Новая нейронная модель основывается именно на этом.
Как происходит процесс обучения
У всех нейронов из всех слоев коры головного мозга есть синапсы, большинство из которых может модифицироваться под влиянием опыта. Можно с уверенностью сказать, что процесс обучения и запоминания происходит во всех слоях, во всех колонках и во всех зонах коры головного мозга. Я упоминал ранее правило «обучения Хебба», названное так в честь Дональда Хебба. Сущность этого правила очень проста: когда два нейрона активизируются одновременно, синаптические связи между ними усиливаются. (Его легко запомнить как фразу «Возбуждены вместе – связаны вместе».) Сейчас мы знаем, что Хебб был прав. Конечно, ничего в природе не бывает настолько простым, свойства настоящего мозга сложнее. Наша нервная система работает на основе многих вариаций «обучения Хебба». Некоторые синапсы изменяют силу связи в ответ на незначительные отклонения координации нейронных сигналов. Некоторые синаптические изменения оказываются краткосрочными, некоторые – долгосрочными. Хебб очертил основные рамки, а не создал конечную теорию процесса обучения, причем эти рамки оказались очень и очень полезными.
Принципы «обучения Хебба» объясняют большинство проявлений поведения коры головного мозга, о которых мы говорили в данной главе. Помните, еще в 1970-х годах было установлено, что автоассоциативная память при помощи алгоритма «обучения Хебба» может усвоить пространственные сигналы и их последовательности. Основная проблема заключалась в том, что автоассоциативная память не в состоянии справиться с отклонениями. Согласно теории, предложенной в нашей книге, кора головного мозга нашла выход из такой ситуации, частично путем складывания автоассоциативных запоминаний в иерархию, а частично – путем использования сложной столбчатой архитектуры. Эта глава почти полностью посвящена иерархической структуре мозга и ее работе, поскольку именно иерархия обусловливает высокую мощность коры головного мозга. Вместо того чтобы пускаться в пространные объяснения, как та или иная клетка учится тем или иным вещам, я хотел бы раскрыть несколько общих принципов обучения в иерархии.
У новорожденного кора головного мозга «не знает» фактически ничего. Она не знает его языка, его культуры, его дома, его города, песен, людей, вместе с которыми он будет расти, – ничего. Всю эту информацию – структуру внешнего мира – нужно выучить. Основными составляющими обучения являются формирование классификаций и создание последовательностей. Эти два взаимодополняющих компонента взаимодействуют друг с другом. По мере того как одна зона коры головного мозга учит последовательности, входящие сигналы, которые она посылает в клетки слоя 4 зоной выше в иерархии, меняются. Клетки слоя 4 учатся формировать новые классификации, что изменяет сигнал, проецируемый назад, в слой 1, зоной ниже, а это влияет на последовательности.
Основой формирования последовательностей является группирование паттернов, которые относятся к одному и тому же объекту. Один из способов – группировать сигналы, следующие друг за другом. Когда ребенок держит в руке игрушку и медленно ее переворачивает, его мозг может с уверенностью считать, что непрерывно изменяющееся изображение на сетчатке все равно принадлежит одному и тому же объекту, а значит, изменяющийся набор сигналов можно сгруппировать вместе. Иногда нужна внешняя подсказка, чтобы определить, что сигналы принадлежат одному и тому же целому. Чтобы выучить, что яблоки и бананы принадлежат к фруктам, а морковь и картофель – нет, нужен учитель, который помог бы сгруппировать указанные объекты как фрукты. В любом случае ваш мозг создает последовательности сигналов, принадлежащих одному целому. Однако когда зона мозга уже создала последовательности, то входной сигнал, поступающий в следующую область, изменяется. Если раньше он представлял отдельные сигналы, то теперь представляет группу сигналов. Входной сигнал превращается из ноты в мелодию, из букв в слово, из носов в лица и так далее. Поскольку сигналы снизу вверх становятся более объектно-ориентированными, высшая зона коры головного мозга теперь может запоминать последовательности этих объектов высшего порядка. Там, где раньше строились последовательности букв, теперь строятся последовательности слов. Неожиданным результатом процесса обучения является то, что на протяжении повторного обучения представления объектов передвигаются вниз по иерархии. В первые годы вашей жизни «записи» о мире формируются в высших зонах коры головного мозга. Однако по мере вашего дальнейшего обучения они перемещаются во все более низкие зоны иерархии коры головного мозга. Не то чтобы мозг их передвигал туда, просто он должен учить их заново, снова и снова. (Я не хочу сказать, что все запоминания обязательно начинаются с высших зон иерархии коры головного мозга. В реальной жизни усвоение информации выглядит сложнее. Я считаю, что классификация сигналов слоя 4 начинается снизу и передвигается вверх. По мере передвижения формируются последовательности, которые опускаются вниз. Запоминания последовательностей опускаются все ниже и ниже в коре головного мозга.) Когда простые репрезентации передвигаются вниз, высшие зоны коры головного мозга получают возможность учить новые, более сложные, сигналы.
