В своих публикациях я раскрываю природу сознания человека. Однако мы осознаём далеко не всё из того, с чем имеет дело наш мозг и не всё контролируем сознанием. Наши мысли в форме словесного внутреннего диалога с собой всегда сочетаются с процессами, протекающими в фоновом режиме, но которые наше «Я» использует и как «почву под ногами» и как «пищу» для своего существования.
Наш мозг - это очень красивое «инженерное» решение, которое интересно рассматривать с разных сторон, не только в части работы сознания. Поговорим о некоторых процессах мышления, которые осуществляются без контроля сознания и которые в разной степени развиты у многих других животных помимо человека.
Распознавание зрительных образов – вот пример такого процесса. Вы смотрите на мир вокруг себя и видите его во множестве деталей. Вам не приходится говорить себе:«Так и что же я вижу? Это дерево, это дом, это небо, это прохожий в спортивном костюме...». Для вас распознавание происходит мгновенно и не требует словесного оформления и сознательных усилий, кроме отдельных случаев. На этих отдельных случаях пока не будем останавливаться. Поговорим о том, что происходит с миллионами ваших нейронов, когда вы шагаете по улице, вдыхаете (кстати тоже без контроля сознания) свежий воздух, радуетесь залитым солнцем деревьям и домам и думаете о чём-то своём, не связанным, с тем что вы видите вокруг. При этом, если что-то пойдет не так: увидели/услышали что-то неожиданное или потенциально опасное, мозг сразу просигнализирует вам об этом и эта информация будет вами осознана. Так как же ваш мозг наблюдает за внешним миром, подключая сознание только по мере необходимости?
Скажите, вы пробовали рисовать что-то по памяти? Например, пейзаж, который наблюдали сотни раз: лес или море. Я долго спрашивала себя, почему срисовать с фотографии мне не сложно, но восстановить из памяти увиденное в деталях и повторить на листе бумаги гораздо труднее. «У меня плохая зрительная память!» – с досадой думала я, пока не познакомилась с теорией Джефа Хокинса, которая объяснила мне как происходит восприятие и изучение окружающего мира на основе иерархической структуры памяти и принципа «память-предсказание». Я поняла, почему мы не храним в памяти четких картинок, наподобие фотографий, но в то же время всегда легко узнаём знакомые места и предметы.
Джеф Хокинс - основатель компании Numenta, которая занимается созданием искусственных нейронных сетей, моделирующих процессы, протекающие в неокортексе. Убеждён, что Искусственный интеллект подобный человеческому может быть создан.
Итак, что такое неокортекс? Эволюционно это самая «молодая» часть коры головного мозга, которая есть у всех млекопитающих, но наиболее развита у человека. Неокортекс отвечает за обработку сенсорных сигналов: зрительных, слуховых, обонятельных, осязательных. У человека также - за выполнение моторных команд, осознанное мышление и речь. Основные идеи того, как работает наш мозг по мнению Д. Хокинса были изложены им в книге «Об интеллекте», написанной в соавторстве с С.Блейксли(2004г.). Дополнения, к озвученным в этой книге идеям, изложены автором в его более поздней работе: «A Thousand Brains: A New Theory of Intelligence» (2021).
С работами Д. Хокинса меня познакомил муж несколько лет назад, когда экспериментировал с применением различных искусственных нейронных сетей для решения задачи распознавания аномалий в поведении системы. Среди прочих нейросетей он использовал HTM модель, разработанную компанией Numenta, основателем которой является Джефф Хокинс. Результаты сравнения эффективности работы различных искусственных нейросетей муж оформил статьей, которую можно почитать здесь.
Меня же зацепили не столько достижения Хокинса в моделировании нейробиологических процессов, сколько философские обобщения учёного по поводу того, что есть разум человека, сознание, творчество, воображение.
С его выводами относительно разума и сознания я не согласилась (интересно, согласитесь ли вы), но изложу их непредвзято для вас, тем более что многое в работе мозга он точно подметил и неплохо обосновал. С общими выводами, кажется сильно поспешил...
Джеф Хокинс вслед за нейрофизиком Верноном Маунткастлом утверждает, что все входящие сигналы, мозг обрабатывает на основе одного общего алгоритма. Мозгу, на самом деле, неважно, это сигнал с сетчатки глаз или вкусовых рецепторов. Неужели такое возможно?
