Вполне вероятно, что в вашей слуховой зоне коры головного мозга существует группа клеток, активизирующихся всякий раз, когда вы слышите слово «спасибо», или группа клеток, реагирующих на приветствие «доброе утро». Такие клетки остаются активными на протяжении всего времени, пока звучит фраза, при условии, конечно, что вы ее воспринимаете. Последовательности сигналов, попадающие в низшую слуховую зону, могут очень сильно отличаться друг от друга. Одно и то же слово можно произнести с разными акцентами, разным тоном и в разном темпе. Чем выше мы поднимаемся по иерархии слуховых зон коры головного мозга, тем менее важными становятся эти низкоуровневые различия. Слово идентифицируется согласно его значению, независимо от акустических эффектов. То же самое справедливо и в отношении музыки. Вы можете услышать одну и ту же песню, сыгранную на фортепиано, на кларнете или в исполнении ребенка. В каждом из перечисленных случаев ваша зона А1 получает совершенно различные звуковые сигналы. Тем не менее электрод, введенный в высшую зону слухового восприятия, подтвердил бы наличие клеток, посылающих нервный разряд всякий раз, когда ваши органы слуха воспринимают данную песню, независимо от инструмента или особенностей исполнения. Отмечу, что такой эксперимент никогда не проводился, это было бы слишком жестоко по отношению к человеку. Но, признавая существование универсального алгоритма функционирования неокортекса, следует признать и наличие подобных клеток. В слуховом восприятии существует точно такая же обратная связь – прогнозирование, построенное на инвариантных представлениях, – как и в зрительном.
Осязание работает по тому же принципу. На людях (по вполне понятным причинам) соответствующие эксперименты никогда не проводились. В настоящее время ученые занимаются подготовкой к проведению таких опытов с использованием исследовательских инструментов, сканирующих мозг обезьяны.
Сейчас, сидя за столом, я держу в руке ручку. Я могу дотронуться до ее колпачка или провести пальцами вдоль металлической скрепки, с помощью которой ручку можно закрепить в нагрудном кармане. По мере того как я проделываю эти движения разными пальцами или даже губами, последовательности сигналов, поступающие в соматосенсорную зону коры головного мозга от рецепторов осязания, постоянно меняются. Будучи столь непохожими, они попадают в разные части первичной соматосенсорной зоны. Тем не менее в зонах, высших по иерархии, наш воображаемый датчик обнаружил бы клетки, которые реагируют на ручку инвариантно. Эти клетки пребывают в активном состоянии до тех пор, пока я прикасаюсь к ручке, независимо от того, какими пальцами (или даже частями тела) я это делаю.
Вдумайтесь: ваш мозг не способен распознать объект на основании единственного мгновенного сигнала. Паттерн, поступающий от ваших органов чувств в какой-то один момент времени, содержит лишь крошечную толику информации, которой недостаточно для того, чтобы определить, что же вы услышали или к чему прикоснулись. Чтобы воспринять серию слуховых паттернов (например, мелодию, слово, хлопок закрывающейся двери) или понять, что за объект у вас в руках – та же ручка, – вам необходимо время. Вы не можете узнать мелодию по одной ноте и распознать предъявленный вам объект с первого прикосновения. Следовательно, нейронная деятельность, обеспечивающая сознательное восприятие объектов окружающей действительности, должна быть более продолжительной по времени, чем каждая отдельно взятая последовательность сигналов. Таким образом, мы опять пришли к выводу: чем выше расположена зона коры головного мозга, тем меньше в ней наблюдается временных изменений.
Зрительное восприятие – зависимый от фактора времени информационный поток, действующий по тому же принципу, что и звуковое восприятие или осязание. Но у зрения есть особенность, которая вносит некоторую путаницу: мы все-таки способны распознавать отдельные объекты с одной фиксации. Это умение распознавать пространственные паттерны «с первого взгляда» долгие годы вводило в заблуждение ученых, занимающихся исследованиями зрительного восприятия животных. Они, как правило, не принимали в расчет фактор времени. Действительно, в лабораторных условиях как люди, так и животные способны распознавать объекты таким образом, однако это не является нормой. Нормальное зрительное восприятие, как, например, чтение этой книги, предполагает постоянные движения глазных яблок.