Создание и передвижение вниз иерархически организованных воспоминаний можно наблюдать на примере обучения ребенка. Как мы постигаем чтение? Первое, чему нас учат, – распознавать отдельные печатные буквы. Это медленный и сложный процесс, требующий сознательных усилий. Потом мы переходим к распознаванию простых слов. И снова вначале это дается нам с большим трудом и очень медленно, даже если слова состоят из трех-четырех букв. Ребенок может прочесть каждую букву последовательности и произнести каждую из них поочередно, но понадобиться достаточно большое количество времени, прежде чем слово будет распознано как слово. Выучив простые слова, мы переходим к изучению многосложных. Сначала мы произносим каждый слог, сцепляя их, как делали это в свое время с простыми словами. После многолетней практики человек способен читать достаточно быстро. Мы достигаем уровня, когда видим не отдельные буквы, а распознаем целые слова и даже фразы с первого взгляда. Дело не в том, что мы стали более быстрыми, а в том, что мы распознаем слова и фразы как целостные единицы. Когда мы читаем все слово, видим ли мы буквы этого слова? И да, и нет. Конечно, сетчатка глаза видит буквы, а значит, и клетки зоны V1 тоже. Однако распознавание букв происходит относительно низко в иерархии коры головного мозга, скажем, в зоне V2 или V4. К тому моменту, когда сигнал попадает в IT, отдельные буквы уже не будут представлены сигналом. То, что вначале требовало деятельности всей зоны коры головного мозга – распознавание отдельных букв, – теперь происходит ближе к сенсорному входному сигналу. Когда запоминания простых объектов (букв) перемещаются вниз по иерархии, высшие зоны коры головного мозга получают возможность учить сложные объекты, такие как слова или фразы.
Обучение чтению музыки по нотам может служить еще одним примером. Сначала нужно концентрироваться на каждой ноте. С приобретенным опытом вы начинаете распознавать простые нотные последовательности, затем – целые фразы. После достаточно длительной практики все происходит так, как если бы вы не видели нот вообще. Нотный лист служит вам для того, чтобы помнить общую структуру музыкального фрагмента, а детальные последовательности сохранились в памяти на более низком уровне коры головного мозга. Такой тип обучения происходит как в двигательной, так и в сенсорной зонах.
Молодой мозг медленнее распознает входные сигналы, медленнее формирует моторные команды, потому что запоминания, используемые в этих задачах, расположены выше в иерархии. Информация должна пройти весь путь вверх и вниз, возможно, неоднократно, для того, чтобы неясности разрешились. Передвижение сигналов вниз и вверх по иерархической структуре коры головного мозга требует времени. В молодом мозге еще не сформировались сложные последовательности в высших областях, поэтому он не может распознать и отреагировать сложными сигналами. Молодой мозг не может понять высшую структуру внешнего мира. По сравнению со взрослым язык ребенка прост, его музыка незамысловата, и его социальные интеракции тоже просты.
