Искусственный интеллект 5 страница

В 2003 году Вейхенмайер испробовал наязычное приспособление и увидел изображение впервые со своего детства. Он смог разглядеть катящийся к нему по полу мяч, достать напиток со стола и сыграть в игру «Камень, Ножницы, Бумага». Позже он прогуливался по коридору, видел открывающиеся двери, изучил дверь и окно, и заметил, что на них есть значки. Изображения, первоначально воспринимаемые как прикосновения к языку, вскоре стали восприниматься как изображения в пространстве.

Эти примеры еще раз показывают, что кортекс черезвычайно гибкий, и что информация, поступающая в мозг, всего лишь паттерны. Не важно, откуда пришли паттерны; пока они коррелируют во времени определенным образом, мозг может воспринимать их как ощущения.

* * *

Все это не должно быть неожиданным, если мы примем точку зрения, что все, о чем знает мозг. Мозг это машина для паттернов. Я не говорю, что неправильно выражать функции мозга в терминах слуха, зрения, но на более фундаментальном уровне суть дела — паттерны. Не важно, насколько различной кажется активность разных областей кортекса, в них работает один и тот же базовый кортикальный алгоритм. Кортексу не важно, исходят ли паттерны от зрения, слуха или других чувств. Ему не важно, приходит информация от одного органа чувств или от четырех. Также ему было бы не важно, если бы вы воспринимали мир с помощью сонара, радара или магнитных полей, или если б у вас были щупальца вместо рук, или даже если б вы жили в четырех измерениях, а не в трех.

Это означает, что вам не нужен какой либо из ваших органов чувств или определенная комбинация чувств, чтоб быть интеллектуальным. У Хелен Келлер не было ни зрения, ни слуха, хотя она изучила язык и стала более опытным писателем, чем большинство видящих и слышащих людей. Это был очень интеллектуальный человек без двух основных чувств, невероятная гибкость мозга позволила ей воспринимать и понимать мир как и людям с пятью органами чувств.

Этот вид замечательной гибкости человеческого мозга дает мне надежду, что мы воссоздадим технологии, подсмотренные у мозга. Когда я думаю о построении интеллектуальных машин, я удивляюсь, зачем их привязывать к обычным органам чувств? Как только мы сможем расшифровать неокортикальный алгоритм и создать науку о паттернах, мы сможем применить его к любой системе, которую мы захотим сделать интеллектуальной. И одним из замечательных свойств схемы, подсмотренной в неокортексе, является то, что нам не нужно будет специально хитро программировать ее. Также, как слуховой кортекс стал визуальным кортексом у «перекоммутированого хорька», также, как визуальный кортекс находит альтернативное применение у слепых людей, точно также система, работающая на неокортикальном алгоритме, будет интеллектуальной независимо от того, какие типы паттернов мы выберем для нее. Нам все еще надо будет поломать голову над настройкой различных параметров системы, и нам необходимо будет натренировать и обучить ее. Но миллиарды нейронных деталей, дающих мозгу возможность быть сложным, создающим мысли, позаботятся сами о себе таким же естественным образом, как это происходит у наших детей.

В конечном счете, идея, что паттерны это фундаментальная валюта интеллекта, ведет к одному интересному философскому вопросу. Когда я сижу в комнате с моими друзьями, откуда я знаю, что они там или даже что они реальны? Мой мозг получает паттерны, которые согласуются с паттернами, которые я получил в прошлом. Эти паттерны соответствуют людям, которых я знаю, их лицам, их голосам, их обычному поведению, и всем видам фактов о них. Я научился ожидать, что эти паттерны возникают вместе определенным образом. Но когда вы переходите к ним, это всего лишь модель. Все наши знания о мире — это модель, основанная на паттернах. Уверены ли мы, что мир реален? Весело и необычно размышлять об этом. Некоторые фантастические книги и фильмы исследуют эту тему. Это не для того, чтоб сказать, что люди или объекты не реальны. Они реальны. Но наша уверенность в существовании мира базируется на соответствии паттернов и том, как мы их интерпретируем. Нет такой вещи, как непосредственное восприятие. У нас нет сенсоров «человека». Вспомните, мозг находится в темной и тихой коробке, и не знает ни о чем, кроме распределенных во времени паттернов, поступающих по входным волокнам. Ваше восприятие мира создано из этих паттернов, больше ничего. Существование может быть объективным, но пространственно-временные паттерны, текущие по связкам аксонов в наших мозгах, это все, с чем мы должны работать.