Интеграция разных видов сенсорного восприятия
А как же ассоциативные зоны? Мы уже подробно рассмотрели закономерности прохождения информационных потоков в пределах одной сенсорной зоны коры головного мозга. Сигналы обратной связи дополняют текущие сигналы и дают возможность прогнозировать будущие события. Подобные процессы происходят перекрестно и между разными сенсорными каналами восприятия, т. е. между зрением, слухом и осязанием. Например, на основе услышанного я составляю прогноз о том, что сейчас увижу или почувствую. Сейчас, печатая эти строки, я нахожусь в своей спальне. На ошейнике моей кошки Кео есть бубенчик, который позванивает, когда она ходит. И вот я слышу приближающийся звук бубенчика. На основании этого звукового сигнала я догадываюсь, что сейчас увижу свою кошку. И действительно, повернув голову в направлении двери, я вижу Кео. Я ожидал ее увидеть на основе услышанных звуков. Если бы Кео не вошла или вошло бы какое-то другое животное, я бы очень удивился. В приведенном примере звуковой сигнал вызвал звуковое распознавание Кео. Информационный поток прошел все уровни иерархии слуховых зон неокортекса и поступил в ассоциативную зону, связывающую слуховое и зрительное восприятие. На основании инвариантного представления сформировался прогноз, который по каналу обратной связи поступил назад – в зрительную и слуховую зоны. Этот процесс схематически изображен на рис. 6.4.
Мозг постоянно продуцирует полисенсорные прогнозы такого типа. Я отгибаю скрепку на ручке и ожидаю, что, стоит мне отпустить пальцы, прозвучит характерный щелчок, вызванный ударом скрепки по корпусу ручки. Не услышав этого щелчка, я бы очень удивился. Мой мозг точно прогнозирует, когда я услышу звук и каким именно он будет. Для того чтобы такой прогноз осуществился, информация пересекает по иерархии все соматосенсорные зоны коры головного мозга и по обратной связи поступает назад по иерархии и слуховой зон. В результате описанного процесса возникает ожидание услышать и почувствовать щелчок.
Приведу другой пример: несколько раз в неделю я добираюсь на работу велосипедом. В такие дни я иду утром в гараж, беру свой велосипед, разворачиваю его и вывожу через калитку. Пока я проделываю все указанные манипуляции, в мой мозг поступает множество зрительных и слуховых сигналов. Ежесекундно формируются полисенсорные прогнозы – предположения неокортекса относительно того, что я услышу и почувствую в следующее мгновение. Я вижу, как велосипед переезжает порог, и это вызывает у меня ожидание характерного звука. Задев ногой педаль, я наклоняю голову и ожидаю увидеть ее именно около моей ноги. Прогнозы настолько точны, что в случае возникновения малейших отклонений от ожидаемого сценария развития событий я бы тотчас заметил эти отклонения. Информационный поток движется в сенсорной иерархии одновременно в двух направлениях, таким образом формируется унифицированное восприятие, неотъемлемой частью которого является прогнозирование.
Рис. 6.4. Потоки информационных сигналов передвигаются вверх по иерархически организованным сенсорным зонам, а затем возвращаются к низшим зонам. Таким образом формируется объединенный сенсорный опыт и осуществляется прогностическая функция
Предлагаю вам провести следующий опыт: оторвитесь от чтения и что-нибудь сделайте. Что угодно, лишь бы вы двигались и манипулировали каким-то предметом. Можете, например, подойти к раковине и повернуть ручку крана. Делая это, попробуйте обратить внимание на каждый звук, каждое осязательное ощущение, каждое изменение визуальной «картинки». Будьте внимательны, помните, что каждое движение тесно связано с созерцанием, слухом и осязательными ощущениями. Покрутите ручку крана вперед-назад. Ваш мозг ожидает почувствовать давление на кожу и сопротивление ваших мускулов. Вы ожидаете увидеть и почувствовать прокручивание крана, вы ожидаете увидеть и почувствовать воду. Когда вода долетит до раковины, вы ожидаете услышать другой звук – звук падающей воды, увидеть и почувствовать на своей коже обжигающе горячие (или ледяные – в зависимости от того, какой кран включаете) брызги.