Если вы изучаете определенный набор объектов снова и снова, то ваша кора головного мозга смещает в памяти последовательности объектов в нижнюю часть иерархии. Это высвобождает верхние зоны иерархии для изучения более сложных и тонких связей. Согласно моей теории, именно таков путь становления эксперта.
Например, я работаю в области компьютерного дизайна, и многие удивляются тому, что я, только взглянув на продукт, уже вижу его недостатки, заложенные в архитектуре. Проработав двадцать пять лет в сфере компьютерного дизайна, я выработал собственную модель всевозможных проблем, связанных с мобильными компьютерами. Точно так же умудренный опытом родитель сможет без труда понять, чем расстроен его ребенок, в то время как новоиспеченный отец будет ломать голову над тем, как же решить возникшую проблему. Опытный менеджер может сразу распознать недостатки и преимущества структуры организации, в то время как начинающий просто не понимает пока этих вещей. Они получают один и тот же входной сигнал, но модель новичка не настолько совершенна, как модель опытного менеджера. В этих и тысяче других примеров мы начинаем с изучения простейшей базовой структуры. Со временем наши знания передвигаются вниз по иерархии, и у наших высших зон появляется возможность освоить структуру более высокого порядка. Именно структуры высшего порядка делают нас опытными. Эксперты и гении обладают мозгом, видящим структуру структуры и сигнал сигналов глубже, чем видят остальные. Можно стать экспертом благодаря практике, но, конечно, кроме этого, существует и генетический компонент таланта и гениальности.
Гиппокамп – вершина всех вершин
Три большие структуры мозга лежат под оболочкой коры головного мозга и связаны с ней. Это базальные ганглии, мозжечок и гиппокамп. Все три структуры возникли раньше, чем кора головного мозга. В очень грубом приближении мы можем утверждать, что базальные ганглии были примитивной двигательной системой, мозжечок изучал точные временные соотношения событий, а гиппокамп сохранял в памяти конкретные события и места. В определенной степени кора головного мозга присвоила себе функции, изначально принадлежавшие им. Например, человек, родившийся без мозжечка, будет страдать от недостатков координации и вынужден будет прилагать более сознательные усилия при передвижении, но в остальном он будет вполне нормальным.
Мы знаем, что кора головного мозга отвечает за все сложные последовательности движений и может непосредственно управлять нашими конечностями. Не то чтобы базальные ганглии не имели никакого значения, просто кора головного мозга узурпировала большую часть моторного контроля. Поэтому я описал общее функционирование коры головного мозга независимо от базальных ганглиев и мозжечка. Некоторые ученые не согласятся с таким моим предположением, тем не менее я использовал его в данной книге и в своей работе вообще.
Но вот гиппокамп – другого поля ягода. Это одна из наиболее изученных зон мозга, потому что она является обязательной для формирования новых запоминаний. Если вы потеряете обе половины гиппокампа (как и многие другие составляющие нервной системы, он присутствует и в левом, и в правом полушариях головного мозга), вы утратите способность запоминать новую информацию. Без гиппокампа вы по-прежнему можете разговаривать, ходить, видеть, слышать и даже казаться нормальным в течение небольшого временного промежутка. На самом деле вам причинен глубокий ущерб, ведь вы не можете запомнить ничего нового. Вы будете помнить друга, которого знали до потери гиппокампа, но не сможете запомнить нового человека. Даже если бы вы стали встречаться с доктором пять раз в неделю на протяжении года, все равно каждый последующий раз для вас был бы как первый. У вас бы не было воспоминаний о событиях, которые произошли после того, как вы утратили гиппокамп.
