны «соединяются» в клеточный ансамбль. Другими словами, при первом восприятии линии активизируемые ею нейроны соединены между собой одинаковыми по силе синаптическими связями, но с каждой повторной стимуляцией синапсы внутри этой «линейной» подгруппы нейронов начинают работать все эффективнее. В конце концов, даже активизация одного или нескольких связанных нейронов начинает вызывать возбуждение всего клеточного ансамбля.

После этого кора становится «предрасположенной» к тому, чтобы видеть линии. Даже если сетчатка видит всего лишь часть линии, весь «линейный» ансамбль нейронов возбуждается одновременно и сообщает остальному мозгу, что стимул представляет собой линию. Как правило, такая догадка оказывается верной, потому что линии встречаются в мире гораздо чаще, чем если бы это было случайным событием. По-настоящему случайный, неизбыточный видимый мир – без каких-либо неравномерностей по частоте – был бы похож на снежащий телевизионный экран. Наличие закономерностей в организации мира настраивают мозг на интерпретацию входных сигналов в пользу таких закономерностей.

На следующем уровне сложности четыре линии, встречающиеся в соединенном виде (в виде квадрата), также вызывают одновременное срабатывание нейронов, расположенных примерно в форме квадрата на поверхности зрительной коры. Дальше становится еще сложнее, так как нам нужно перейти от простой двумерной сенсорной репрезентации конкретного квадрата к репрезентации гештальта (обобщенного образа, игнорирующего индивидуальные вариации в деталях) «квадратности», а это уже требует клеточных ансамблей иного порядка. Как это происходит, мы рассмотрим чуть позже, а пока остановимся вот на чем: клеточные ансамбли, представляющие простые геометрические формы, могут объединяться в бо́льшие по размеру нейронные сети, которые выделяют из этих конкретных случаев абстрактное понятие «квадратности». Хебб считал, что такого рода перцептивное обучение (происходящее фактически бессознательно) лежит в основе всего восприятия.

* * *

Усиленное внимание Хебба к восприятию линий не сильно продвинуло нейронауку, потому что в 1960-х гг. были обнаружены свидетельства – хотя и, как оказалось впоследствии, не очень надежные – того, что в мозге есть нейроны с врожденной способностью к распознаванию линий. Казалось, это открытие должно было поставить крест на его теории. Однако базовый элемент этой теории – синапс Хебба, способный обучаться и формировать в мозге клеточные ансамбли, – не умер. Он был забыт почти на десятилетие, после чего впечатляющим образом вернулся вместе с возрождением интереса к нейронным сетям.