При ходьбе вы всегда – осознанно или нет – ожидаете услышать звук каждого шага. Даже то, что вы просто держите эту книгу в руках, тоже вызывает множество сенсорных прогнозов. Представьте себе, что вы почувствовали, будто книга закрывается, хотя зрение подсказывает вам совершенно другое: книга остается раскрытой. Наверняка вы испытали бы полное замешательство, вплоть до шока. Помните наш воображаемый эксперимент с изменением двери, описанный в главе 5? Тогда мы убедились, что мозг постоянно занят прогнозированием, причем это касается абсолютно всех сенсорных модальностей. Каждый раз, сосредоточиваясь на всех своих текущих ощущениях, вплоть до самых незначительных, я просто поражаюсь, насколько интегрированными являются все наши перцепционные прогнозы. Хотя они могут казаться простыми, даже тривиальными, надо помнить, насколько они всеобъемлющи. Они могут формироваться только на основе мощных скоординированных потоков информации, непрерывно циркулирующих в двух противоположных направлениях по иерархии зон коры головного мозга.
Осознав столь тесную взаимосвязь чувств, мы делаем вывод, что вся кора головного мозга, все ее сенсорные и ассоциативные зоны действуют как единое целое. Да, у нас есть зрительная область коры, но она – лишь часть единой всеобъемлющей сенсорной системы, объединяющей восприятие изображения, звуков, прикосновений и многое другое. И в этой системе информационные потоки циркулируют вверх и вниз по сложной разветвленной иерархии.
Следует также отметить, что в основе всех наших предположений лежит непосредственный опыт. Я ожидаю, что отведенная скрепка ручки при отпускании ударится о корпус ручки и издаст характерный звук только потому, что так случалось в прошлом. Звук велосипеда предсказуем по той причине, что я вывожу его из гаража далеко не в первый раз. Ни один бит подобной информации не дается нам от рождения. Все эти сведения сохраняются в мозге только благодаря его невероятно огромной способности запоминать входящую информацию. Если среди информации, поступающей в мозг, встречаются постоянные последовательности сигналов, неокортекс сохраняет их, а в будущем использует для прогнозирования событий.
Хотя на рис. 6.3 и 6.4 не изображена моторная зона коры головного мозга, у нее такая же иерархическая структура, как и у описанных выше сенсорных зон. Ее можно представить как подобную сенсорную систему, но соединенную с органами чувств посредством ассоциативных зон (только с более тонкими связями с соматосенсорной зоной, что обеспечивает способность двигаться). Таким образом, моторная зона коры головного мозга функционирует подобно сенсорным зонам; кроме того, они активно взаимодействуют. Сигнал, поступающий от любого сенсорного анализатора, перемещается вверх к ассоциативной зоне, что вызывает перемещение другого импульса вниз, к моторной зоне коры головного мозга, в результате чего возникает определенное поведение. Подобно тому, как зрительный сигнал может вызвать поступление импульса в осязательную и слуховую зоны, он также может активизировать моторную зону коры головного мозга. В первом случае мы интерпретируем обратные сигналы как прогнозы, во втором – как двигательные команды. Как заметил Маунткастл, моторные зоны коры устроены так же, как и сенсорные. Кора генерирует сенсорные прогнозы так же, как моторные команды.
Вскоре мы убедимся, что в неокортексе нет «чисто сенсорных» и «чисто моторных» зон. Сенсорные потоки одновременно поступают отовсюду и, возвращаясь потом по иерархии зон, формируют прогнозы или генерируют моторные команды. Хотя у моторной зоны коры головного мозга есть свои особенности, вполне корректно считать ее частью общей иерархической запоминающе-прогностической системы. Ее можно считать еще одним органом чувств. Зрение, осязание, слух и действие тесно переплетены друг с другом.
Новый взгляд на зону V1
Продолжая разбираться в запутанной архитектуре коры головного мозга, попробуем по-новому взглянуть на зоны неокортекса. Нам уже известно, что высшие зоны коры головного мозга формируют инвариантные представления, но почему столь важная функция должна осуществляться только в высших зонах? Не забывая о понятии симметрии, сформулированном Маунткастлом, я занялся изучением различных способов связи между зонами коры головного мозга.
