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

Путаница вокруг принципа свободной энергии, скорее всего, вызвана его особенностью, которую Фристон охотно признает: он не поддается фальсификации. Большинство гипотез о том, как функционирует мозг, поддаются фальсификации - то есть выдвигают утверждения, ошибочность которых можно доказать с помощью экспериментов. Однако принцип свободной энергии - это скорее способ взглянуть на мозг, чем сильное или конкретное утверждение о том, как он работает. Как сказал Фристон: "Принцип свободной энергии - это то, чем он является, - принцип... С ним мало что можно сделать, если только не спрашивать, соответствуют ли измеряемые системы этому принципу". Другими словами, вместо того чтобы пытаться делать чистые предсказания о мозге на основе принципа свободной энергии, ученые должны спросить, помогает ли им этот принцип увидеть вещи в новом свете. Пытаетесь понять, как работает та или иная часть мозга? Спросите, не минимизирует ли он каким-то образом свободную энергию. Если это приведет к прогрессу - отлично; если нет - тоже хорошо. Таким образом, принцип свободной энергии - это в лучшем случае строительные леса, на которые можно повесить факты о мозге. В той мере, в какой он может связать множество фактов, он грандиозен и в некоторой степени объединяющий; однако без фальсифицируемости его статус как теории более сомнителен.

* * *

Numenta - небольшая технологическая компания, базирующаяся в Редвуд-Сити, штат Калифорния. Она была основана Джеффом Хокинсом, предпринимателем, который ранее основал две компании, выпускавшие предшественников современных смартфонов. Numenta, с другой стороны, производит программное обеспечение. Компания разрабатывает алгоритмы обработки данных, помогающие биржевым брокерам, дистрибьюторам энергии, IT-компаниям и т. п. выявлять и отслеживать закономерности в потоках поступающих данных. Однако главная цель Numenta - реинжиниринг мозга.

Даже сделав блестящую карьеру в сфере технологий, Хокинс всегда интересовался мозгом. Несмотря на то что сам он так и не получил степень в этой области, в 2002 году он основал Redwood Neuroscience Institute. Впоследствии этот институт стал частью Калифорнийского университета в Беркли, а Хокинс в 2005 году перешел в компанию Numenta. Работа Numenta основана в основном на идеях, изложенных в книге 2004 года "Об интеллекте", написанной Хокинсом в соавторстве с Сандрой Блейксли. В книге кратко изложена теория Хокинса о том, как неокортекс - тонкий слой мозговой ткани, покрывающий поверхность мозга млекопитающих, - работает для создания ощущений, познания, обучения, движения и многого другого. Это набор идей, который теперь проходит под названием "Теория интеллекта тысячи мозгов".

В центре теории тысячи мозгов находится часть нейроархитектуры, известная как кортикальная колонка. Кортикальные колонки - это небольшие участки клеток, меньше кончика карандаша в диаметре и примерно в четыре раза больше в длину. Они названы так потому, что образуют цилиндры, идущие от верхней части неокортекса к нижней, подобно множеству параллельных нитей спагетти. Если посмотреть на колонку в продольном направлении, она напоминает листы осадка: нейроны разделены на шесть хорошо различимых слоев. Нейроны в разных слоях взаимодействуют друг с другом, посылая связи вверх или вниз. Как правило, все нейроны в колонке выполняют одну и ту же функцию: например, они могут одинаково реагировать на сенсорный сигнал. Однако разные слои, по-видимому, служат разным целям: некоторые слои, например, получают входные сигналы из других областей мозга, а другие посылают выходные сигналы.

Вернон Маунткасл, специалист по сенсорной нейронауке, который впервые выделил эти колонки в середине XX века, считал, что они представляют собой фундаментальную анатомическую единицу мозга. Хотя это противоречило догмам того времени, Маунткэсл видел потенциал в идее единой повторяющейся единицы, которая покрывает весь неокортекс, - единой единицы, способной обрабатывать все разнообразие информации, получаемой корой головного мозга. Хокинс с этим согласен. В своей книге он называет работу Маунткэсла "Розеттским камнем нейронауки", потому что это "единая идея, которая объединила все разнообразные и удивительные возможности человеческого разума

Чтобы понять, чем, по мнению Хокинса, занимаются эти мини-процессоры, нужно рассмотреть и время, и пространство. Если принять тот факт, что разумные машины будут работать по принципам неокортекса, - сказал Хокинс в интервью 2014 года, - то "время - это все". Входы в мозг постоянно меняются, и это делает статичную модель работы мозга крайне неполной. Более того, результаты работы мозга - поведение, производимое телом, - распространяются как в пространстве, так и во времени. По мнению Хокинса, активное перемещение тела в пространстве и получение в ответ динамичных потоков сенсорных данных помогает мозгу глубоко понять мир.

Неврологи знают немного о том, как животные перемещаются по миру. Это во многом связано с типом нейронов, называемых "клетками сетки" (см. рис. 26).3 Клетки сетки - это нейроны, которые активны, когда животное находится в определенных местах. Представьте себе мышь, бегущую по открытому полю. Одна из ее решетчатых клеток будет активна, когда мышь окажется прямо в центре поля. Эта же клетка будет активна, когда мышь переместится на несколько длин тела к северу от центра, а затем снова на несколько длин к северу от него. Та же картина активности будет наблюдаться, если мышь переместится на 60 градусов к западу от севера. В самом деле, если составить карту всех мест, где активна эта клетка, то она будет представлять собой горошек по всему полю . Все эти точки будут равномерно распределены по вершинам треугольной сетки (отсюда и название). Различные ячейки сетки различаются по размеру и ориентации этой сетки, но все

Рисунок 26

Впечатленный их способностью представлять пространство, Хокинс сделал ячейки сетки неотъемлемой частью своей теории о том, как неокортекс познает мир. Однако существует проблема: клетки решетки не находятся в неокортексе. Вместо этого они находятся в эволюционно более древней части мозга, известной как энторинальная кора. Несмотря на отсутствие доказательств существования клеток решетки за пределами этого региона, Хокинс предположил, что на самом деле они прячутся в шестом слое каждой колонки неокортекса.

Что именно они там делают? Чтобы объяснить это, Хокинс любит использовать пример, когда вы проводите пальцем по кофейной чашке (Хокинс на самом деле приписывает возникновение своей теории моменту эврики, который он пережил, созерцая кофейную чашку, и даже приносит чашку на переговоры для демонстрации). Колонки в сенсорной части неокортекса будут получать сигналы от кончика пальца. Согласно теории Хокинса, клетки решетки в нижней части этих колонок также будут отслеживать местоположение кончика пальца. Комбинируя информацию о том, где находится палец и какова на ощупь чашка, колонка может узнать форму объекта,