Известно, что неокортекс разделен на области, которые выполняют разные функции. Например, затылочная доля содержит первичную зрительную кору и отвечает за распознавание визуальных образов, а височная доля содержит первичную слуховую кору. Но, как пишет Хокинс, мозг очень пластичен за счёт того, что различные зоны коры практически не отличатся друг от друга по своему строению и поэтому одна зона может начать работать за другую, если это потребуется. Вот как он это иллюстрирует примерами:
«Мозг взрослых людей с врожденной глухотой перерабатывает зрительную информацию в зонах, которые в обычных условиях отвечают за слуховое восприятие. Слепые от рождения люди используют большую часть зоны, которая у зрячих отвечает за зрительное восприятие, в процессе освоения и использования шрифта Брайля. Но ведь шрифт Брайля в первую очередь связан с осязанием, и закономерно было бы ожидать, что его освоение прежде всего должно активизировать зоны, отвечающие за осязание! Однако, судя по всему, такого, чтобы какая-либо из зон коры головного мозга ни за что не отвечала, не бывает. Когда, вопреки начальным ожиданиям, часть коры головного мозга, отвечающая за зрительное восприятие, не получает зрительных сигналов, она начинает искать другие информационные сигналы, хотя бы и предназначенные для других зон.»
Можно привести и другие аргументы в пользу того, что никакой особой разницы в обработке картинки или мелодии для нашего мозга - нет. Любой внешний пространственно-временной сигнал преобразуется в формат, с которым умеют работать нейроны - электрохимические импульсы.
Благодаря наличию этого общего алгоритма мозг не только может распознать отдельно вид за окном или любимую мелодию, но и связывать между собой сигналы, полученные через различные сенсоры. Например, услышав голос знакомого в магазине, вы станете оглядываться, ожидая его там увидеть и очень удивитесь, если этого не произойдет. Почувствовав щекотку на руке, вы внимательно осмотрите её, ожидая увидеть насекомое или упавший с головы волос.
Представьте себе, что за всем этим стоит работа шестислойной коры головного мозга и вертикальных колонок нейронов, проходящих через несколько слоев. Поступление любого пространственно-временного сигнала в мозг (звуков, изображений, ароматов, тактильных ощущений) возбуждает некоторые нейроны в колонках, но не все сразу, а очень любопытным образом.
Как, например, работает зрительная кора головного мозга, отвечающая за то, что вы распознаете кошку, лампочку или лицо своего друга? Вот как это объясняет Джефф Хокинс на основе предложенной им иерархической структуры памяти и модели работы мозга «память-предсказание».
Сначала он предлагает представить, что зрительная кора на самом деле состоит из зон (биологи их обозначают V1, V2, V4 и IT), которые отвечают за распознавание на разном уровне.
«Зрительная информация с сетчатки ваших глаз передается к V1. Этот входной поток информации можно представить как непрерывно изменяющиеся последовательности сигналов, которые передаются приблизительно по миллиону аксонов, составляющих ваш зрительный нерв... Каждую секунду какой-то пучок волокон посылает электрический разряд, называемый потенциалом действия, или импульсом, в то время как другие пучки молчат. Общая активность пучка волокон называется паттерном (последовательностью сигналов). Паттерн, полученный зоной V1, будет пространственным, если ваши глаза на мгновение остановились на объекте, и временным, если они его разглядывают. Примерно трижды в секунду ваши глаза осуществляют скачкообразное движение – саккаду, после чего следует пауза – фиксация»
А вы знали о наличии саккад? Саккады вызывают изменение точки фиксации взора, благодаря чему осуществляется рассматривание зрительного объекта, но мы этого не замечаем. Эти движения непроизвольные, но не хаотичные. Глядя на лицо собеседника, вы фиксируете взгляд примерно в такой последовательности: глаз-глаз-нос-рот и в этом есть смысл, ведь, чтобы распознать объект как лицо даже в неумелой детской картинке, надо найти такие детали и их взаимное расположение, которые позволят вашему мозгу посчитать объект лицом.
