хранит воспоминания в инвариантной форме, каким образом он делает конкретные предсказания? Вот некоторые примеры, иллюстрирующие проблему и ее решение.
Вообразите, что сейчас 1980 год и вы в пограничном городке в Западной Америке. Ваша возлюбленная едет поездом из Восточной Америки, чтоб встретиться с вами в новом пограничном городке. Конечно же, вы хотите встретить ее на станции, когда она приедет. За несколько недель до приезда вы узнаете, когда поезд выходит и приходит. Расписания нет, и пока вы можете сказать, что поезд никогда не прибывает и не убывает в одно и тоже время дня. С такой позиции вы никогда не сможете предсказать, когда приедет ее поезд. Но затем вы замечаете, что есть некая структура в том, как поезд прибывает и убывает. Поезд с востока прибывает через четыре часа после того, как уедет на восток. Этот четырехчасовой перерыв остается постоянным изо дня в день, хотя конкретное время изменяется. В день ее прибытия вы отслеживаете поезд, уходящий на восток, и засекаете время. Через четыре часа вы возвращаетесь на станцию и встречаете ее поезд прямо в момент прибытия. Эта притча иллюстрирует и проблему распознавания лиц неокортексом, и то, как он ее решает.
Мир, ощущаемый вашими органами чувств никогда не повторяется; также как время отправки и прибытия поезда, он все время разный. Способ, которым вы понимаете мир, заключается в том, чтоб найти инвариантную структуру в постоянно изменяющемся потоке информации. Однако, этой инвариантной структуры самой по себе не достаточно для использования в качестве основы для предсказаний. Знание только того, что поезд приходит через четыре часа после отправки, не позволяет вам появиться на платформе вовремя для встречи возлюбленной. Чтоб сделать конкретное предсказание, мозг должен совместить знание инвариантной структуры с самыми последними деталями. Предсказание времени прибытия требует выявления четырехчасовой структуры в расписании поезда и комбинации ее с детальным знанием того, во сколько ушел последний поезд на восток.
Когда вы слушаете знакомую мелодию, исполняемую на фортепиано, ваш мозг предсказывает следующую ноту до того, как она будет сыграна. Но песня, как мы видели, хранится в памяти в форме, инвариантной к высоте нот. Ваша память говорит вам, какой интервал будет следующим, но не говорит ничего о конкретной ноте. Для предсказания точной ноты требуется комбинация следующего интервала с последней конкретной нотой. Если последний интервал это большая терция и последней нотой, которую вы слышали, было До, то вы можете предсказать, что следующей нотой будет Ми. Вы слышите в вашей голове Ми, а не «большую терцию». И если вы не ошибаетесь с идентификацией песни и пианист не спотыкается, ваши предсказания будут верными.
Когда вы видите лицо вашей подруги, ваш кортекс заполняется и предсказывает мириады деталей ее уникального изображения в данный момент. Он сверяется, что ее глаза правильные, что ее нос, губы и волосы точно такие, какие должны быть. Ваш кортекс делает эти предсказания с большой специфичностью. Он может предсказать низкоуровневые детали ее лица даже если вы никогда не видели ее в такой конкретной ориентации или в таком окружении. Если вы точно знаете, как располагаются глаза и нос вашей подруги, и вы знаете структуру ее лица, то вы можете точно предсказать, как должны располагаться ее губы. Если вы знаете, что ее кожа имеет оранжевый оттенок в свете заката, то вы знаете, какой оттенок должны приобрести ее волосы. И снова ваш мозг делает это путем комбинации памяти о инвариантной структуре ее лица с особенностями текущего опыта.
Пример с расписанием поезда всего лишь аналогия того, что происходит в вашем кортексе, но мелодия и лицо — нет. Комбинирование инвариантного представления и текущей информации для детального предсказания — это именно то, что происходит. Это повсеместный процесс, происходящий в каждой области вашего кортекса. Именно так вы делаете конкретные предсказания относительно комнаты, в которой вы сейчас сидите. Именно так вы способны предсказать не только слова, которые вам говорят другие, но также и интонацию, с которой они это скажут, каким тоном они это скажут и из какой части комнаты вы должны услышать голос. Именно так вы точно знаете, когда ваша нога коснется пола, и что она почувствует, когда вы будете подниматься по ступенькам. Именно так вы способны написать свое имя ногой или поймать брошенный мяч.
Три свойства кортикальной памяти, рассмотренные в этой главе (хранение последовательностей, авто-ассоциативность и инвариантное представление), являются необходимыми ингредиентами для предсказания будущего на основе памяти о прошлом. В следующей главе я покажу, что предсказание — это суть интеллекта.
