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

путем комбинирования: 1) вероятности того, что вы окажетесь в этой ситуации, если это воспоминание окажется полезным; и 2) предварительного условия, которое предполагает, что более недавние воспоминания с большей вероятностью окажутся полезными. Такой выбор приоритета призван отразить тот факт, что люди живут в мире, где информация имеет срок годности; поэтому более свежие воспоминания с большей вероятностью будут иметь ценность.

Важно отметить, что в рамках рационального анализа "рациональное" может быть далеко не идеальным. Например, память, конечно, может нас подвести. Но, согласно этой точке зрения, если мы забываем факт из начальной школы спустя 20 лет, мы не поступаем нерационально. Учитывая ограниченные возможности памяти и постоянно меняющийся мир, в котором мы живем, имеет смысл забыть старую и малоиспользуемую информацию. Таким образом, приоритет в байесовской модели можно рассматривать как хранилище коротких путей. Это кодировка основных статистических данных о мире, которая позволяет принимать решения быстрее, проще и - в большинстве случаев - точнее. Однако если мы оказываемся в мире, который отличается от того, в котором мы развивались и эволюционировали, наши предубеждения могут ввести в заблуждение. Совет "Думай о лошадях" хорош только там, где лошадей больше, чем зебр.

* * *

В начале 1993 года группа исследователей встретилась в гостинице Chatham Bars Inn в Чатеме, штат Массачусетс. В группу входили психологи Дэвид Книлл (профессор Пенсильванского университета, выступавший в роли организатора) и Уитман Ричардс (профессор Массачусетского технологического института, входивший в первую группу аспирантов факультета психологии в 1960-х годах). На встрече также присутствовали ученые, занимавшиеся физиологией и неврологией, такие как Генрих Бюльтхофф, работавший над зрительной системой плодовых мушек, а также инженеры и математики, такие как Алан Юилль, ученик Стивена Хокинга.

На повестке дня этой эклектичной группы стоял поиск новой формальной теории восприятия - в идеале такой, которая могла бы отразить всю сложность органов чувств и одновременно предложить новые, проверяемые гипотезы. Особую озабоченность вызывало то, что на органы чувств влияет не только то, что бросается в глаза, уши или нос. То есть поступающая сенсорная информация сочетается с богатым набором фоновых знаний, прежде чем восприятие будет завершено. По словам Книлла, ни одна теория в то время не могла точно сказать, "как предварительные знания должны быть использованы при интерпретации сенсорных данных".

На этой встрече была написана книга, опубликованная в 1996 году, название которой раскрывает решение, к которому пришли участники: "Восприятие как байесовское умозаключение". Семена этой идеи, как мы видели, были разбросаны по всему миру в течение некоторого времени, прорастая разными способами в разных областях. Это была возможность собрать их воедино. В книге представлен единый и ясный подход к байесовскому исследованию восприятия, сфокусированный в основном на зрении. Ее успех породил бесчисленное количество исследовательских работ в последующие годы. Если работа Андерсона по "рациональному анализу" нанесла Байеса на карту психологии, то эта книга дала ему собственную страну.

Чтобы понять основы байесовского восприятия, рассмотрим пример. Свет отражается от цветка и попадает в глаз. Длина волны света составляет около 670 нанометров (нм). Задача мозга, учитывая длину волны, которую он получает, определить, что представляет собой "вещь в себе" или что на самом деле происходит в мире. В байесовских терминах это будет вероятность гипотезы о наличии определенного цветка, учитывая, что на глаз падает волна длиной 670 нм.

Правило Байеса подсказывает нам, что делать. Сначала нужно выяснить, насколько вероятно увидеть эту длину волны в разных условиях. Вероятность увидеть свет длиной 670 нм, если цветок синий и освещен белым светом, очень мала (синий свет находится в диапазоне 450-480 нм). Вероятность увидеть свет 670 нм, если цветок красный и освещен белым светом, довольно высока: 670 нм находится в середине красного спектра. Однако вероятность увидеть свет 670 нм, если цветок белый и освещен красным светом, также достаточно высока. Поскольку оба эти сценария с одинаковой вероятностью дают 670-нм свет, если мы остановимся на этом, мы можем не знать, какая из интерпретаций лучше.

Но, как хорошие байесианцы, мы помним о важности предварительной оценки. Вероятность того, что мир освещен красным светом, по большинству показателей довольно мала. Однако белый свет встречается очень часто. Поэтому сценарии, предполагающие белый свет, гораздо более вероятны. Умножив предварительную вероятность различных сценариев на вероятность увидеть свет длиной 670 нм в этом сценарии, мы видим, что только один из них имеет высокие показатели по обоим этим параметрам. Поэтому мы делаем вывод, что перед нами находится красный цветок, освещенный обычным белым светом.

Конечно, на самом деле "мы" не приходим к такому выводу. Этот процесс, как и предполагал Гельмгольц, происходит бессознательно. Шансы взвешиваются вне нашего поля зрения, и мы знаем только конечный результат. Таким образом, это бесконечная процедура производства восприятия - подземная производственная линия в сознании. В каждый момент времени вероятности вычисляются и сравниваются, каждое восприятие - это вычисление по правилу Байеса.

Учитывая всю ту работу, которая проделывается над восприятием, неудивительно, что мозг иногда выдает странные результаты. В 2002 году группа исследователей из США и Израиля составила каталог ряда распространенных иллюзий, которые возникают у людей при попытке оценить движение объекта . В их числе - тот факт, что форма объекта влияет на направление, в котором, как нам кажется, он движется, что два предмета, движущиеся в разных направлениях, могут казаться одним и что более тусклые объекты движутся медленнее.

Это может показаться простым перечислением наших недостатков, но исследователи обнаружили, что все эти промахи можно объяснить с помощью простой байесовской модели. В частности, эти привычки выпадают из расчета, если мы принимаем определенное предварительное предположение: что движение с большей вероятностью будет медленным, чем быстрым. Возьмем, к примеру, последнюю иллюзию. Когда объект трудно разглядеть, доказательства, которые он дает о своем движении, слабы. В отсутствие доказательств правило Байеса опирается на предварительное суждение, а оно говорит, что предметы движутся медленно. Этот математический прием может объяснить, почему водители склонны превышать скорость в тумане: имея слабую информацию о собственном движении, они полагают, что их скорость слишком мала. Важно, что байесовский подход переосмысливает эти уловки разума как черты рационального расчета. Он показывает, что некоторые ошибки на самом деле являются разумными предположениями в неопределенном мире.

Однако в процессе восприятия есть и другая сторона. До сих пор мы просто предполагали, что восприятие, которое мы испытываем, должно быть тем, которое имеет наибольшую вероятность. Это разумный выбор, но тем не менее это выбор, и его можно сделать по-другому.

Рисунок 23

Рассмотрим