Хорас Барлоу (член Королевского общества, младший внук сэра Хораса Дарвина, младшего сына Чарлза Дарвина, представитель знаменитой кембриджской династии нейробиологов) в 1961 году опубликовал две статьи, посвященные идее снижения избыточности и распознавания образов.
В фольклоре нейробиологов есть мифический «бабушкин нейрон», который возбуждается, только если очень специфический образ – лицо бабушки Джерри Леттвина – попадет на сетчатку глаза (Леттвин – выдающийся американский нейробиолог, как и Барлоу, изучавший сетчатку лягушки).
Дело в том, что бабушка Леттвина – лишь один из бесчисленных образов, распознаваемых мозгом.
Если бы существовали специальные нейроны для всего, что мы можем опознать, – не только бабушку Леттвина, но и множество других лиц, объектов, букв алфавита, цветов, каждый из которых мы видим под разными углами на различном расстоянии, – у нас случился бы комбинаторный взрыв.
Если бы чувственное восприятие работало по принципу «бабушки», количество специфических нейронов для всех возможных комбинаций нервных импульсов превысило бы число атомов во Вселенной.
Американский физиолог Фред Эттнив подсчитал, что объем мозга в этом случае измерялся бы кубическими световыми годами.
В качестве альтернативы Барлоу и Эттнив независимо предложили механизм снижения избыточности.
Термин «избыточность» в качестве своего рода обратной стороны информации пустил в обращение Клод Шеннон, основатель теории информации.
В английском языке за буквой «q» всегда следует буква «u», поэтому «u» можно опустить без потери информации – эта буква избыточна. Когда избыточность присутствует в сообщении (что всегда происходит при наличии элемента неслучайности), оно может быть записано более экономно без потери информации, хотя и с некоторым снижением возможности исправления ошибок.
Барлоу предположил, что на каждом этапе сенсорных путей существуют механизмы, предназначенные для устранения избыточности.
Мир в момент времени t незначительно отличается от мира в момент времени t−1. Поэтому сенсорным системам не обязательно постоянно оповещать мозг о состоянии мира. Они реагируют только на изменения сигналов, позволяя мозгу допускать, что все, о чем не сообщалось, остается по-прежнему.
А теперь подумайте об этой концепции в рамках интегральной психологии и восприятия реальности.
И, так как я обожаю любопытные факты, то просто не могу не дополнить сию историю.
Сенсорная адаптация – хорошо известная функция сенсорных систем, которая действует в точности так, как предсказал Барлоу. Если нейрон сигнализирует, например, о температуре, то уровень его возбуждения, как можно наивно предположить, не пропорционален температуре.
Возбуждение увеличивается только с изменением температуры, а затем угасает до низкого уровня покоя. То же самое справедливо для нейронов, сигнализирующих о яркости, громкости, давлении и т. д.
Сенсорная адаптация позволяет достичь значительной экономии, используя неслучайность временной последовательности состояний мира.
Например, движение представляет собой неизбыточное изменение в мире лягушки (излюбленный предмет исследований Леттвина). Но даже движение становится избыточным, если продолжается в одном направлении с одинаковой скоростью.
Как и следовало ожидать, Леттвин и его коллеги обнаружили нейрон «странности» в своих лягушках, который возбуждается, если движущийся объект делает что-то неожиданное – ускоряется, замедляется или меняет направление. Нейрон «странности» предназначен для того, чтобы отсеивать избыточность очень высокого порядка.
А значит, исследование сенсорных фильтров лягушки теоретически позволит нам получить сведения об избыточности, существующей в животном мире.