5. Новая структура интеллекта
Однажды в апреле 1986 года я размышлял над тем, что значит «понимать» что-либо. Несколько месяцев я бился над фундаментальным вопросом, Чем же занимается мозг, если он не продуцирует поведение? Что делает мозг, когда он пассивно слушает речь? Что делает ваш мозг прямо сейчас, когда он читает? Информация поступает в мозг, но не выходит из него. Что с ним происходит? Ваше поведение в данный момент возможно элементарное — вроде дыхания или движения глаз — но, как вы уже знаете, ваш мозг делает гораздо больше, чем это, поскольку вы читаете и понимаете. Понимание должно быть результатом нервной активности. Но какой? Что нейроны делают, годна они понимают?
Когда я оглядел мой офис в тот день, я увидел знакомые стулья, плакаты, окна, растения, карандаши и т. д. Вокруг меня были сотни вещей. Мои глаза видели их, когда я мельком оглядывался, но просто созерцание их не вызывало у меня никаких действий. Никакого поведения не осуществлялось и не требовалось, но как-то я «понимал» комнату и ее содержимое. Я делал то, чего не могла сделать Китайская Комната Серла, и мне не требовалось возвращать что-либо через прорезь. Я понимал, но никакие действия не могли доказать этого. Что означало «Понимать»?
Как раз когда я размышлял над этой дилеммой, у меня появилось озарение, один из тех эмоционально сильных моментов, когда то, что было путаницей, неожиданно становилось ясным и понятным. Все что я сделал — это спросил, что произошло бы, если бы в комнате появился новый объект, которого я никогда раньше не видел — скажем, синяя кофейная чашка.
Ответ казался простым. Я должен был заметить новый объект, как несоответствующий. Он должен был поймать мое внимание, как нечто новое. Мне не надо было бы спрашивать себя сознательно, является ли кофейная чашка новой. Это просто должно было возникнуть, как несоответствие. Кажущийся тривиальным, лежащий в основе ответ является мощной концепцией. Чтобы заметить, что что-то отличается, некоторые нейроны в моем мозгу, которые не были активны до этого, должны были стать активными. Как эти нейроны узнали, что кофейная чашка является новой, а сотни других предметов — нет? Ответ на этот вопрос до сих пор для меня является неожиданным. Наш мозг хранит воспоминания, чтобы постоянно делать предсказания обо всем, что мы видим, чувствуем, слышим. Когда я оглядываю комнату, мой мозг использует память для формирования предсказаний о том, что он ожидает почувствовать, прежде чем я почувствую это. Громадное количество предсказаний возникает за пределами понимания. Это как если бы отдельные части моего мозга говорили: «Посреди стола есть компьютер? Да. Он черный? Да. В правом углу стола есть лампа? Да. Лежит ли словарь там, где я его оставил? Да. Прямоугольно ли окно, вертикальны ли стены? Да. С того ли направления светит солнце для данного времени дня? Да». Но когда поступает некоторый визуальный паттерн, которого я не помню в этом контексте, предсказание нарушается. И ошибка привлекает мое внимание.
Конечно, мозг не разговаривает сам с собой, когда делает предсказания, и он делает предсказания не последовательным образом. Он также не просто делает предсказания о различных объектах вроде кофейной чашки. Ваш мозг постоянно совершает предсказания о структуре того самого мира, в котором мы живем, и делает он это параллельным образом. Это будет верным и когда мы быстро обнаруживаем необычную текстуру, уродливый нос или необычное движение. Сразу не скажешь, насколько обширны эти в основном подсознательные предсказания, что, возможно, является причиной того, почему мы так долго упускали их важность. Они происходят настолько автоматически, настолько легко, что мы ошиблись в оценке того, что происходит в наших головах. Я надеюсь убедить вас в могуществе этой идеи. Предсказания настолько обширны, что наше «восприятие» — то есть, каким мы видим мир — происходит не только от наших органов чувств. То, что мы воспринимаем — это комбинация того, что мы чувствуем, и предсказаний, основанных на памяти нашего мозга.
Несколько минут спустя я провел мысленный эксперимент, чтоб помочь выразить то, что я понял в тот момент. Я называю его экспериментом с измененной дверью. Вот он.