Эта дискуссия освещает иногда поднимаемые вопросы отношений между галлюцинациями и реальностью. Если мы можем воспринимать галлюцинации прикосновений, исходящие от резиновой руки и мы можем «видеть» симуляцией прикосновений к поверхности языка, «обманываемся» ли мы точно также, когда ощущаем прикосновения к собственной руке или видим своими собственными глазами? Можем ли мы верить, что мир таков, как кажется? Да. Мир действительно существует в абсолютной форме, близкой к той, в кокой мы его воспринимаем. Однако, наш мозг не может знать напрямую об абсолютном мире.

Мозг знает о мире через множество чувств, которые детектируют только часть абсолютного мира. Чувства создают паттерны, которые посылаются в кортекс и обрабатываются одними и теми же кортикальными алгоритмами для создания модели мира. Таким способом устная и письменная речь воспринимаются удивительно похоже, несмотря на то, что они совершенно различны на сенсорном уровне. Так же, модель мира Хелен Келлер близка к вашей и моей, несмотря на то, что у нее сильно сокращенный набор чувств. Через эти паттерны мозг создает модель мира, которая близка к реальным вещам, и затем, удивительно, держит ее в памяти. Память — вот что происходит с паттернами после того, как они попадают в кортекс — что мы и обсудим в следующей главе.

Память

Когда вы читаете эту книгу, идете по переполненной улице, слушаете симфонию, успокаиваете плачущего ребенка, ваш мозг набит пространственными и временными паттернами от всех ваших органов чувств. Мир это океан постоянно меняющихся паттернов, которые приходят, захватывая и врезаясь в ваш мозг. Почему вы ощущаете этот натиск? Паттерны приходят, проходят через различные структуры старого мозга, и, в конечном счете, попадают в неокортекс. Но что происходит с ними, когда они попадают в кортекс?

С времен начала индустриальной революции люди рассматривали мозг как некоторый тип машины. Они знали, что в голове нет шестерней и зубьев, но это было лучшей метафорой, которая у них была. Каким-то образом информация приходит в мозг и мозг-машина определяет, как должно реагировать тело. В компьютерную эру мозг стал рассматриваться как особый тип машины, программируемый компьютер. И как мы увидели в главе 1, исследователи ИИ уткнулись в эту точку зрения, аргументируя отсутствие прогресса тем, что компьютеры слишком слабы и медленны по сравнению с человеческим мозгом. Они говорят, что современный компьютер может быть эквивалентен только мозгу таракана, но когда мы сделаем компьютеры мощнее и быстрее, они станут такими же интеллектуальными, как люди.

С этой аналогией мозг — компьютер существует повсеместно игнорируемая проблема. Нейроны гораздо медленнее транзисторов в компьютере. Нейрон собирает информацию со своих синапсов и комбинирует эту информацию, чтоб решить, когда сгенерировать спайк для других нейронов. Обычный нейрон может сделать это и сбросить себя миллисекунд на пять, то есть примерно 200 раз в секунду. Это может показаться быстрым, но современные кремниевые компьютеры могут выполнять миллиард операций в секунду. Это означает, что базовая компьютерная операция в пять миллионов раз быстрее базовой операции вашего мозга. Это очень, очень большая разница. Так как же может быть, что мозг быстрее и мощнее, чем самые быстродействующие современные компьютеры? «Без проблем», говорят люди, поддерживающие аналогию «мозг это компьютер». «Мозг это параллельный компьютер. В нем миллиарды клеток, работающих одновременно. Этот параллелизм значительно увеличивает вычислительную мощь биологического мозга».