Долгие годы у меня не было желания заниматься гиппокампом, поскольку для меня в этом было мало смысла. Гиппокамп является важным для процесса обучения, но не является окончательным хранилищем наших знаний. А вот кора головного мозга таковым является. Классический подход к гиппокампу следующий: здесь формируется память о новых событиях, а затем, через дни, недели, месяцы, эта новая информация перемещается в кору головного мозга. Для меня это звучало как бессмыслица. Мы знаем, что зрительные, слуховые и осязательные сигналы, т. е. сенсорный поток данных, поступают прямо в сенсорные зоны коры головного мозга без предварительного прохождения через гиппокамп. Мне казалось, что сенсорная информация автоматически формирует новые запоминания в коре головного мозга. Зачем нужен гиппокамп в процессе обучения? Как может отдельная структура под видом гиппокампа воспрепятствовать обучению или только позднее передать информацию назад, коре головного мозга?
Я решил отложить в сторону гиппокамп, полагая, что однажды его роль прояснится. Так и случилось. Это произошло в конце 2002 года, как раз когда я начал писать эту книгу. Брюно Ольшозен, один из моих коллег из Редвудского института нейрологии, сказал, что связи между гиппокампом и корой головного мозга наводят на мысль о том, что гиппокамп является частью коры головного мозга, а не отдельной структурой. В таком случае гиппокамп расположен на вершине иерархической пирамиды коры головного мозга, это ее самый верхний отдел (см. рис. 6.5). Кора головного мозга появилась на эволюционной сцене, втиснувшись между гиппокампом и остальной частью мозга. Конечно, идея о том, что гиппокамп венчает пирамиду неокортекса, была не нова, но я о ней не знал. Я пообщался с несколькими специалистами в области исследования гиппокампа и попросил их объяснить, как эта структура передает сохраненную информацию в кору головного мозга. Никто мне объяснить не смог. Более того, никто из них не упомянул, что гиппокамп является вершиной пирамиды коры головного мозга, возможно, потому, что гиппокамп не только расположен на вершине корковой пирамиды, но еще и непосредственно связан со многими более старыми частями мозга.
Несмотря на это, я сразу понял, что нашел ключ к решению волновавшей меня задачи.
Вспомните об информационном потоке, поступающем от ваших глаз, ушей, кожи в кору головного мозга. Каждая зона коры головного мозга пытается понять, что означает полученная информация. Каждая зона пытается объяснить входящий сигнал в рамках известных ей последовательностей. Если она понимает входящий сигнал, то говорит: «Мне это понятно. Это часть объекта, который я уже вижу. Подробности передавать дальше не будем». Если зона не понимает его, она передает его без изменений в более высокую зону иерархии коры головного мозга. Так продолжается до тех пор, пока следующая зона не распознает входной сигнал. Если сигнал является абсолютно новым, он будет подниматься все выше и выше по иерархии. Каждая последующая зона скажет: «Я этого не знаю. Я такого не ожидала. Почему бы вам, высшим областям, не взглянуть на это?» Конечным результатом будет то, что в верхней точке пирамиды коры головного мозга появится информация, которую невозможно понять на основе прошлого опыта. Вы сталкиваетесь с совершенно новым сигналом, которого совсем не ожидали. В повседневной жизни мы встречаем очень много самых разнообразных вещей, информация о которых добирается до верхней части пирамиды. Например, заметка в газете, имя человека, которого вы встретили сегодня утром, автомобильная авария, свидетелем которой вы стали по дороге домой. Вот эта необъясненная и неожиданная информация и попадает в гиппокамп и сохраняется там. Но хранится она там не бесконечно. Позже она либо передается в кору головного мозга, либо исчезает.
