Сканер детектирует, какие области мозга при выполнении этих задач более активны, чем в обычном состоянии, и рисует цветные точки на изображении мозга субъекта, чтоб точно указать местоположение. Эти области, предположительно, центральные для данной задачи. Произведены тысячи экспериментов по функциональному отображению, и еще тысячи предстоит сделать. Таким образом мы постепенно строим картину того, где происходят определенные функции в типичном взрослом мозге. Легко сказать «это область, ответственная за распознавание лиц, эта — за математические способности, эта — за музыкальные» и т. д. Поскольку мы не знаем, как мозг выполняет эти задачи, естественно предположить, что мозг решает различные задачи различными способами.
Но так ли это? Растущий и зачаровывающий массив данных подтверждает предположение Монткастла. Несколько лучших примеров демонстрируют крайнюю гибкость неокортекса. Любой человеческий мозг, правильно питающийся и помещенный в правильное окружение, может изучить тысячи языков. Один и тот же мозг может выучить язык жестов, письменный язык, музыкальный язык, математический язык, компьютерные языки, язык тела. Он может научиться выживать в прохладном северном климате или в обжигающей пустыне. Он может стать экспертом по шахматам, рыбной ловле, сельскому хозяйству или теоретической физике. Рассмотрим факт, что у вас есть специальная визуальная область, которая предположительно специально предназначена представлению письменных букв и цифр. Значит ли это, что вы родились с языковой областью, готовой к обработке букв и цифр? Вряд ли. Письменный язык существует совсем недолго для того, чтоб попасть в наши гены, чтоб задействовать специальный механизм для этого. Таким образом, кортекс все равно разделяется на функциональные области, специфичные для конкретных задач в детстве, основываясь исключительно на опыте. Человеческий мозг имеет невероятную емкость для изучения и адаптации к тысячам обстановок, которые не существовали ранее. Это указывает на черезвычайную гибкость системы, а не на то, что в ней тысячи решений для тысяч задач.
Нейрофизиологи также обнаружили, что соединения в неокортексе поразительно «пластичны», что означает, что неокортекс может изменять и перекоммутировать себя в зависимости от типа информации, поступающей в него. Например, мозг новорожденного хорька можно хирургически переделать так, что глаза животного будут посылать свои сигналы в области, в норме развивающиеся для слуха. Неожиданный результат в том, что хорек развивает функционирующий визуальный канал в слуховой части своего мозга. Другими словами, он видит той мозговой тканью, которая в норме слышит звуки. Аналогичные эксперименты были проведены с другими органами чувств и областями мозга. Например, часть визуального кортекса крысы может быть пересажена при рождении в область, где обычно представлено осязание. Когда крыса вырастает, трансплантированная ткань обрабатывает осязание, а не зрение. Клетки не рождаются специализированными к зрению, осязанию или слуху.
Каждая часть человеческого неокортекса пластична. Взрослые люди, родившиеся глухими, обрабатывают визуальную информацию в тех областях, которые в норме становятся слуховыми областями. А люди с врожденной слепотой используют тыльную часть своего кортекса, которая обычно становится визуальной, для чтения азбуки Брайля. Поскольку азбука Брайля затрагивает осязание, вы могли бы подумать, что она должна в первую очередь активироваться в областях осязания, но, очевидно, ни одна область кортекса не бездействует. Визуальный кортекс, не получающий информацию от глаз, как это «предполагалось», переназначается на просеивание других паттернов — в данном случае от других кортикальных областей.
Все это приведено, чтобы показать, как области мозга развивают специализированные функции базируясь в основном на типе информации, поступающей в него во время развития. Кортекс не запрограммирован жестко для выполнения различных функций с использованием различных алгоритмов, как и земная поверхность не предопределена для того, чтоб прийти к современному расселению национальностей. Организация вашего кортекса, подобно политической географии на земном шаре, могла бы пойти по-другому, если б ранее были заданы другие условия.
Гены предопределяют общую архитектуру кортекса, включая то, какие области соединяются, но внутри этой структуры система черезвычайно гибкая.
Монткастл был прав. Есть единый мощный алгоритм, реализованный в каждой области кортекса. Если вы соедините области кортекса в подходящую иерархию и обеспечите потоками информации, он будет изучать свое окружение. Таким образом, нет причин, по которым интеллектуальные машины будущего должны иметь тот же самый набор органов чувств или возможностей, что и человек. Кортикальный алгоритм может быть использован другим путем, с другими органами чувств в машинном кортексе, так что подлинный гибкий интеллект возникнет не только в биологическом мозгу.