Я всегда чувствовал, что такой аргумент был хитростью, и простой мысленный эксперимент показывает почему. Это называется «правило в сто шагов». Человек может выполнять значительные задачи меньше чем за секунду. Например, я мог бы показать вам фотографию и попросить определить, изображена ли на ней кошка. Вашей задачей было бы нажать на кнопку, если там кошка, но не медведь или бородавочник или репа. Эта задача для компьютера сложная или невозможная на сегодняшний день, тогда как человек может решить ее достоверно за полсекунды или меньше. Но нейроны медленны, так что за полсекунды информация, поступающая в мозг, может пройтись только по цепочке длиной в сто нейронов. То есть, «компьютерное» решение подобной проблемы мозгом может быть в сто шагов или меньше, несмотря на то, сколько всего нейронов задействовано. С момента, когда свет попал в ваш глаз, до момента нажатия кнопки может быть задействована цепочка не длиннее ста нейронов. Цифровой компьютер, пытающийся решить ту же самую задачу, сделал бы миллиарды операций или шагов. Одной сотни компьютерных команд хватит только на то, чтоб переместить единичный символ на дисплей, не говоря о том, чтоб сделать что-то интересное.

Но если у меня есть миллионы нейронов, работающих совместно, не похоже ли это на параллельный компьютер? Конечно нет. И мозг и параллельный компьютер оперируют параллельно, но это все, что между ними общего. Параллельные компьютеры комбинируют множество скоростных компьютеров для работы над большой задачей, типа прогноза погоды на завтра. Чтоб предсказать погоду, вы должны вычислить физические условия во множестве точек планеты. Каждый компьютер может работать над отдельным местом в одно и то же время. Но даже если сотни или тысячи компьютеров будут работать параллельно, единичный компьютер все равно выполнит миллиарды или триллионы операций, прежде чем завершит задачу. Самый большой мыслимый параллельный компьютер не может сделать ничего полезного за сто шагов, не важно, насколько он большой или быстрый.

Вот аналогия. Предположим, я попрошу вас перенести одну сотню блоков через пустыню. Вы можете переносить только один камень одновременно, и пересечение пустыни потребует миллион шагов. Вы понимаете, что это займет у вас много времени, если действовать в одиночку, поэтому вы нанимаете сотню работников, которые будут работать параллельно. Теперь задача решается в сто раз быстрее, но она все также требует как минимум миллион шагов на пересечение пустыни. Наем еще большего количества рабочих — даже тысячи — не даст никакого выигрыша. Не важно, сколько рабочих вы наняли, задача не может быть решена за меньшее время, чем потребуется на миллион шагов. То же самое верно и для параллельных компьютеров. С некоторого момента, добавление новых компьютеров ничего не изменит. Компьютер, не важно, сколько в нем процессоров и как быстро они работают, не может «вычислить» ответ на сложную задачу за сотню операций.

Так как же мозг решает сложную задачу за сто шагов, которую параллельный компьютер даже теоретически не может решить за миллион или миллиард операций? Ответ в том, что мозг не «вычисляет» ответ на задачу; он достает ответ из памяти. По существу ответ был сохранен в памяти заранее. Всего несколько шагов требуется, чтоб достать что-то из памяти. Медленные нейроны не только достаточно быстры, чтоб сделать это, но они сами составляют эту память. Весь кортекс — это система памяти. Это совсем не компьютер.

* * *

Позвольте показать на примере различие между вычислением ответа на задачу и использование памяти для решения той же самой задачи. Рассмотрим задачу ловли мяча. Кто-то бросает мяч вам, вы видите, как он движется к вам, и менее чем за секунду вы хватаете его. Это кажется несложным — до тех пор, пока вы не попытаетесь запрограммировать манипулятор робота, чтоб сделать то же самое. Как убедились на своем опыте множество аспирантов, это кажется практически невозможным. Когда инженер или компьютерщик энергично берется за эту задачу, он в первую очередь пытается вычислить полет мяча, чтоб определить, где он будет, когда достигнет манипулятора. Это вычисление требует решения набора уравнений того типа, что изучались вами на физике в институте. Затем, все шарниры манипулятора должны дружно передвинуть манипулятор в необходимое положение. Это требует решение другого набора математических уравнений, более сложного, чем первые. Наконец, эта операция в целом должна быть повторена множество раз, чтобы по мере приближения мяча робот получил наилучшую информацию о положении и траектории мяча. Если робот будет ждать вычисления точного положения прибытия мяча, прежде чем начнет движение, он не успеет поймать его. Он должен начать движение, как только получит малейшую информацию о положении мяча, и постоянно корректировать свое положение по мере приближения мяча. Компьютеру требуются миллионы операций, чтоб решить множество математических уравнений для поимки мяча. И хотя компьютер мог бы быть запрограммирован для решения этой задачи, «правило ста шагов» говорит нам, что мозг решает ее другим способом. Он использует память.