На рис. 6.1 показаны четыре зоны зрительного восприятия: V1, V2, V4 и IT. Как правило, каждая из них считается отдельной и непрерывной: все клетки зоны V1, обрабатывая каждая свою область зрительного поля, делают одно и то же, все клетки зоны V2 выполняют одинаковые задачи, все клетки из V4 одинаково специализированы.
Как же выглядит распознавание лица с точки зрения традиционного подхода? Когда изображение лица фиксируется клетками, образующими зону V1, вначале создается грубый «эскиз» лица, состоящий из линий и других простейших элементов. Затем «набросок» поступает в зону V2, где происходит более сложный анализ черт лица. Модифицированная информация передается в зону V4 и так далее. Распознавание объекта осуществляется только в зоне IT, которой свойственна инвариантность представлений.
К сожалению, при таком подходе возникает масса вопросов. Почему инвариантные репрезентации действуют только в зоне IT? Если все зоны коры головного мозга выполняют сходные функции, чем именно примечательна эта? И еще: лицо может быть воспринято правой или левой частью зоны V1, и в обоих случаях мозг его распознает. В то же время экспериментальным путем было установлено, что между этими частями зоны V1 нет непосредственного взаимодействия. Левая часть зоны V1 не знает, что видит правая. Давайте подумаем, какой вывод можно сделать. Судя по всему, разные части зоны V1 выполняют сходные функции, поскольку участвуют в распознавании лица. И в то же время физически они независимы друг от друга. Подзоны, или кластеры зоны V1, физически не связаны, однако выполняют одну и ту же функцию.
И наконец, результаты исследований показывают, что все высшие зоны коры головного мозга получают объединенные сигналы от двух и более сенсорных зон, расположенных ниже в иерархии (рис. 6.3). Данный рисунок является схематическим, в действительности каждая ассоциативная зона может получать сигналы из десятка и более низших зон. Согласно традиционным представлениям, взаимосвязь между низшими зонами (например, V1, V2, V4) иная. Каждая из них якобы имеет единственный источник входящей информации, единственный поток, поступающий из низшей зоны, который не имеет отношения к потокам информации, поступающим из других зон. (Например, принято считать, что зона V2 получает информационный поток от V1, и ее работа состоит только в этом.) Но почему тогда одни зоны коры головного мозга получают объединенную информацию, а другие – нет? Это еще одно несоответствие с гипотезой универсального алгоритма неокортекса, сформулированной Маунткастлом.
По этой и другим причинам я пришел к выводу, что не следует рассматривать области V1, V2, V4 как цельные зоны. Каждая из них образована более мелкими подзонами. Давайте вернемся к воображаемой обеденной салфетке (аналогии с распластанной корой головного мозга). Допустим, мы решили отметить ручкой различные функциональные зоны. Самой большой будет зона V1 – первичная зрительная зона. Следующей по размеру – зона V2. По сравнению со всеми остальными зонами эти две просто огромны. Я веду к тому, что V1 нужно рассматривать как эквивалент многих малых зон. Вместо того чтобы обвести большую зону на нашей салфетке, мы нарисуем множество маленьких зон, которые и займут территорию, принадлежащую V1. Другими словами, V1 состоит из многих малых зон коры головного мозга, которые связаны друг с другом лишь опосредованно, через более высокие зоны иерархии. В V1 входит наибольшее количество подзон по сравнению с другими зонами зрительного восприятия. V2 состоит из меньшего количества зон, но они имеют большие размеры, чем подзоны V1. То же самое утверждение действительно и для V4. Вот когда вы доберетесь до IT, она действительно окажется однородной и унифицированной.
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
Осязание работает по тому же принципу. На людях (по вполне понятным причинам) соответствующие эксперименты никогда не проводились. В настоящее время ученые занимаются подготовкой к проведению таких опытов с использованием исследовательских инструментов, сканирующих мозг обезьяны.