Я заметил за собой, что с годами мне становится все труднее и труднее запоминать новые вещи. Например, мои дети помнят подробности всех театральных постановок, которые они увидели в прошлом году. Я же не могу этим похвастаться. Возможно, потому, что за всю свою жизнь я увидел такое количество спектаклей, что теперь мне редко попадается что-то на самом деле новое. Новые представления соответствуют воспоминаниям о старых представлений, возможно, поэтому информация просто не попадает в мой гиппокамп.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Как происходит процесс обучения
У всех нейронов из всех слоев коры головного мозга есть синапсы, большинство из которых может модифицироваться под влиянием опыта. Можно с уверенностью сказать, что процесс обучения и запоминания происходит во всех слоях, во всех колонках и во всех зонах коры головного мозга. Я упоминал ранее правило «обучения Хебба», названное так в честь Дональда Хебба. Сущность этого правила очень проста: когда два нейрона активизируются одновременно, синаптические связи между ними усиливаются. (Его легко запомнить как фразу «Возбуждены вместе – связаны вместе».) Сейчас мы знаем, что Хебб был прав. Конечно, ничего в природе не бывает настолько простым, свойства настоящего мозга сложнее. Наша нервная система работает на основе многих вариаций «обучения Хебба». Некоторые синапсы изменяют силу связи в ответ на незначительные отклонения координации нейронных сигналов. Некоторые синаптические изменения оказываются краткосрочными, некоторые – долгосрочными. Хебб очертил основные рамки, а не создал конечную теорию процесса обучения, причем эти рамки оказались очень и очень полезными.
Принципы «обучения Хебба» объясняют большинство проявлений поведения коры головного мозга, о которых мы говорили в данной главе. Помните, еще в 1970-х годах было установлено, что автоассоциативная память при помощи алгоритма «обучения Хебба» может усвоить пространственные сигналы и их последовательности. Основная проблема заключалась в том, что автоассоциативная память не в состоянии справиться с отклонениями. Согласно теории, предложенной в нашей книге, кора головного мозга нашла выход из такой ситуации, частично путем складывания автоассоциативных запоминаний в иерархию, а частично – путем использования сложной столбчатой архитектуры. Эта глава почти полностью посвящена иерархической структуре мозга и ее работе, поскольку именно иерархия обусловливает высокую мощность коры головного мозга. Вместо того чтобы пускаться в пространные объяснения, как та или иная клетка учится тем или иным вещам, я хотел бы раскрыть несколько общих принципов обучения в иерархии.
У новорожденного кора головного мозга «не знает» фактически ничего. Она не знает его языка, его культуры, его дома, его города, песен, людей, вместе с которыми он будет расти, – ничего. Всю эту информацию – структуру внешнего мира – нужно выучить. Основными составляющими обучения являются формирование классификаций и создание последовательностей. Эти два взаимодополняющих компонента взаимодействуют друг с другом. По мере того как одна зона коры головного мозга учит последовательности, входящие сигналы, которые она посылает в клетки слоя 4 зоной выше в иерархии, меняются. Клетки слоя 4 учатся формировать новые классификации, что изменяет сигнал, проецируемый назад, в слой 1, зоной ниже, а это влияет на последовательности.
Основой формирования последовательностей является группирование паттернов, которые относятся к одному и тому же объекту. Один из способов – группировать сигналы, следующие друг за другом. Когда ребенок держит в руке игрушку и медленно ее переворачивает, его мозг может с уверенностью считать, что непрерывно изменяющееся изображение на сетчатке все равно принадлежит одному и тому же объекту, а значит, изменяющийся набор сигналов можно сгруппировать вместе. Иногда нужна внешняя подсказка, чтобы определить, что сигналы принадлежат одному и тому же целому. Чтобы выучить, что яблоки и бананы принадлежат к фруктам, а морковь и картофель – нет, нужен учитель, который помог бы сгруппировать указанные объекты как фрукты. В любом случае ваш мозг создает последовательности сигналов, принадлежащих одному целому. Однако когда зона мозга уже создала последовательности, то входной сигнал, поступающий в следующую область, изменяется. Если раньше он представлял отдельные сигналы, то теперь представляет группу сигналов. Входной сигнал превращается из ноты в мелодию, из букв в слово, из носов в лица и так далее. Поскольку сигналы снизу вверх становятся более объектно-ориентированными, высшая зона коры головного мозга теперь может запоминать последовательности этих объектов высшего порядка. Там, где раньше строились последовательности букв, теперь строятся последовательности слов. Неожиданным результатом процесса обучения является то, что на протяжении повторного обучения представления объектов передвигаются вниз по иерархии. В первые годы вашей жизни «записи» о мире формируются в высших зонах коры головного мозга. Однако по мере вашего дальнейшего обучения они перемещаются во все более низкие зоны иерархии коры головного мозга. Не то чтобы мозг их передвигал туда, просто он должен учить их заново, снова и снова. (Я не хочу сказать, что все запоминания обязательно начинаются с высших зон иерархии коры головного мозга. В реальной жизни усвоение информации выглядит сложнее. Я считаю, что классификация сигналов слоя 4 начинается снизу и передвигается вверх. По мере передвижения формируются последовательности, которые опускаются вниз. Запоминания последовательностей опускаются все ниже и ниже в коре головного мозга.) Когда простые репрезентации передвигаются вниз, высшие зоны коры головного мозга получают возможность учить новые, более сложные, сигналы.