Каким образом вы ловите мяч, используя память? Ваш мозг хранит информацию о мышечных командах, необходимых для поимки мяча (вместе с другими заученными движениями). Когда мяч брошен, происходят три веши. Во-первых, соответствующие воспоминания автоматически вызываются образом мяча. Во-вторых, фактически вспоминается временная последовательность мышечных команд. И в-третьих, полученная информация корректируется по мере ее вспоминания для того, чтоб приспособить к определенному моменту, такому как фактическая траектория мяча и положение вашего тела. Память о том, как поймать мяч, не запрограммирована в вашем мозгу; она запоминается за годы постоянной практики, и сохраняется без вычислений в ваших нейронах.

Вы могли бы подумать, «подождите, каждая попытка поймать мяч слегка отличается. Вы только что сказали, что каждое воспоминание постоянно корректируется, чтоб приспособить к различным вариациям мяча в каждом конкретном броске… Разве это не требует решения тех же самых уравнений, которых мы попытались избежать?». Так может показаться, но природа решила задачу вариации другим, очень простым путем. Как мы увидим позже в этой главе, кортекс создает то, что называется инвариантный образ, который автоматически оперирует с вариациями в мире. В качестве полезной аналогии можно вообразить, что происходит, когда вы садитесь на водяную кровать: подушки и другие люди на кровати внезапно смещаются в новое положение. Кровать не рассчитывает, как высоко должен быть поднят каждый объект; физические свойства воды и пластиковой оболочки матраца автоматически заботятся о корректировке. Как мы увидим в следующей главе, архитектура шестислойного кортекса, мягко говоря, делает нечто подобное с информацией, проходящей через него.

* * *

Таким образом, неокортекс не похож на компьютер, параллельный или какой либо другой. Вместо вычисления ответов на задачи для их решения и формирования поведения неокортекс использует сохраненную информацию. У компьютеров также есть память в виде жесткого диска или чипов памяти; однако у неокортикальной памяти есть четыре атрибута, фундаментально отличающиеся от компьютерной памяти:

• Неокортекс хранит последовательности паттернов.

• Неокортекс вспоминает паттерны автоассоциативно.

• Неокортекс хранит паттерны в инвариантной форме.

• Неокортекс хранит паттерны иерархически.

Мы обсудим первые три различия в этой главе. Я введу концепцию иерархии неокортекса в главе 3. В главе 6 я опишу ее значимость и как она работает.

Когда в следующий раз вы будете рассказывать историю, остановитесь и подумайте, почему в один момент времени вы можете рассказывать только об одном аспекте истории. Вы не можете рассказать одновременно все, что происходило, не важно, как быстро вы говорите или я слушаю. Вам необходимо закончить одну часть истории прежде, чем вы сможете приступить к следующей. Это не только потому что разговорный язык последовательный; и письменный, и устный, и визуальный рассказ истории происходят последовательным образом. Все это потому, что рассказ хранится в вашей голове в последовательной форме и может быть вспомнен только в той же самой последовательности. Вы не можете вспомнить всю историю одновременно. Фактически в большинстве случаев невозможно думать о какой-либо сложной вещи не как о последовательности событий или мыслей.

Вы можете отметить также, что рассказывая историю некоторые люде не могут сразу же дойти до сути. Кажется, что они распространяются о совершенно несвязанных деталях. Это может раздражать. Вы можете крикнуть «Ближе к делу!». Но они описывают историю так, как будто она происходила с ними, во времени, и не могут рассказать ее по-другому.