Приведу дальнейшую цитату из книги «Об интеллекте» Д.Хокинса и С.Блейксли:
«Поместив в зону V1 электрод и наблюдая за «поведением» отдельных клеток, мы обнаружим, что каждый нейрон посылает разряд только в ответ на зрительный сигнал из крошечной части сетчатки. Такой опыт по изучению зрительной функции проводили много раз. Каждый нейрон зоны V1 привязан к своему рецептивному полю, которое является очень ограниченным по сравнению с общим полем зрения. Нервные клетки зоны V1 ничего не знают о лицах, автомобилях, книгах или других объектах, постоянно встречающихся на вашем пути. Все, что они знают, – это крошечная, как укол булавки, часть всего мира перед вашими газами. Каждая клетка зоны V1 настроена на восприятие определенных видов входных сигналов. Например, некий нейрон бурно реагирует, когда в его рецептивное поле попадает линия или угол в тридцать градусов. Сам по себе такой угол не имеет особенного значения. Он может быть частью какого угодно предмета – доской паркета, обломком дерева, частью буквы М. При каждой новой фиксации рецептивное поле клетки исследует новую часть видимого пространства. При разных фиксациях поток импульсов, посылаемый клеткой, может быть сильнее или слабее, а может и вовсе отсутствовать, т. е. при каждой саккаде активность клеток в зоне V1 изменяется. А вот если мы введем электрод в верхнюю зону IT, то обнаружим нечто совершенно невероятное. Мы увидим, что некоторые клетки указанной зоны возбуждаются и остаются активными, когда в поле зрения человека появляются целые объекты. Например, мы можем найти клетку, энергично реагирующую каждый раз, когда в поле зрения появляется лицо. Эта клетка будет активной до тех пор, пока лицо присутствует в любой точке поля зрения, под любым ракурсом и при любом освещении. Она не включается-выключается при каждой последующей саккаде, как это делают клетки зоны V1. Рецептивное поле такой клетки покрывает большую часть зрительного пространства, и она возбуждается всякий раз, когда человек видит лица».
В этом проявляется иерархичная структура распознавания. Говоря совсем простым языком, в первичной зрительной зоне нейроны могут возбудиться, распознав отдельные детали, а на более высоких уровнях иерархии детали собираются в одно целое. На самых высоких уровнях складывается информация не просто от одного вида сенсоров, но сразу со всех задействованных в восприятии входящей информации.
А что насчёт модели «память-предсказание», о которой я упомянула выше? Хокинс приходит к выводу, что предсказание - главная работа разума. Что же предсказывает наш разум и как?
Информационные сигналы поступают не только от низших зон к высшим, но и обратно. В то время как низшие зоны реагируют на первые ноты знакомой мелодии, высшие спускают к низшим предсказание того, какими будут следующие ноты в следующий момент времени и если предсказание совпадает с поступающим сигналом, ничего особенного вы не замечаете, всё идёт «как надо», но если вдруг в песне появился новый куплет или проигрыш, который вы ни разу не слышали, это не совпадёт с предсказаниями вашего мозга и вы почувствуете удивление или даже смятение. При этом возбудятся нейроны, которые ранее никогда не активизировались при прослушивании данной песни. Если вы услышите новую вариацию песни несколько раз, то эти новые нейроны будут участвовать с предсказаниях мозга все последующие разы. Сами предсказания будут содержать ветвления, то есть мозг будет одновременно ожидать сокращенную и полную версию песни и тот и другой вариант он распознает как знакомый.
Как именно происходит обучение нейронов, формирование синапсов, прохождение сигналов вверх и вниз по иерархии зон можно прочитать в статьях Д.Хокинса и его коллег, размещенных на сайте компании Numenta. Они как раз занимаются машинным моделированием этих процессов и некоторых успехов в этом направлении им удалось достичь.
Когда вы подходите к дому, ваш мозг прогнозирует, что входная дверь окажется на своём месте, она будет так же выглядеть как и прежде, за дверью будет лестница и так далее. Как только случается, что-то не совпадающее с предсказаниями мозга, вы сразу это замечаете. Я, например, могу пройти 700 метров от моря до дома, пересечь несколько перекрестков и как будто не помнить об этом оказавшись дома, если всю дорогу я была погружена в свои мысли. Мой мозг управляет моим передвижением, не загружая этим моё сознание. Но если я слышу крики, детский плач, если светофор не работает, если машины не тормозят перед «зеброй» – я обязательно это замечу, что-то подумаю об этом в словесной форме, то есть осознаю. Замечали подобное за собой?
Ещё одна интересная мысль, которую я встретила в книге Д.Хокинса это то, что наш мозг создаёт инвариантные представления, которые и использует потом в своих прогнозах.
