Антология машинного обучения. Важнейшие исследования в области ИИ за последние 60 лет - Терренс Дж. Сейновски

будущим. Один из примеров того, как наш мозг генерирует правдоподобные интерпретации, основанные на зашумленных и неполных данных, – использование фокусниками эффекта «ловкости рук»[433].

Где в мозгу воспринимается зрительный образ?

Визуализация мозга дает нам общую картину характера мозговой деятельности, когда мы воспринимаем или не воспринимаем что-либо. Используя экспериментальные данные, исследователи разработали очень заманчивую гипотезу: мы осознаем что-то только тогда, когда уровень мозговой активности в лобной части коры, необходимый для планирования и принятия решений, достигает порогового уровня и запускает обратную связь[434]. Идея любопытная, но бездоказательная, поскольку с помощью наблюдений установили не причинно-следственные связи, а только корреляцию. Если НКС ответственны за сознательное состояние, должна быть возможность изменить их и таким образом изменить сознание. Дорис Цао показала, что она может препятствовать распознаванию лиц у обезьян, стимулируя «лицевые» области в зрительной коре[435]. Когда подобный эксперимент проводился на людях, испытуемые сообщали, что лица будто бы расплываются, плавятся[436].

Недавно стали доступны новые методы, такие как оптогенетика, для избирательного манипулирования активностью нейронов, что позволяет проверить причинно-следственные связи НКС. Это может оказаться сложным, если относящиеся к восприятию структуры соответствуют сильно распределенным схемам деятельности, но в принципе такой подход может выявить, как формируется восприятие и другие особенности сознания[437].

Учим смотреть

Визуальный поиск – задача, которая зависит как от обработки сенсорной информации «снизу вверх», так и от управления процессами внимания «сверху вниз» (рис. 16.4 A). Эти два процесса переплетены в мозге, но недавно была разработана новая поисковая задача, чтобы отделить их друг от друга[438]. Участников эксперимента усадили перед пустым экраном и сказали, что их задача – исследовать экран глазами, чтобы найти скрытое местоположение цели, которая издаст звуковой сигнал, когда взгляд зафиксируется на ней. Положение скрытой цели изменялось от раза к разу и было построено на основе гауссовского распределения – колоколообразной кривой с определенной шириной и верхней точкой, которые не были известны участнику, но оставались постоянными в течение сеанса (рис. 16.4 Г).

Рис. 16.4. Учимся искать визуальную цель. (А) Опытный пешеход заранее знает, где искать знаки, автомобили и тротуары на улице. (Б) Утки ищут корм на лугу. (В) Изображение на экране накладывается на распределение скрытых целей, изученное в ходе сеанса, а также отмечена траектория взгляда участника М во время трех попыток. Первая фиксация взгляда при каждой попытке отмечена черной точкой. Финальная, за которой последовало вознаграждение, – точкой, окрашенной оттенками серого. (Г) Область, выбранная для фиксации взгляда, сжимается от всего экрана при ранних попытках (серо-голубые круги; первые пять попыток) до области, которая примерно соответствует положению и размеру целей согласно распределению гауссовых целых чисел (квадраты, затемненные пропорционально вероятности для изображения A) при более поздних попытках (круги; попытки 32–39)

В начале эксперимента участники не располагали предварительными данными для поиска. После того как фиксация была вознаграждена, участники могли использовать обратную связь, чтобы лучше справиться при следующей попытке. В ходе эксперимента участники повышали число удачных попыток, выявляя зону, где стоит ожидать скрытые цели, и используя это в будущих поисках. После десятка попыток зрительная фиксация участников сузилась до области, где с высокой вероятностью находилась цель. Описание результата для всех участников представлено на рис. 16.4 Г. Сначала зона поиска была широкой, но сужалась по мере продолжения сеанса. Удивительно, но многие испытуемые не смогли сформулировать свою стратегию поиска, хотя после нескольких попыток первое движение их взгляда неизменно оказывалось в центре невидимого целевого распределения.

Области мозга, участвующие в этой поисковой задаче, включают зрительную кору и верхнее двухолмие, которое контролирует топографическую карту поля зрения и направляет саккады к визуальным целям, тесно взаимодействуя с другими частями глазодвигательной системы. В обучении также участвуют базальные ганглии – древняя часть мозга позвоночных, которая усваивает последовательность действий через обучение с подкреплением[439]. О разнице между ожидаемым и полученным вознаграждением свидетельствует кратковременное увеличение частоты импульсов дофаминовых нейронов в среднем мозге, что регулирует синаптическую пластичность и влияет на принятие решений на бессознательном уровне, как описано в главе 10.

Переходы

Незадолго до кончины Фрэнсис Крик позвонил мне и пригласил посетить его дом, чтобы обсудить клауструм – загадочный тонкий слой клеток под корой мозга, который получает проекции из многих областей коры и, в свою очередь, проецирует их обратно. Хотя Крик был смертельно болен, он сосредоточился на завершении своей последней работы над гипотезой, гласящей, что клауструм отвечает за единство сознания в силу своего центрального положения. Немногие исследователи работали над этой областью мозга, и в поисках дополнительных данных Крик обзвонил почти каждого из них. Тот раз стал последним, когда я его видел. Фрэнсис Крик умер 28 июля 2004 года, работая над завершением рукописи и поиском истоков сознания[440].

Структуру ДНК открыли в 1953 году, а геном человека был секвенирован 50 лет спустя. Однажды я спросил Крика, думал ли он когда-нибудь в те ранние годы, что геном человека секвенируют при его жизни? Он сказал, что ему никогда не приходило в голову, что это вообще возможно. Как далеко мы продвинемся через 50 лет в решении проблемы сознания? К тому времени у нас будут машины, взаимодействующие с нами так же, как мы взаимодействуем друг с другом – посредством речи, жестов и мимики. Вероятно, легче сформировать сознание, чем полностью его понять.

Я подозреваю, что мы можем добиться прогресса быстрее, сначала поняв бессознательную обработку – все то, что мы принимаем как должное, когда видим, слышим и двигаемся. Мы уже продвинулись в понимании систем мотивации, которые сильно влияют на наши решения, и систем внимания, которые помогают нам искать информацию в мире. При более глубоком понимании механизмов мозга, которые управляют восприятием, принятием решений и планированием, проблема сознания может исчезнуть, как Чеширский кот, оставив только широкую ухмылку.

Глава 17. Природа умнее нас

Лесли Орджел (рис. 17.1) долгие годы был моим коллегой в Институте Солка. Химик, получивший образование в Оксфорде, и один из самых умных ученых, которых я встречал, он работал над происхождением жизни. Беседы с ним во время пятничных обедов с преподавателями всегда были увлекательными.

Рис. 17.1. Фрэнсис Крик и Лесли Орджел (справа) в Институте Солка на пути к истокам сознания и истокам жизни соответственно

Жизнь на Земле возникла миллиарды лет назад, когда наша планета настолько отличалась от нынешней, что не