Другой пример: я хотел бы, чтоб вы представили свой дом прямо сейчас. Закройте глаза и представьте его. В вашем воображении пройдите к входной двери. Вспомните, как она выглядит. Откройте входную дверь. Зайдите внутрь. Теперь посмотрите налево. Что вы видите? Посмотрите направо. Что там? Пройдите в ванную. Что справа? Что слева? Что в верхнем правом ящике? Какие вещи у вас в душе? Вы знаете все эти вещи плюс тысячи других и можете вспомнить их достаточно детально. Эти воспоминания хранятся в вашем кортексе. Вы могли бы сказать, что все эти вещи часть воспоминания о вашем доме. Но вы не сможете думать о них о всех одновременно. Очевидно, что это связанные воспоминания, но нет способа вспомнить все эти детали одновременно. У вас исчерпываюшие воспоминания о вашем доме; но чтоб вспомнить их, вы должны пройти через последовательность сегментов, в основном тем же самым путем, каким они известны вам из личного опыта.

Все воспоминания похожи на это. Вы должны пройти через временную последовательность так, как вы сделали бы в действительности. Один паттерн (подход к двери) затрагивает другой паттерн (прохождение через дверь), он затрагивает следующий (спуститься в холл или подняться по ступенькам), и так далее. Каждый — это последовательность, которую вы проходили раньше. Конечно, сознательным усилием я могу изменить порядок того, как я описываю вам мой дом. Я могу перепрыгнуть от цокольного ко второму этажу, если захочу сфокусироваться на вещах непоследовательно. Однако же, как только я начну описывать какую-нибудь выбранную комнату или вещь, я снова вернусь к последовательности. Действительно произвольного мышления не существует. Воспоминания почти всегда следуют путем ассоциаций.

Вы знаете алфавит. Попробуйте произнести его задом наперед. Вы не сможете, потому что вы обычно не слышали его в обратной последовательности. Если вы хотите узнать, что чувствуют дети, изучающие алфавит, попробуйте произнести его в обратной последовательности. Это тоже самое, с чем сталкиваются они. Это действительно трудно. Ваше знание алфавита — это последовательность паттернов. Оно не может быть запомнено или вспомнено непосредственно или в произвольном порядке. То же самое с днями недели, месяцами года, вашим телефонным номером и бесчисленным множеством других вещей.

Ваша знание песни — великолепный пример временной последовательности в памяти. Вспомните какую-нибудь мелодию. Я люблю приводить пример с «Somewhere over the Rainbow», но подойдет любая мелодия. Вы не сможете представить сразу всю песню целиком, только в последовательности. Вы можете начать с начала или, возможно, с припева, но затем вы будете воспроизводить нота за нотой. Вы не сможете вспомнить песню задом наперед, точно также, как и вспомнить всю мгновенно. Сначала вы услышали песню так, как она звучит во времени, и вы можете ее вспомнить только точно так же, как ее заучили.

Это применимо также и к сенсорной памяти низкого уровня. Вспомним ваши тактильные ощущения текстуры. Ваш кортекс хранит память о том, на что похоже ощущение, когда вы держите пригоршню гравия, проводите пальцами по бархату, нажимаете на клавиши фортепиано. Эта память точно так же основана на последовательностях, как алфавит или песни; только последовательности более короткие, охватывающие всего лишь доли секунд, а не несколько секунд или минут. Если я зарою вашу руку в ведре гравия, пока вы спите, когда вы проснетесь, вы не поймете, с чем соприкасается ваша рука, пока не пошевелите пальцами. Ваша память тактильной текстуры гравия основана на последовательностях паттернов ощущения нейронами вашей кожи давления и вибрации. Эти последовательности отличаются от тех, которые вы получили бы, если б ваша рука была погружена в песке или в пенопластовые шарики или в сухие листья. Когда вы сгибаете вашу руку, царапанье и перекатывание камешков должно создавать сигнальные последовательности паттернов гравия и вызывать соответствующие воспоминания в вашем соматосенсорном кортексе.

Когда вы в следующий раз будете выходить из душа, уделите внимание тому, как вы вытираетесь полотенцем. Я обнаружил, что каждый раз вытираюсь практически в одной и той же последовательности растираний, похлопываний и положений тела. С помощью забавных экспериментов я обнаружил, что моя жена также следует неизменным паттернам, когда выходит из душа. Возможно, с вами происходит то же самое. Если вы следуете последовательности, попробуйте изменить ее. Вы можете заставить себя сделать это, но вам необходимо оставаться сосредоточенным. Если вы отвлечетесь, вы снова вернетесь к заученным паттернам.