Инвариантные представления в музыке обеспечивают способность узнавать мелодию, исполненную в разных тональностях. Зрительные инвариантные представления позволяют узнавать вам лица близких при разном освещении, угле зрения на разном расстоянии от вас. Интуитивно понятно, что такое инвариантные представления, но ученым не до конца понятно как мозг строит и держит в памяти их.
Сущностью разума по мнению Д.Хокинса является умение строить предсказания на основе инвариантных представлений, сохраненных в памяти. Главная задача, которую решает мозг согласно модели «память-предсказание» - это изучение сложной структуры внешнего мира. Внешний мир не хаотичен и бессвязен, а упорядочен. В доме есть этажи, на этажах квартиры, в квартирах комнаты и так далее. У дерева есть ствол, на стволе ветки, на ветках листья и плоды. Всю эту разнообразную информацию мозг воспринимает, запоминает и использует для дальнейшего обучения.
Увлекшись своей идеей «память-предсказание» как основы работы мозга, учёный приходит к выводу, что наша речь тоже строится исключительно на предсказаниях и сравнениях своих предсказаний с тем, что происходит на самом деле.
«Если мы с вами обедаем за одним столом и я вас попрошу: «Простите, вы не могли бы мне подать…», ваш мозг будет готов услышать не только «соль», но и «горчицу», и «перец». В определенном смысле он спрогнозировал все три варианта сразу. Но скажи я вам: «Простите, вы не могли бы мне подать тротуар для пешеходов», вы мгновенно озадачились бы»
Д.Хокинс не считает человеческую речь чем-то особенным по сравнению с сенсорным восприятием. Язык, по его мнению, это всего лишь способ хранения и передачи информации об окружающем нас структурированном мире.
Зачем мы говорим внутри себя сами с собой и делаем это непрерывно Хокинс не анализирует, потому что в функциях языка он не замечает главную... Так же как и в работе сознания тоже не видит того главного, ради чего природа наделила им только человека.
Этому учёному кажется очевидным, что разум это такая сложная биологическая программа, которая полностью определяет поведение человека, исходя из того, с чем он уже имел дело и тем, что происходит в настоящий момент. Вот как он размышляет об этом:
«Неокортекс – это сложная биологическая автоассоциативная система памяти. В каждый момент времени каждая функциональная зона зорко бдит, не появились ли на входе знакомые элементы или их фрагменты. Появление в поле вашего зрения знакомого человека мгновенно прервет поток самых глубоких размышлений – ваши мысли переключатся на приятеля. Визуальный сигнал – появление знакомого – заставляет мозг включится в процесс вспоминания других сигналов, ассоциируемых с ним. Это неизбежно. А после такого внезапного отвлечения внимания мы часто ломаем голову: «Так о чем же я думал?» Обеденный разговор с друзьями тоже протекает в ассоциативных рамках. Скажем, беседа начинается с обсуждения блюд. Вы отмечаете, что такой же салат ваша мать приготовила вам на свадьбу, и это наводит кого-то на воспоминания о его свадьбе, затем о медовом месяце и путешествии в экзотическую страну, о политических проблемах в той части мира и так далее. Мысли и воспоминания ассоциативно взаимосвязаны – случайностей здесь нет и быть не может. Входные сигналы, поступающие в мозг, автоассоциативны по отношению к самим себе, они дополняют новые модели и автоассоциативно связаны с тем, что произойдет дальше. Такая цепочка воспоминаний называется мыслью, и, хотя ее путь не предначертан, полного контроля над ней мы тоже не имеем»
Я планирую во второй части статьи, ответить на вопрос, зачем же мы осознаем неосознанное, возвращаясь к заголовку публикации. Мне хочется выделить те функции языка, на которые Хокинс, да и многие другие, к сожалению, не обращают внимания. Ведь дело не в том, что язык не служит инструментом для хранения и передачи сложной упорядоченной информации о внешнем мире, конечно служит, но дело в том, что он служит также совершенно иной неожиданной цели.
О связи языка и сознания можно почитать также тут.
А пока мне очень интересно ваше мнение: наш разум это сложная биологическая программа и не более ? Что тогда наше «Я» и есть ли у «Я» хоть какая-то свобода выбора?
P.S. Поставьте 👍, если публикация показалась полезной и интересной, благодаря этому её увидит большое количество людей.
