Прямо сейчас ваш мозг совершает подвиг. Как человек научился читать и превращать слова на бумаге в миры и смыслы

Что происходит, когда объект поворачивается вокруг своей оси? Инвариантность относительно вращения – настоящая проблема для нашей зрительной системы. На самых ранних стадиях визуального распознавания последовательные положения вращающегося лица не кодируются одними и теми же нейронами. Вид справа, спереди и слева активируют соседние участки коры, которые частично перекрывают друг друга (рис. 3.3)[220]. Если объект вращается на сетчатке, большинство нейронов нижневисочной коры срабатывают только в тот момент, когда он оказывается повернут под определенным углом. При отклонении от этого предпочтительного угла более чем на 40 градусов они перестают реагировать вообще. Впрочем, некоторые нейроны более абстрактны и «откликаются» на объект независимо от его положения в пространстве (рис. 3.4)[221]

. Проще говоря, эти инвариантные нейроны, судя по всему, собирают входные данные от множества других клеток, каждая из которых отвечает за конкретный угол обзора. Так, они обнаруживают присутствие объекта, объединяя все возможные точки обзора, с которых его можно увидеть.

Итак, проблема зрительной инвариантности, по всей видимости, решается за счет целой серии последовательных стадий обработки, реализуемых в пределах нижневисочной коры. На высшем уровне этой зрительной иерархии активность нейронных ансамблей остается постоянной даже тогда, когда объект движется, отдаляется, поворачивается или отбрасывает новые тени. Этот механизм возник за миллионы лет до изобретения чтения, но его существование играет ключевую роль в нашей способности распознавать слова любого размера, напечатанные любым шрифтом и в любом месте на странице.

Рис. 3.4. Некоторые нейроны нижневисочной коры реагируют на формы избирательно и инвариантно. Этот нейрон энергично срабатывает в ответ на предъявление кольца и (в меньшей степени) на предъявление «треноги» (внизу слева). Реакция в основном не зависит от ориентации объекта в пространстве (по материалам статьи Booth & Rolls, 1998). Использовано с разрешения Cerebral Cortex

.

«Бабушкины» клетки

Только представьте: один нейрон реагирует только на одно изображение из тысячи. Это физиологическое наблюдение ошеломляет. Неужели наша кора в самом деле покрыта миллионами ультраспециализированных клеток? Физиолог Гораций Барлоу однажды в шутку заметил, что мозг содержит «бабушкины клетки» – нейроны, реагирующие только на вашу бабушку. Хотя утверждение Барлоу было не лишено иронии, он оказался прав или, по крайней мере, близок к истине. Мозг обезьяны, как и человека, содержит нейроны, которые настолько узкоспециализированы, что в буквальном смысле посвящены одному-единственному человеку, образу или понятию. Например, в переднем отделе височной доли пациента с эпилепсией однажды обнаружили нейрон, который реагировал исключительно на голливудскую суперзвезду Дженнифер Энистон[222]. Характер исходного изображения значения не имел: это могла быть цветная фотография, лицо крупным планом, карикатура или даже написанное имя – нейрон срабатывал только при виде или упоминании Дженнифер!

Концепция «бабушкиного нейрона» вполне может оказаться истинной, но с рядом оговорок. Даже когда такая удивительная избирательность обнаруживается в одном нейроне, она должна быть результатом вычислений гораздо более крупной сети. Эксперименты, на которые я ссылаюсь, предполагали вживление электродов в участки зрительной системы, выбранные наугад. Если можно найти специализированный нейрон таким бессистемным способом, то, без сомнения, миллионы других ждут своего открытия. Кроме того, их специфичность неизбежно вытекает из коллективной работы многих клеток. В сущности, избирательная реакция одной клетки подобна верхушке айсберга: мы можем видеть ее только благодаря массе нейронов, создающих целую иерархию детекторов. Насколько нам известно, отдельный нейрон сам по себе может выполнять лишь относительно элементарные вычисления на входе. Кроме того, на выходе он не имеет большого влияния: только коалиция из нескольких сотен клеток способна влиять на другие группы клеток. Следовательно, каждое зрительное событие или лицо, которое мы распознаем, должно кодироваться несколькими кластерами избирательных нейронов (так называемое разреженное кодирование).