Вся память хранится в синаптических соединениях между нейронами. Фактически мы храним в кортексе очень большое количество вещей, но то, что в один момент времени мы можем вспомнить только крошечную долю этих сохраненных воспоминаний, вызвано тем, что только ограниченное количество синапсов и нейронов в вашей голове играют активную роль в вспоминании в один момент времени. Когда вы начинаете вспоминать, что есть у вас дома, одно множество нейронов становится активным, что ведет затем к активизации другого множества нейронов, и т. д. У неокортекса взрослого человека невероятно большая емкость памяти. Но несмотря на то, что мы помним так много вещей, мы можем вспомнить в один момент времени только небольшую часть, и можем сделать это только в последовательности ассоциаций.

Вот интересное упражнение. Попробуйте вспомнить детали вашего прошлого, где вы жили, какие места посещали, людей, которых вы знали. Я обнаружил, что я всегда могу вспомнить о вещах, о которых не думал в течение множества лет. Есть тысячи деталей воспоминаний, сохраненных в синапсах вашего мозга, которые редко используются. В любой момент времени мы вспоминаем только крошечную долю того, что мы знаем. Большая часть информации ожидает соответствующих стимулов, чтоб быть востребованной.

Компьютерная память не хранит последовательности паттернов. Это может быть сделано с помощью различных программных средств, но компьютерная память не делает этого автоматически. В отличие от этого, кортекс автоматически хранит последовательности. Это является неотъемлемым аспектом системы неокортикальной памяти.

* * *

Теперь давайте рассмотрим второе ключевое свойство нашей памяти, ее автоассоциативную природу. Как мы увидели в главе 2, этот термин просто обозначает, что паттерны ассоциируются с самими собой. Автоассоциативные системы памяти — это то, что может вспомнить паттерн полностью, когда заданы только частичные или искаженные данные. Это работает и для пространственных и для временных паттернов. Если вы видите, что из-за занавеса торчат ботинки вашего ребенка, вы автоматически воображаете его целиком. Вы восполняете пространственный паттерн по его частичной версии. Или вообразите, что вы видите человека, ждущего автобус, но можете наблюдать только его часть, потому что он частично загорожен кустом. Ваш мозг не сбивается с толку. Ваши глаза видят только часть тела, но ваш мозг дополняет оставшееся, создавая восприятие человека целиком настолько явно, что вы можете не заметить, что вы это только подразумеваете.

Вы также восполняете и временные паттерны. Если вы вспоминаете небольшую деталь того, что произошло очень давно, полная последовательность событий может заполнить ваш разум. Известная серия новелл Марселя Пруста, RemembranceofThingsPast, начинается с воспоминания о том, как пахнет печенье — и отталкиваясь от этого, он выдает больше тысячи страниц. При общении мы часто не слышим некоторых слов, если мы находимся в шумном помещении. Никах проблем. Наш мозг заменяет пропущенное тем, что он ожидает услышать. Точно установлено, что мы действительно слышим не все слова из тех, которые воспринимаем. Некоторые люди вслух завершают предложения других, но мысленно каждый из нас делает это постоянно. И не только конец предложения, но и середину и даже начало. В большинстве случаев мы не осознаем, что постоянно завершаем паттерны, но это повсеместное и фундаментальное свойство того, как память хранится в кортексе. В любой момент часть может активизировать целое. В этом суть автоассоциативной памяти.

