Модели разума. Как физика, инженерия и математика сформировали наше понимание мозга - Lindsay Grace

мозга, связанной с визуальной памятью, - могли бы хранить такое количество изображений, но это не оставило бы места ни для чего другого. Таким образом, казалось, что в гебистском обучении есть проблема.

Однако эта проблема становится менее проблематичной, когда мы понимаем, что узнавание - это не запоминание. То есть ощущение знакомости при виде изображения может возникать без способности восстановить этот образ с нуля. Сеть Хопфилда примечательна тем, что способна справиться с последней, более сложной задачей - она полностью заполняет память из ее частичного фрагмента. Но первая задача по-прежнему важна. Благодаря исследователям из Бристольского университета стало известно, что распознавание также может быть выполнено сетью, использующей гебистское обучение. Такие сети, если оценивать их способность маркировать входной сигнал как новый или знакомый, обладают значительнобольшей производительностью: 1000 нейронов теперь могут распознать целых 23 000 изображений. Как прозорливо заметил Семен, это пример проблемы, возникающей при использовании общего языка для разделения функций мозга. То, что нам кажется просто "памятью", распадается под пристальным взглядом науки и математики на множество различных навыков.

* * *

Когда в 1953 году американский врач Уильям Сковилл удалил гиппокамп с каждой стороны мозга 27-летнего Генри Молесона, он думал, что помогает предотвратить припадки Молесона. Чего Сковилл не знал, так это того, какое невероятное влияние окажет эта процедура на науку о памяти. Молесон (более известный как H. M." в научных работах, чтобы скрыть свою личность до самой смерти в 2008 году) после процедуры получил некоторое облегчение от припадков, но у него больше никогда не формировались осознанные воспоминания. Последующая и постоянная амнезия Молесона положила начало исследованию гиппокампа - изогнутой структуры длиной в палец, расположенной глубоко в мозге, - как центрального звена в системе формирования памяти. Как выяснилось в ходе беспокойных поисков Лэшли, это место действительно играет особую роль в хранении воспоминаний.

Современные теории функционирования гиппокампа таковы: информация о мире сначала попадает в гиппокамп в зубчатой извилине - области, которая проходит вдоль нижнего края гиппокампа. Здесь представление грунтуется и подготавливается к тому, чтобы стать формой, более удобной для хранения в памяти. Затем зубчатая извилина направляет связи туда, гдесчитается , формируютсяаттракторы, - в область под названием CA3; CA3 имеет обширные рекуррентные связи, что делает ее основным субстратом для эффектов, подобных сети Хопфилда. Затем эта область посылает выход в другую область, называемую CA1, которая действует как ретрансляционная станция; она посылает запомненную

информацию обратно в остальные части мозга (см. рис. 10).

 

Рисунок 10

Что интересно в этом последнем шаге - и что, возможно, запутало первоначальные выводы Лэшли - так это то, что эти проекции в различные области мозга, как полагают, облегчают копирование воспоминаний. Таким образом, СА3 действует как буфер, или хранилище, сохраняя воспоминания до тех пор, пока они не будут перенесены в другие области мозга. Для этого он реактивирует память в этих областях. Таким образом, гиппокамп помогает остальным частям мозга запоминать информацию, используя ту же стратегию, которую вы используете при подготовке к тесту: повторение. Многократно активируя одну и ту же группу нейронов в других областях мозга, гиппокамп дает этим нейронам возможность самим пройти процесс гебистского обучения. В конце концов их собственный вес изменится настолько, что память будет надежно сохранена.

Зная об этом хранилище памяти в мозге, исследователи могут изучить, как оно работает. В частности, они могут искать в нем аттракторы.

В 2005 году ученые из Университетского колледжа Лондона регистрировали активность клеток гиппокампа у крыс. Крысы привыкли находиться в двух разных вольерах - круглом и квадратном. Нейроны гиппокампа проявляли одну активность, когда они находились в круге, и другую, когда в квадрате. Тест на наличие аттракторов проводился, когда животное помещали в новую среду "сквирл", форма которой была чем-то средним между кругом и квадратом. Исследователи обнаружили, что если окружение было более квадратным, то нейронная активность переходила к паттерну, ассоциирующемуся с квадратом; если окружение было более круговым, то к паттерну, ассоциирующемуся с кругом. Важно отметить, что в ответ на промежуточное окружение не возникало никаких промежуточных представлений, только круг или квадрат. Это делает воспоминания о круге и квадрате аттракторами. Начальный входной сигнал, который не является в точности одним или другим, нестабилен; он неизбежно направляется к ближайшему установленному воспоминанию.

Сеть Хопфилда воплотила в жизнь теории Хебба и показала, как аттракторы - обычно изучаемые в физике - могут объяснить тайны памяти. Однако Хопфилд понимал, что математика не может быть реализована в реальных мозгах в реальных лабораториях. Он описывал свою модель как "простую пародию на сложности нейробиологии". Действительно, как творение физика, оналишена всего липкого богатства биологии. Но как пародия, способная к мощным вычислениям, она также предложила множество открытий - открытий, которые не ограничились простым хранением и запоминанием.

* * *

Вы ужинаете на кухне, когда домой возвращается ваш сосед по комнате. Увидев их, вы вспоминаете, что вчера вечером дочитали книгу, которую они вам одолжили, и хотите вернуть ее до того, как они уедут в командировку на следующий день. Поэтому вы откладываете еду, выходите из кухни и идете по коридору. Вы поднимаетесь по лестнице, поворачиваете, заходите в свою комнату и думаете: "Стоп, что я здесь делаю?".

Это ощущение встречается довольно часто. Настолько, что ему дали название: "дестинезия", или амнезия того, почему вы оказались там, где находитесь. Это сбой так называемой "рабочей памяти" - способности удерживать в голове идею даже в течение 10 секунд, необходимых для того, чтобы пройтись из комнаты в комнату. Рабочая память важна практически для всех аспектов познания: трудно принять решение или разработать план, если вы постоянно забываете, о чем думали.

Психологи изучают рабочую память уже несколько десятилетий. Сам термин впервые появился в книге "Планы и структура поведения", написанной в 1960 году Джорджем А. Миллером и его коллегами, работавшими в Центре перспективных исследований в области поведенческих наук в Калифорнии. Однако концепция была изучена задолго до этого. Действительно, сам Миллер написал одну из самых влиятельных работ на эту тему четырьмя годами ранее, в 1956 году. Возможно,, предвидя свою славу, Миллер дал статье дерзкое название "Магическое число семь, плюс или минус два". Под этим магическим числом подразумевается количество предметов, которые человек может удерживать в своей рабочей памяти в любой момент времени.

Пример оценки: 1) покажите участнику несколько цветных квадратов на экране; 2) попросите его подождать некоторое время - от нескольких секунд до нескольких минут; 3) затем покажите ему второй набор цветных