Создание и передвижение вниз иерархически организованных воспоминаний можно наблюдать на примере обучения ребенка. Как мы постигаем чтение? Первое, чему нас учат, – распознавать отдельные печатные буквы. Это медленный и сложный процесс, требующий сознательных усилий. Потом мы переходим к распознаванию простых слов. И снова вначале это дается нам с большим трудом и очень медленно, даже если слова состоят из трех-четырех букв. Ребенок может прочесть каждую букву последовательности и произнести каждую из них поочередно, но понадобиться достаточно большое количество времени, прежде чем слово будет распознано как слово. Выучив простые слова, мы переходим к изучению многосложных. Сначала мы произносим каждый слог, сцепляя их, как делали это в свое время с простыми словами. После многолетней практики человек способен читать достаточно быстро. Мы достигаем уровня, когда видим не отдельные буквы, а распознаем целые слова и даже фразы с первого взгляда. Дело не в том, что мы стали более быстрыми, а в том, что мы распознаем слова и фразы как целостные единицы. Когда мы читаем все слово, видим ли мы буквы этого слова? И да, и нет. Конечно, сетчатка глаза видит буквы, а значит, и клетки зоны V1 тоже. Однако распознавание букв происходит относительно низко в иерархии коры головного мозга, скажем, в зоне V2 или V4. К тому моменту, когда сигнал попадает в IT, отдельные буквы уже не будут представлены сигналом. То, что вначале требовало деятельности всей зоны коры головного мозга – распознавание отдельных букв, – теперь происходит ближе к сенсорному входному сигналу. Когда запоминания простых объектов (букв) перемещаются вниз по иерархии, высшие зоны коры головного мозга получают возможность учить сложные объекты, такие как слова или фразы.
Обучение чтению музыки по нотам может служить еще одним примером. Сначала нужно концентрироваться на каждой ноте. С приобретенным опытом вы начинаете распознавать простые нотные последовательности, затем – целые фразы. После достаточно длительной практики все происходит так, как если бы вы не видели нот вообще. Нотный лист служит вам для того, чтобы помнить общую структуру музыкального фрагмента, а детальные последовательности сохранились в памяти на более низком уровне коры головного мозга. Такой тип обучения происходит как в двигательной, так и в сенсорной зонах.
Молодой мозг медленнее распознает входные сигналы, медленнее формирует моторные команды, потому что запоминания, используемые в этих задачах, расположены выше в иерархии. Информация должна пройти весь путь вверх и вниз, возможно, неоднократно, для того, чтобы неясности разрешились. Передвижение сигналов вниз и вверх по иерархической структуре коры головного мозга требует времени. В молодом мозге еще не сформировались сложные последовательности в высших областях, поэтому он не может распознать и отреагировать сложными сигналами. Молодой мозг не может понять высшую структуру внешнего мира. По сравнению со взрослым язык ребенка прост, его музыка незамысловата, и его социальные интеракции тоже просты.
Если вы изучаете определенный набор объектов снова и снова, то ваша кора головного мозга смещает в памяти последовательности объектов в нижнюю часть иерархии. Это высвобождает верхние зоны иерархии для изучения более сложных и тонких связей. Согласно моей теории, именно таков путь становления эксперта.
Например, я работаю в области компьютерного дизайна, и многие удивляются тому, что я, только взглянув на продукт, уже вижу его недостатки, заложенные в архитектуре. Проработав двадцать пять лет в сфере компьютерного дизайна, я выработал собственную модель всевозможных проблем, связанных с мобильными компьютерами. Точно так же умудренный опытом родитель сможет без труда понять, чем расстроен его ребенок, в то время как новоиспеченный отец будет ломать голову над тем, как же решить возникшую проблему. Опытный менеджер может сразу распознать недостатки и преимущества структуры организации, в то время как начинающий просто не понимает пока этих вещей. Они получают один и тот же входной сигнал, но модель новичка не настолько совершенна, как модель опытного менеджера. В этих и тысяче других примеров мы начинаем с изучения простейшей базовой структуры. Со временем наши знания передвигаются вниз по иерархии, и у наших высших зон появляется возможность освоить структуру более высокого порядка. Именно структуры высшего порядка делают нас опытными. Эксперты и гении обладают мозгом, видящим структуру структуры и сигнал сигналов глубже, чем видят остальные. Можно стать экспертом благодаря практике, но, конечно, кроме этого, существует и генетический компонент таланта и гениальности.
Гиппокамп – вершина всех вершин
Три большие структуры мозга лежат под оболочкой коры головного мозга и связаны с ней. Это базальные ганглии, мозжечок и гиппокамп. Все три структуры возникли раньше, чем кора головного мозга. В очень грубом приближении мы можем утверждать, что базальные ганглии были примитивной двигательной системой, мозжечок изучал точные временные соотношения событий, а гиппокамп сохранял в памяти конкретные события и места. В определенной степени кора головного мозга присвоила себе функции, изначально принадлежавшие им. Например, человек, родившийся без мозжечка, будет страдать от недостатков координации и вынужден будет прилагать более сознательные усилия при передвижении, но в остальном он будет вполне нормальным.
Мы знаем, что кора головного мозга отвечает за все сложные последовательности движений и может непосредственно управлять нашими конечностями. Не то чтобы базальные ганглии не имели никакого значения, просто кора головного мозга узурпировала большую часть моторного контроля. Поэтому я описал общее функционирование коры головного мозга независимо от базальных ганглиев и мозжечка. Некоторые ученые не согласятся с таким моим предположением, тем не менее я использовал его в данной книге и в своей работе вообще.
Но вот гиппокамп – другого поля ягода. Это одна из наиболее изученных зон мозга, потому что она является обязательной для формирования новых запоминаний. Если вы потеряете обе половины гиппокампа (как и многие другие составляющие нервной системы, он присутствует и в левом, и в правом полушариях головного мозга), вы утратите способность запоминать новую информацию. Без гиппокампа вы по-прежнему можете разговаривать, ходить, видеть, слышать и даже казаться нормальным в течение небольшого временного промежутка. На самом деле вам причинен глубокий ущерб, ведь вы не можете запомнить ничего нового. Вы будете помнить друга, которого знали до потери гиппокампа, но не сможете запомнить нового человека. Даже если бы вы стали встречаться с доктором пять раз в неделю на протяжении года, все равно каждый последующий раз для вас был бы как первый. У вас бы не было воспоминаний о событиях, которые произошли после того, как вы утратили гиппокамп.
