Скорость мысли. Грандиозное путешествие сквозь мозг за 2,1 секунды - Марк Хамфрис

не нужно подробно анализировать каждую сцену заново, поскольку большую часть того, что происходит в мире прямо сейчас, ваш мозг может предсказать на основе того, что ваши нейроны испытывали раньше. Прогнозы делаются этими опытными нейронами, запускающими спонтанные импульсы. Эти спонтанные импульсы предсказывают конкретный набор краев, углов и кривых, которые появятся в видимом мире прямо сейчас. Предсказывают их неизбежные перемещения; вроде того, например, что Сара, удаляющаяся от вас прямо сейчас, через мгновение окажется немного дальше в том же направлении, в котором уже движется, поскольку телепортацию еще не изобрели. Предсказывают и более сложные, тонкие детали, цвета, текстуры и объекты в окружающем мире.

Эти спонтанные импульсы-провидцы решают проблему ограничения скорости. Нам не нужно ждать импульсов от сетчатки, чтобы они в одиночку создали первую волну импульсов в V1, чтобы те в свою очередь запустили активность в V2, затем в V4 и так далее. Поскольку спонтанные импульсы уже были в каждой из этих областей, они уже предсказывали большую часть видимого мира.

Как именно происходит это предсказание? Одна умная теория состоит в том, что зрительная кора частично решает проблему ограничения скорости, предсказывая, какая информация будет приходить от глаза. Когда мы путешествовали по шоссе «Что» и «Как», нейроны на каждой следующей остановке нашего пути посылали импульсы в ответ на всё более сложные аспекты видимого мира. В этой прогнозной теории импульсы, которые мы встречали на шоссе «Что», сигнализировали о том, что, скорее всего, будет наблюдаться в видимом мире, лучший прогноз на данный момент: импульсы от V1, сигнализирующие о наиболее вероятном наборе простых элементов; импульсы из V2 – наиболее вероятное сочетание этих элементов, таких как длинные края и углы; импульсы от V4 – наиболее вероятные комбинации тех сочетаний и различных цветов; из височной доли – наиболее вероятные объекты, которые они представляют. Но ключ к этой теории – это то, что происходит при движении в обратную сторону. Помните те импульсы, которые летели мимо нас на каждом шагу, импульсы, которые уже были там и мчались обратно по шоссе «Что» туда, откуда мы пришли? Они делали предсказания.

Работая в обратном направлении от височной коры, эти возвращающиеся импульсы предсказывают события, которые должны происходить во внешнем видимом мире, если каждое предположение верно. И на каждой остановке, двигаясь назад по шоссе, они предсказывают путем деконструкции: если этот объект находится где-то там (височная доля), то он должен иметь этот набор сложных элементов (в V4); если это именно эти сложные элементы (V4), то это набор вот таких углов, кривых и длинных линий (в V2); если это набор таких углов, кривых и длинных линий (V2), то этот набор простых границ расположен именно так в пространстве (в V1). Таким образом, импульсы, спускающиеся по шоссе «Что», в конечном итоге предсказывают, какая информация (контуры, где они находятся, их углы и их местоположение) должна поступать в V1 от глаза.

А данные, поступающие от глаза, просто корректируют то, что не совпадает с предсказаниями. Поскольку большинство прогнозов будет правильными (ведь наша визуальная система потратила много лет на изучение того, что существует во внешнем видимом мире), то донастраивать будет особо нечего. Таким образом большинство спонтанных импульсов в вашей зрительной коре сообщают остальной части вашего мозга точную версию того, что существует в мире, еще до того, как ваш глаз увидит это.

Во всяком случае, такова теория [294]. Для умников это называется «байесовским иерархическим выводом» или чем-то вроде начальной загрузки из кэша для программистов; для остальных это можно назвать обоснованными предположениями. Как бы мы это ни называли, это означает: видение может происходить так быстро, что вы даже не замечаете, как оно происходит; вся информация уже есть и лишь скорректирована фактическими входящими сигналами.

Прогнозирование того, что пригодится

Я считаю, что использование мозгом спонтанных импульсов, предназначенных для прогнозирования, выходит далеко за рамки механизма зрения или любого другого из наших органов чувств. Предсказания применяются везде.

Мозг предсказывает исход выбора решения. Для иллюстрации давайте сыграем в простую игру. Вы должны выбрать одну из двух карт, которые я показываю вам. Одна карта принесет вам вознаграждение с высокой вероятностью, другая – с низкой. (Вознаграждением пусть будет шоколадное молочко.) Естественно, вы захотите выяснить, какая из двух карт имеет более высокую вероятность вознаграждения, поскольку кто же не любит шоколадное молочко? Если я буду неоднократно предъявлять вам эту пару карт, вы довольно быстро поймете, какая из них лучше. Вы станете ожидать, что эта карта принесет более высокую выплату, делая таким образом предсказание вероятного результата выбора именно этой карты. Затем вы будете использовать это предсказание, чтобы изменить свое поведение; когда вам будут предъявлять пару, содержащую эту карту, вы будете прогнозировать, что ее выбор принесет вознаграждение, и поэтому выбирать именно ее. Ваш мозг может быстро создавать подобные прогнозы на основе нескольких примеров простых событий.

Это значит, что мы можем где-то в коре найти нейроны, спонтанная активность которых предсказывает, что вот-вот произойдет что-то хорошее. Майкл Платт и Пол Глимчер сообщили именно о таком наборе нейронов в теменной доле коры головного мозга [295]. Они попросили своих обезьян выполнить простую задачу: посмотреть на центральную точку, а затем, когда будет получен сигнал, посмотреть на зажигающийся свет сверху или снизу от нее. Обезьянам потребовалось всего несколько попыток, чтобы узнать, за какой из двух вариантов они получают больше сока. А их нейронам – чтобы они смогли предсказывать, какой вариант ответа будет наиболее ценным. Ведь в задней части теменной коры находится набор нейронов, которые срабатывают прямо перед движением глаз. Одна группа разражается множеством импульсов перед тем, как глаза поднимаются вверх, другая группа, соответственно, как раз перед тем, как они опускаются вниз. Спонтанная активность нейронов, отвечающих за движения глаз, изменилась, чтобы спрогнозировать значение ответа. Если результатом движения глаз вверх было больше сока, нейроны, контролирующие движение глаз вверх, создавали больше спонтанных импульсов до сигнала выбора. Если больше сока приносило движение глаз вниз, больше спонтанных импульсов производили нейроны, движущие глаза вниз. И чем выше была ценность правильного выбора – чем больше сока получала обезьяна по сравнению с другим вариантом, – тем больше спонтанных импульсов производили нейроны, которые перемещали глаза в эту сторону. Спонтанные импульсы предсказывали ценность действия, управляемого этим нейроном.

Такую спонтанную активность, которая предсказывает будущие решения, мы наблюдаем по всему мозгу. Во время этой надоедливой задачи с беспорядочно перемещающимися точками, еще даже до того, как точки появятся на экране, нейроны движения глаз в той же области теменной коры начинают испускать спонтанные импульсы. И чем больше они их посылают, тем более вероятно, что обезьяна примет решение,