Сейчас, сидя за столом, я держу в руке ручку. Я могу дотронуться до ее колпачка или провести пальцами вдоль металлической скрепки, с помощью которой ручку можно закрепить в нагрудном кармане. По мере того как я проделываю эти движения разными пальцами или даже губами, последовательности сигналов, поступающие в соматосенсорную зону коры головного мозга от рецепторов осязания, постоянно меняются. Будучи столь непохожими, они попадают в разные части первичной соматосенсорной зоны. Тем не менее в зонах, высших по иерархии, наш воображаемый датчик обнаружил бы клетки, которые реагируют на ручку инвариантно. Эти клетки пребывают в активном состоянии до тех пор, пока я прикасаюсь к ручке, независимо от того, какими пальцами (или даже частями тела) я это делаю.
Вдумайтесь: ваш мозг не способен распознать объект на основании единственного мгновенного сигнала. Паттерн, поступающий от ваших органов чувств в какой-то один момент времени, содержит лишь крошечную толику информации, которой недостаточно для того, чтобы определить, что же вы услышали или к чему прикоснулись. Чтобы воспринять серию слуховых паттернов (например, мелодию, слово, хлопок закрывающейся двери) или понять, что за объект у вас в руках – та же ручка, – вам необходимо время. Вы не можете узнать мелодию по одной ноте и распознать предъявленный вам объект с первого прикосновения. Следовательно, нейронная деятельность, обеспечивающая сознательное восприятие объектов окружающей действительности, должна быть более продолжительной по времени, чем каждая отдельно взятая последовательность сигналов. Таким образом, мы опять пришли к выводу: чем выше расположена зона коры головного мозга, тем меньше в ней наблюдается временных изменений.
Зрительное восприятие – зависимый от фактора времени информационный поток, действующий по тому же принципу, что и звуковое восприятие или осязание. Но у зрения есть особенность, которая вносит некоторую путаницу: мы все-таки способны распознавать отдельные объекты с одной фиксации. Это умение распознавать пространственные паттерны «с первого взгляда» долгие годы вводило в заблуждение ученых, занимающихся исследованиями зрительного восприятия животных. Они, как правило, не принимали в расчет фактор времени. Действительно, в лабораторных условиях как люди, так и животные способны распознавать объекты таким образом, однако это не является нормой. Нормальное зрительное восприятие, как, например, чтение этой книги, предполагает постоянные движения глазных яблок.
Интеграция разных видов сенсорного восприятия
А как же ассоциативные зоны? Мы уже подробно рассмотрели закономерности прохождения информационных потоков в пределах одной сенсорной зоны коры головного мозга. Сигналы обратной связи дополняют текущие сигналы и дают возможность прогнозировать будущие события. Подобные процессы происходят перекрестно и между разными сенсорными каналами восприятия, т. е. между зрением, слухом и осязанием. Например, на основе услышанного я составляю прогноз о том, что сейчас увижу или почувствую. Сейчас, печатая эти строки, я нахожусь в своей спальне. На ошейнике моей кошки Кео есть бубенчик, который позванивает, когда она ходит. И вот я слышу приближающийся звук бубенчика. На основании этого звукового сигнала я догадываюсь, что сейчас увижу свою кошку. И действительно, повернув голову в направлении двери, я вижу Кео. Я ожидал ее увидеть на основе услышанных звуков. Если бы Кео не вошла или вошло бы какое-то другое животное, я бы очень удивился. В приведенном примере звуковой сигнал вызвал звуковое распознавание Кео. Информационный поток прошел все уровни иерархии слуховых зон неокортекса и поступил в ассоциативную зону, связывающую слуховое и зрительное восприятие. На основании инвариантного представления сформировался прогноз, который по каналу обратной связи поступил назад – в зрительную и слуховую зоны. Этот процесс схематически изображен на рис. 6.4.
Мозг постоянно продуцирует полисенсорные прогнозы такого типа. Я отгибаю скрепку на ручке и ожидаю, что, стоит мне отпустить пальцы, прозвучит характерный щелчок, вызванный ударом скрепки по корпусу ручки. Не услышав этого щелчка, я бы очень удивился. Мой мозг точно прогнозирует, когда я услышу звук и каким именно он будет. Для того чтобы такой прогноз осуществился, информация пересекает по иерархии все соматосенсорные зоны коры головного мозга и по обратной связи поступает назад по иерархии и слуховой зон. В результате описанного процесса возникает ожидание услышать и почувствовать щелчок.