Давайте перейдем к вопросу, который посвящен предположению Монткастла и такой же неожиданный. Информационные потоки, поступающие в ваш кортекс, в основном идентичны. Вы, возможно, снова думаете, что ваши чувства полностью отдельные сущности. В конце концов, звук передается волнами давления по воздуху, зрение передается светом, осязание передается через давление на вашу кожу. Слух кажется временным, зрение кажется в основном в виде отдельных изображений, осязание — в основном пространственным. Что может быть более различным, чем звук блеющего козла и изображение яблока?
Но давайте взглянем более пристально. Визуальная информация посылается в ваш мозг через миллионы волокон в оптическом нерве. После короткой передачи через таламус она попадает в первичный визуальный кортекс. Звуки переносятся через тридцать тысяч волокон слухового нерва. Они передаются через некоторые более старые области мозга и попадают в первичную слуховую кору. Ваш спинной мозг переносит информацию о прикосновениях и внутренних ощущениях в ваш мозг через другие миллионы волокон. Они принимаются вашим первичным соматосенсорным кортексом. Это основные каналы попадания информации в ваш мозг. Они являются тем, как вы ощущаете мир.
Вы можете представлять эти каналы как связку электрических проводов или связку оптических волокон. Вы могли бы увидеть индикаторы, организованные оптическими волокнами, где цветные точки появляются на конце каждого волокна. Каналы попадания информации в мозг похожи на это, только волокна называются аксонами, и они переносят нервные сигналы, называемые «потенциалами действия» или «спайками», имеющие электрохимическую природу. Органы чувств, подающие эти сигналы, различны, но как только они превращаются в потенциалы действия, они становятся одним и тем же — просто паттернами.
Если вы взглянете, например, на собаку, множество паттернов поступит через волокна вашего оптического нерва в визуальную часть вашего кортекса. Если вы слышите собачий лай, другое множество паттернов поступит по слуховому нерву в слуховую область вашего мозга. Если вы гладите собаку, множество осязательных паттернов поступает из вашей руки по волокнам в спинном мозге в часть вашего мозга, оперирующую с осязанием… Каждый паттерн — от взгляда на собаку, от звука ее лая, от прикосновения к собаке — расценивается по- разному, потому что приходит различными путями кортикальной иерархии. Важно где кабели приходят в мозг. Но на абстрактном уровне сенсорного ввода, они все по существу одно и то же, и все обрабатываются похожим образом в шестислойном кортексе. Слышите ли вы звук, видите ли свет, чувствуете ли давление — в мозгу нет фундаментальных различий между этими типами информации. Потенциал действия есть потенциал действия. Эти мгновенные спайки идентичны, несмотря на то, чем исходно они были вызваны. Все, что знает ваш мозг — это паттерны.
Ваше восприятие и знания о мире построены из этих паттернов. Внутри вашей головы нет света. Там темно. Внутрь головы не приходят звуки. Там тихо. Фактически, мозг — это только часть вашего тела, которая не ощущает сама по себе. Хирург мог бы ткнуть пальцем в ваш мозг и вы бы не почувствовали этого. Вся информация, попадающая в ваш разум, приходит как пространственные и временные паттерны на аксонах.
Что точно я имел в виду под пространственными и временными паттернами? Давайте взглянем на наши основные чувства по очереди. Зрение переносит и пространственную и временную информацию. Пространственные паттерны это одновременные паттерны во времени; они создаются, когда множество рецепторов одного и того же органа чувств стимулируются одновременно. В зрении чувствительным органом является сетчатка. Изображение попадает в зрачок, переворачивается хрусталиком, падает на сетчатку и создает пространственный паттерн. Этот паттерн передается в ваш мозг. Люди склонны думать, что маленькое перевернутое изображение мира поступает в ваши визуальные области кортекса, но это работает не так. Нет картинки. Это больше не картинка. Фундаментально это просто паттерн электрической активности. Его картинкоподобное качество теряется очень быстро по мере того, как ваш кортекс обрабатывает информацию, передавая компоненты паттерна вверх и вниз между различными областями, сдвигая его, фильтруя его.
Зрение так же соотносится и с временными паттернами, это обозначает, что паттерны, попадающие в ваши глаза, постоянно изменяются во времени. Но тогда как пространственный аспект зрения очевиден, его временной аспект менее очевидный. Примерно три раза в секунду ваши глаза совершают неожиданные движения, называемые саккадами. Они фиксируются на одной точке, затем неожиданно перепрыгивают к другой. Каждый раз, когда ваши глаза движутся, изображение на вашей сетчатке изменяется. Это обозначает, что паттерны, передаваемые в ваш мозг, также полностью меняются с каждой саккадой. Это только в простейшем возможном случае вы сидите и смотрите на неподвижную сцену. В реальной жизни вы постоянно вертите головой, двигаете телом и ходите в постоянно изменяющемся окружении. Ваше сознательное впечатление — это стабильный мир, полный объектов и людей, которые легко отслеживать. Но это впечатление возможно только благодаря способности вашего мозга оперировать с потоком сетчаточных изображений, паттерны которых никогда точно не повторяются. На самом деле зрение, расцененное как паттерны, попадающие в мозг, течет подобно реке. Зрение больше похоже на песню, чем на рисунок.
