Тайная жизнь мозга. Как наш мозг думает, чувствует и принимает решения - [66]

Морфология формы

Одно из самых замечательных преобразований головного мозга происходит, когда мы учимся видеть. Это случается на таком раннем этапе жизни, что у нас не остается воспоминаний о том, как мы воспринимали мир, пока не научились различать предметы. Наша зрительная система легко распознает формы и образы в потоке света. Это происходит за крошечную долю секунды, более того – без каких-либо осознанных усилий. Но превращение света в образы – такая трудная задача, что нам только предстоит создать аппараты, которые смогут это делать. Роботы летают в космос, играют в шахматы лучше великих шахматистов и управляют самолетами, но они не могут видеть.

Для понимания того, как мозг решает эту непростую задачу, нам нужно определить границы возможностей зрительной системы и увидеть, где она дает сбой. Рассмотрим простой, но наглядный пример. Когда мы стараемся понять, как мы видим, несколько образов лучше тысячи слов.

Два объекта, изображенные на рисунке внизу, очень похожи. Разумеется, их легко распознать. Но когда они погружены в хаос пунктирных линий происходит нечто необычное. Зрительная система мозга работает двумя совершенно разными способами. Мы прекрасно видим объект, расположенный справа; он как будто другого цвета и бросается в глаза. С левым объектом происходит нечто иное. Мы лишь при большом усилии можем различить линии, образующие «змейку», и наше восприятие нестабильно: когда мы фокусируем внимание на одной части, другая пропадает и сливается с фоном.

Мы можем думать о предмете, который видим, с такой же легкостью, как о мелодии, где ноты гармонично следуют друг за другом и воспринимаются как единое целое, в то время как другой объект больше похож на случайные ноты. Как и в случае с музыкой, у зрительной системы есть правила, диктующие восприятие и запоминание. Когда объект сгруппирован естественным и целостным образом, его называют прегнантным гештальтом в честь группы психологов, которые в начале XX века придумали правила, по которым зрительная система воспринимает формы. Мы усваиваем эти правила так же, как и языковые нормы.

Давайте посмотрим, как работает эта система. Можем ли мы обучить и перестроить мозг, чтобы он мог практически мгновенно и автоматически определять любой объект? В процессе ответа на этот вопрос мы в общих чертах рассмотрим теорию обучения.

Монстр с медленными процессорами

Большинство современных кремниевых компьютеров работает на одном или нескольких процессорах. Эти компьютеры очень быстро считают, но способны обрабатывать запросы только последовательно, по одному в каждый момент времени. Наш мозг – это параллельный аппарат; он одновременно производит миллионы расчетов. Вероятно, это одна из наиболее ярких характеристик человеческого мозга, и она позволяет нам быстро и эффективно решать задачи, которые мы до сих пор не поручаем даже самым современным компьютерам. В этой области компьютерной науки ведутся настойчивые исследования, однако попытки разработать мощные параллельные компьютеры дают лишь слабые результаты. Исследователи сталкиваются с двумя трудностями: во-первых, экономически сложно произвести такое количество процессоров, а во-вторых, нужно найти способ делиться информацией.

В параллельном компьютере каждый процессор выполняет свою задачу, но результат этой коллективной работы требует координирования. Одна из самых больших загадок мозга – как ему удается объединять параллельно обрабатываемую информацию. Этот вопрос тесно связан с сознанием. Если мы поймем, каким образом мозг сводит воедино большие массивы информации, то значительно приблизимся к пониманию механизма работы сознания. Мы также поймем, как происходит обучение.

Секрет мастерства заключается в преобразовании этой параллельной структуры и ее адаптации к новым функциям. Великие математики видят математику. Гроссмейстер видит шахматы. Это происходит потому, что зрительная кора мозга представляет собой самый необыкновенный параллельный компьютер, известный человечеству.

Зрительная система состоит из наложенных друг на друга карт. К примеру, у мозга есть карта, посвященная распознаванию цвета. В регионе под названием V4[82] формируются модули примерно миллиметрового размера, называемые глобулами. Каждый из них распознает тончайшие оттенки цвета в конкретной части зрительного образа.

Большое преимущество этой системы состоит в том, что распознавание объекта не требует его последовательного разглядывания, миллиметр за миллиметром. Это особенно важно для работы мозга. Нейрону нужно время для загрузки и направления информации к следующему нейрону; мозг может выполнять от трех до пятнадцати вычислительных циклов в секунду. Это ничто по сравнению с миллионами циклов в секунду у крошечного процессора в мобильном телефоне.

Мозг разрешает проблему объективной медлительности биологической ткани благодаря бесчисленному количеству нейронных связей[83]. Это ключ к загадке обучения, о которой пойдет речь дальше: любая функция, заложенная в параллельных структурах (картах) мозга, действует быстро и эффективно. С другой стороны, те функции, которые пользуются последовательными циклами мозга, выполняются медленно, полностью осознанно и воспринимаются с большим усилием. Процесс обучения в мозге в значительной степени является