Когда вы приходите каждый день домой, вам обычно нужно несколько секунд, чтоб войти через парадную дверь или ту дверь, какую вы используете. Вы подходите, поворачиваете ручку, входите и захлопываете ее за собой. Это крепко устоявшаяся привычка, то, что вы делает все время и уделяете этому мало внимания. Предположим, пока вас не было, я прокрался в ваш дом и заменил что-то в вашей двери. Это может быть что угодно. Я мог бы передвинуть ручку на дюйм, заменить вращающуюся ручку на шпингалет, или заменить бронзовую на хромированную. Я мог бы изменить вес вашей двери, заменив сплошную древесину на полую, или наоборот. Я мог бы сделать петли скрипучими и тугими, или сделать их легко скользящими. Я мог бы сделать шире или уже дверь и дверной проем. Я мог бы изменить ее цвет, добавить дверное кольцо туда, где должен быть дверной глазок, или добавить окошко. Я могу вообразить тысячи изменений, которые мог бы сделать с вашей дверью без вашего ведома. Когда вы вернетесь домой в тот день и попытаетесь открыть дверь, вы быстро обнаружите что что-то не так. Может пройти несколько секунд, пока вы поймете, что именно не так, но сам факт изменения вы заметите очень быстро. Когда ваша рука потянется к дверной ручке, вы обнаружите, что она не на своем месте. Или когда вы увидите новое дверное окошко, что-то покажется странным. Или если вес двери изменился, вы толкнете ее с неправильным усилием и будете удивлены. Суть в том, что вы заметите любое из тысячи изменений за очень короткий промежуток времени.
Как вы это делаете? Как вы замечаете эти изменения? Специалисты в ИИ или компьютерщики подходят к этой проблеме так, что создается список свойств двери и заносится в базу данных, поля которой могут содержать отдельные записи для каждой конкретной двери. Когда вы подходите к двери, компьютер опросил бы всю базу данных, глядя на ширину, цвет, размер, положение ручки, вес, звук и т. д. Хотя поверхностно это звучит аналогично тому, как я описывал выше то, как мой мозг проверяем мириады предсказаний, когда я оглядываю мой офис, на самом деле есть далеко идущие отличия. ИИ-стратегия нереальна. Во-первых, невозможно заранее указать все атрибуты, которые могут быть у двери. Список потенциально бесконечен. Во-вторых, нам понадобились бы подобные списки для любых объектов, которые мы встречаем ежесекундно в нашей жизни. В-третьих, ничто из того, что нам известно о мозге и нейронах, не позволяет предположить, что они работают именно так. И наконец, нейроны просто слишком медленны, чтоб реализовать базы данных в компьютерном стиле. У вас бы заняло двадцать минут вместо пары секунд, чтоб заметить изменения в двери.
Есть только один способ интерпретировать вашу реакцию на измененную дверь: ваш мозг делает низкоуровневые предсказания по поводу того, что он ожидает увидеть, услышать, почувствовать в каждый момент, и делает он это параллельно. Все области вашего неокортекса одновременно пытаются предсказать, какими должны быть их следующие ощущения. Визуальные области делают предсказания по поводу краев, форм, объектов, расположения и движений. Слуховые области делают предсказания по поводу высоты звуков, направлений на источник и звуковых паттернов. Соматосенсорные области делают предсказания о прикосновениях, текстурах, контурах и температуре.
«Предсказание» обозначает, что нейроны, задействованные в восприятии вами двери становятся активными до того, как они получат сенсорную информацию. Когда поступает сенсорная информация, она сравнивается с тем, что ожидалось. Когда вы подходите к двери, ваш кортекс формирует массу предсказаний на основе предыдущего опыта. Когда вы подошли к ней, он предсказывает, что почувствуют ваши пальцы, когда вы прикоснетесь к двери, и в каком положении будут ваши суставы, когда вы действительно дотронетесь до двери. Когда вы начинаете открывать дверь, ваш кортекс предсказывает, какое сопротивление двери возникнет и как она будет звучать. Когда все ваши предсказания совпадут, вы войдете в дверь не осознавая, что эти предсказания были проверены. Но если ваши ожидания нарушены, ошибка заставит вас обратить внимание. Верные предсказания приведут к пониманию, что дверь нормальна, неверные предсказания приведут вас в замешательство и вынудят вас обратить внимание. Дверная защелка не там, где предполагается. Дверь слишком легкая. Дверь не по центру. Текстура ручки не та. Мы делаем непрерывные низкоуровневые предсказания параллельно для всех органов чувств.
Но это не все. Я занимаю более строгую позицию. Предсказания не просто одна из вещей, которые делает ваш мозг. Это
Я не знаю, кто первым предположил, что предсказания это ключ к пониманию интеллекта. В науке и промышленности никто не изобретал что-то полностью новое. Наоборот, люди видели, как существующие идеи укладываются в новые рамки. Компоненты новой идеи обычно витают в среде научных обсуждений, прежде чем ее откроют. Что является новым, так это упаковка этих компонентов в единое целое. Аналогично, идея о том, что первичная функция неокортекса делать предсказания, не является полностью новой. Она витала в различных формах некоторое время. Но еще не предполагалось, что ее законное положение в центре теории о мозге и в определении интеллекта.
По иронии судьбы, некоторые из пионеров искусственного интеллекта уделяли внимание компьютерным моделям мира с использованием предсказаний. В 1956 году, например, Д.М.Маккэй утверждал, что интеллектуальные машины должны иметь «механизм внутреннего ответа» предназначенный для «сопоставления входной информации». Он не использовал