Большинство исследователей зрения игнорируют саккады и быстрые изменения визуальных паттернов. Работая с обездвиженными животными, они изучают, как возникает зрение, когда бессознательное животное фиксирует взгляд в точке. Поступая так, они уходят от временного измерения. Нет ничего ошибочного в этом принципе; исключение переменных — базовый элемент научной методологии. Но они выбрасывают центральный компонент зрения, из которого оно состоит. Время должно занимать центральное место в нейрофизиологическом учете зрения.
Говоря о слухе, мы думаем о временном аспекте звука. Для нас интуитивно очевидно, что звуки, речь и музыка изменяются во времени. Вы не можете услышать всю песню сразу же, также как не можете мгновенно услышать произнесенное предложение. Песня существует только во времени. Таким образом, мы обычно не думаем о звуке, как о пространственном паттерне. В некотором смысле это инверсия случая со зрением: временной аспект сразу же очевиден, но пространственный аспект менее очевиден.
Слух также имеет пространственный компонент. Вы конвертируете звуки в потенциалы действия в свернутом кольцами органе в ухе, называемом улиткой. Крошечный, непрозрачный, свернутый в спираль и встроенный в самую твердую кость тела височную кость, улитка была дешифрована более чем полстолетия назад Венгерским физиологом Джорджем фон Бекси. Строя модель внутреннего уха, фон Бекси открыл, что каждая компонента слышимого вами звука заставляет вибрировать участок улитки. Высокочастотные тоны заставляют вибрировать жесткое основание улитки. Низкочастотные тоны заставляют вибрировать свободную и самую внешнюю часть улитки. Средние частоты вызывают вибрацию в промежуточных сегментах. Каждая площадка улитки усеяна нейронами, которые возбуждаются, когда их встряхивает. В повседневной жизни ваши улитки вибрируют на большом количестве частот одновременно. Таким образом в каждый момент времени имеется новый пространственный паттерн возбуждений по длине каждой улитки. Каждый момент времени новый пространственный паттерн пробегает по слуховому нерву. Снова мы видим, как эта сенсорная информация сводится к пространственно-временным паттернам.
Люди обычно не думают об осязании, как о пространственном феномене, но это во всех отношениях как временной, так и пространственный паттерн. Вы можете провести эксперимент, чтоб самим убедиться. Попросите друга сложить руку в виде чашки, ладонью вверх, и закрыть глаза. Поместите маленький обычный предмет в его ладонь — кольцо, ластик, или еще что-либо — и попросите его определить что это, не двигая частями руки. У него не будет другой подсказки кроме как вес или, возможно, большой размер. Затем попросите его продолжать держать глаза закрытыми, и двигать пальцами по объекту. Скорей всего, он сразу же определит. Позволив пальцам двигаться, вы добавили время к сенсорному восприятию осязания. Есть прямая аналогия между фовеальной областью в центре вашей сетчатки и вашими пальцами, и то и другое обладают высоким разрешением. Таким образом, осязание также подобно песне. Ваша способность использовать осязание сложным образом, такое как застегивание рубашки или отпирание двери в темноте, зависит от изменяющихся во времени паттернов чувства осязания.
Мы учим наших детей, что у человека пять чувств: зрение, слух, осязание, обоняние и вкус. В действительности у нас их больше. Зрение больше похоже на три чувства: чувство движения, ощущение цвета и ощущение освещенности. В осязании присутствуют давление, температура, боль и колебания. У нас также есть целая система сенсоров, говорящих нам о положении нашего тела и о углах сгиба суставов. Она называется проприоцептивной системой (
Ваш кортекс в действительности не знает и не чувствует мир напрямую. Единственная вещь, которую знает кортекс — это потоки паттернов на входных аксонах. Ваше восприятие мира создано из этих паттернов, включая ваше ощущение самого себя. Фактически, ваш мозг не может напрямую узнать, где кончается ваше тело и начинается мир. Нейрофизиологи, изучающие отображение тела, обнаружили, что наше ощущение самих себя более гибкое, чем нам кажется. Например, если я дам вам маленькие грабли и заставлю использовать их для