Ваш неокортекс это сложная биологическая автоассоциативная память. В любой момент прогулки каждый функциональный регион по существу неустанно ожидает, что поступят знакомые паттерны или фрагменты паттернов. Вы можете сильно задуматься о чем-либо, но как только появится ваша подруга, ваши мысли переключатся на нее. Это переключение не является чем-то, что вы выбираете сознательно. Появление вашей подруги всего лишь заставляет ваш мозг начать вспоминать паттерны, ассоциирующиеся с ней. Это неизбежно. После того, как вас прервут, вы часто спрашиваете, «О чем я только что думал?». Общение с друзьями за ужином следует путями ассоциаций. Разговор может начаться с еды перед вами, но салат вызовет ассоциированное воспоминание о салате на вашей свадьбе, что приведет к воспоминанию о еще чьей-нибудь свадьбе, что приведет к воспоминанию о том, где они провели медовый месяц, к политическим проблемам в прошлом и т. д. Мысли и воспоминания ассоциативно связаны, произвольно мысли никогда не возникают. Информация, поступающая в мозг, автоассоциативно связана сама с собой, заполняя настоящее и автоассоциативно связывая с тем, что должно последовать. Мы называем эти цепочки воспоминаний мыслями, и хотя их путь не предопределен, мы не можем полностью их контролировать.

* * *

Сейчас мы можем рассмотреть третье важное свойство неокортикальной памяти: как она формирует то, что мы называем инвариантным представлением. В этой главе я поясню основные идеи инвариантного представления, а в главе 6 — детали того, как кортекс создает его.

Компьютерная память разработана для того, чтоб хранить информацию в точно таком же виде, как она представляется. Если вы копируете программу с компакт-диска на жесткий диск, каждый байт копируется со стопроцентной точностью. Единичная ошибка или отличие между двумя копиями может вызвать сбой программы. Память неокортекса отличается от этого. Наш мозг не помнит в точности, что он видит, слышит или чувствует. Мы не помним или не вспоминаем вещи со точно — не потому что кортекс и его нейроны небрежные или подвержены ошибкам, а потому что мозг помнит важные взаимосвязи мира независимо от деталей. Давайте рассмотрим несколько примеров, иллюстрирующих это.

Как мы видели в главе 2, простая модель автоассоциативной памяти существует десятилетия, и, как сказано выше, мозг вспоминает автоассоциативно. Но между автоассоциативной памятью, построенной исследователями нейронных сетей, и памятью кортекса есть большая разница. Искусственная автоассоциативная память не использует инвариантное представление и, следовательно, она ошибочна в некоторых базовых принципах. Вообразите, что у меня есть изображение лица, сформированное большим набором черных и белых точек. Эта картинка — паттерн, и если у меня есть искусственная автоассоциативная память, я могу хранить множество картинок в этой памяти. Наша искусственная автоассоциативная память надежна в том, что если я дам половину лица, или даже пару глаз, она распознает эту часть и корректно заполнит оставшуюся часть. Этот эксперимент в точности был проделан несколько раз. Но если я сдвину каждую точку на пять пикселей влево, память совершенно не сможет распознать лицо. Для искусственной автоассоциативной памяти это совершенно новый паттерн, потому что ни один из пикселей сохраненного паттерна и нового паттерна не выровнены. Вы и я, конечно же, без труда видим сдвинутый паттерн как то же самое лицо. Возможно, мы даже не заметим изменений. Искусственная автоассоциативная память не может распознать паттерны, если они сдвинуты, повернуты, масштабированы или трансформированы одним из тысяч других способов, тогда как наш мозг легко справляется с этими вариациями. Что позволяет нам воспринимать что-то как то же самое или неизменное, тогда как поступающие паттерны, представляющие его, новые или измененные? Давайте рассмотрим другой пример.

Возможно, сейчас вы держите в руках книгу. Когда вы двигаете книгу, или меняете освещение, или по-другому усаживаетесь на стуле, или фиксируете глаза на другой части страницы, паттерны освещенности, попадающие на вашу сетчатку, полностью меняются. Визуальная информация изменяется от момента к моменту и никогда не повторяется. Фактически, вы могли бы держать эту книгу сотни лет и ни разу паттерны на вашей сетчатке, и, следовательно, попадающие в ваш мозг, не повторились бы. Но у вас ни на секунду не возникало бы сомнений, что книга, которую вы держите, действительно та самая книга. Внутренний паттерн вашего мозга, представляющий «эту книгу», не меняется, хотя стимулы, информирующие вас находятся в постоянном изменении. Поэтому мы будем использовать термин инвариантное представление, ссылаясь на внутреннее представление в мозгу.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: