Джеф Хокинс - Об интеллекте

В качестве последнего примера давайте вернемся к сенсорному кортексу и снова взглянем на музыку (мне нравится использовать музыкальную память в качестве примера, потому что легко увидеть все проблемы, которые должен решить неокортекс). Инвариантное представление музыки иллюстрируется вашей способностью распознавать мелодию в любой тональности. Тональность, в которой сыграна мелодия, ссылается на музыкальную шкалу, на которой построена мелодия. Одна и та же мелодия, сыгранная в различных тональностях, построена из различных нот. Выбрав тональность для исполнения, вы задаете все оставшиеся ноты в мелодии. Мелодия может быть воспроизведена в различных тональностях. Это значит, что каждое исполнение «одной и той же» мелодии в новой тональности — фактически полностью отличающаяся последовательность нот! Каждое исполнение стимулирует различные участки вашей улитки, вызывая совершенно различные пространственно-временные паттерны, поступающие в слуховой кортекс… и тем не менее вы воспринимаете одну и ту же мелодию в каждом случае. Если у вас нет абсолютного слуха, вы не сможете даже различить, что одна и та же сыграна в другой тональности, если только не будете сравнивать.

Представьте песню «Somewhere over the Rainbow». Возможно вы впервые услышали ее в исполнении Джуди Гарленд в фильме «Волшебник страны Оз», но если у вас нет абсолютного слуха, то возможно вы не сможете даже вспомнить тональность, в которой она ее исполняла (Ля минор). Если я сяду за фортепиано и начну играть песню в такой тональности, в которой вы ее никогда не слышали — скажем, в Ре миноре — она будет звучать как точно та же самая песня. Вы не заметите, что все ноты отличаются от нот в той версии, с которой вы знакомы. Это означает, что ваша музыкальная память должна быть в форме, игнорирующей высоту ноты. Память должна хранить существенные отношения между нотами, но не сами ноты. В данном случае существенными отношениями являются относительная высота ноты, или «интервал». «Somewhere over the Rainbow» начинается с октавы вверх, затем полутон вниз, затем большая терция вниз и т. д. Интервальная структура мелодии одна и та же при исполнения в любой тональности. Ваша способность легко узнавать песню в любой тональности показывает, что ваш мозг хранит ее в форме, инвариантной к высоте нот.

Аналогично, память о лице вашей подруги также должно храниться в форме, не зависящей от особенностей точки зрения. Что делает ее лицо узнаваемым, так это его относительные размеры, относительные оттенки цвета, относительные пропорции, а не то, как оно выглядело в последний вторник в обед. Есть некоторые «пространственные интервалы» между чертами ее лица, также как и «высотные интервалы» между нотами в песне. Ее лицо шире относительно ее глаз. Ее нос короче относительно ширины ее глаз. Цвет ее волос и цвет ее глаз связаны подобным отношением, которое остается постоянным даже если при различном освещении их абсолютные цвета значительно изменяются. Когда вы запоминаете ее лицо, вы запоминаете эти относительные атрибуты.

Я верю, что подобное абстрагирование формы возникает во всем кортексе, в любой его области. Это общее свойство неокортекса. Память хранится в форме, которая фиксирует суть отношений, а не конкретные детали. Когда вы видите, чувствуете или слышите что-либо, кортекс получает детальную, высоко специфическую информацию и конвертирует ее в инвариантную форму. Именно инвариантная форма хранится в памяти, и любая новая информация сравнивается именно в инвариантной форме. Хранение, вспоминание и узнавание происходят в инвариантной форме. В вычислительной технике нет эквивалентной концепции.

Это поднимает интересную проблему. В следующей главе я докажу, что важной функцией кортекса является использование памяти для предсказания. Но исходя из того, что кортекс 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.

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?