Долгие годы у меня не было желания заниматься гиппокампом, поскольку для меня в этом было мало смысла. Гиппокамп является важным для процесса обучения, но не является окончательным хранилищем наших знаний. А вот кора головного мозга таковым является. Классический подход к гиппокампу следующий: здесь формируется память о новых событиях, а затем, через дни, недели, месяцы, эта новая информация перемещается в кору головного мозга. Для меня это звучало как бессмыслица. Мы знаем, что зрительные, слуховые и осязательные сигналы, т. е. сенсорный поток данных, поступают прямо в сенсорные зоны коры головного мозга без предварительного прохождения через гиппокамп. Мне казалось, что сенсорная информация автоматически формирует новые запоминания в коре головного мозга. Зачем нужен гиппокамп в процессе обучения? Как может отдельная структура под видом гиппокампа воспрепятствовать обучению или только позднее передать информацию назад, коре головного мозга?
Я решил отложить в сторону гиппокамп, полагая, что однажды его роль прояснится. Так и случилось. Это произошло в конце 2002 года, как раз когда я начал писать эту книгу. Брюно Ольшозен, один из моих коллег из Редвудского института нейрологии, сказал, что связи между гиппокампом и корой головного мозга наводят на мысль о том, что гиппокамп является частью коры головного мозга, а не отдельной структурой. В таком случае гиппокамп расположен на вершине иерархической пирамиды коры головного мозга, это ее самый верхний отдел (см. рис. 6.5). Кора головного мозга появилась на эволюционной сцене, втиснувшись между гиппокампом и остальной частью мозга. Конечно, идея о том, что гиппокамп венчает пирамиду неокортекса, была не нова, но я о ней не знал. Я пообщался с несколькими специалистами в области исследования гиппокампа и попросил их объяснить, как эта структура передает сохраненную информацию в кору головного мозга. Никто мне объяснить не смог. Более того, никто из них не упомянул, что гиппокамп является вершиной пирамиды коры головного мозга, возможно, потому, что гиппокамп не только расположен на вершине корковой пирамиды, но еще и непосредственно связан со многими более старыми частями мозга.
Несмотря на это, я сразу понял, что нашел ключ к решению волновавшей меня задачи.
Вспомните об информационном потоке, поступающем от ваших глаз, ушей, кожи в кору головного мозга. Каждая зона коры головного мозга пытается понять, что означает полученная информация. Каждая зона пытается объяснить входящий сигнал в рамках известных ей последовательностей. Если она понимает входящий сигнал, то говорит: «Мне это понятно. Это часть объекта, который я уже вижу. Подробности передавать дальше не будем». Если зона не понимает его, она передает его без изменений в более высокую зону иерархии коры головного мозга. Так продолжается до тех пор, пока следующая зона не распознает входной сигнал. Если сигнал является абсолютно новым, он будет подниматься все выше и выше по иерархии. Каждая последующая зона скажет: «Я этого не знаю. Я такого не ожидала. Почему бы вам, высшим областям, не взглянуть на это?» Конечным результатом будет то, что в верхней точке пирамиды коры головного мозга появится информация, которую невозможно понять на основе прошлого опыта. Вы сталкиваетесь с совершенно новым сигналом, которого совсем не ожидали. В повседневной жизни мы встречаем очень много самых разнообразных вещей, информация о которых добирается до верхней части пирамиды. Например, заметка в газете, имя человека, которого вы встретили сегодня утром, автомобильная авария, свидетелем которой вы стали по дороге домой. Вот эта необъясненная и неожиданная информация и попадает в гиппокамп и сохраняется там. Но хранится она там не бесконечно. Позже она либо передается в кору головного мозга, либо исчезает.
Я заметил за собой, что с годами мне становится все труднее и труднее запоминать новые вещи. Например, мои дети помнят подробности всех театральных постановок, которые они увидели в прошлом году. Я же не могу этим похвастаться. Возможно, потому, что за всю свою жизнь я увидел такое количество спектаклей, что теперь мне редко попадается что-то на самом деле новое. Новые представления соответствуют воспоминаниям о старых представлений, возможно, поэтому информация просто не попадает в мой гиппокамп.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31