Приведу другой пример: несколько раз в неделю я добираюсь на работу велосипедом. В такие дни я иду утром в гараж, беру свой велосипед, разворачиваю его и вывожу через калитку. Пока я проделываю все указанные манипуляции, в мой мозг поступает множество зрительных и слуховых сигналов. Ежесекундно формируются полисенсорные прогнозы – предположения неокортекса относительно того, что я услышу и почувствую в следующее мгновение. Я вижу, как велосипед переезжает порог, и это вызывает у меня ожидание характерного звука. Задев ногой педаль, я наклоняю голову и ожидаю увидеть ее именно около моей ноги. Прогнозы настолько точны, что в случае возникновения малейших отклонений от ожидаемого сценария развития событий я бы тотчас заметил эти отклонения. Информационный поток движется в сенсорной иерархии одновременно в двух направлениях, таким образом формируется унифицированное восприятие, неотъемлемой частью которого является прогнозирование.
Рис. 6.4. Потоки информационных сигналов передвигаются вверх по иерархически организованным сенсорным зонам, а затем возвращаются к низшим зонам. Таким образом формируется объединенный сенсорный опыт и осуществляется прогностическая функция
Предлагаю вам провести следующий опыт: оторвитесь от чтения и что-нибудь сделайте. Что угодно, лишь бы вы двигались и манипулировали каким-то предметом. Можете, например, подойти к раковине и повернуть ручку крана. Делая это, попробуйте обратить внимание на каждый звук, каждое осязательное ощущение, каждое изменение визуальной «картинки». Будьте внимательны, помните, что каждое движение тесно связано с созерцанием, слухом и осязательными ощущениями. Покрутите ручку крана вперед-назад. Ваш мозг ожидает почувствовать давление на кожу и сопротивление ваших мускулов. Вы ожидаете увидеть и почувствовать прокручивание крана, вы ожидаете увидеть и почувствовать воду. Когда вода долетит до раковины, вы ожидаете услышать другой звук – звук падающей воды, увидеть и почувствовать на своей коже обжигающе горячие (или ледяные – в зависимости от того, какой кран включаете) брызги.
При ходьбе вы всегда – осознанно или нет – ожидаете услышать звук каждого шага. Даже то, что вы просто держите эту книгу в руках, тоже вызывает множество сенсорных прогнозов. Представьте себе, что вы почувствовали, будто книга закрывается, хотя зрение подсказывает вам совершенно другое: книга остается раскрытой. Наверняка вы испытали бы полное замешательство, вплоть до шока. Помните наш воображаемый эксперимент с изменением двери, описанный в главе 5? Тогда мы убедились, что мозг постоянно занят прогнозированием, причем это касается абсолютно всех сенсорных модальностей. Каждый раз, сосредоточиваясь на всех своих текущих ощущениях, вплоть до самых незначительных, я просто поражаюсь, насколько интегрированными являются все наши перцепционные прогнозы. Хотя они могут казаться простыми, даже тривиальными, надо помнить, насколько они всеобъемлющи. Они могут формироваться только на основе мощных скоординированных потоков информации, непрерывно циркулирующих в двух противоположных направлениях по иерархии зон коры головного мозга.
Осознав столь тесную взаимосвязь чувств, мы делаем вывод, что вся кора головного мозга, все ее сенсорные и ассоциативные зоны действуют как единое целое. Да, у нас есть зрительная область коры, но она – лишь часть единой всеобъемлющей сенсорной системы, объединяющей восприятие изображения, звуков, прикосновений и многое другое. И в этой системе информационные потоки циркулируют вверх и вниз по сложной разветвленной иерархии.
Следует также отметить, что в основе всех наших предположений лежит непосредственный опыт. Я ожидаю, что отведенная скрепка ручки при отпускании ударится о корпус ручки и издаст характерный звук только потому, что так случалось в прошлом. Звук велосипеда предсказуем по той причине, что я вывожу его из гаража далеко не в первый раз. Ни один бит подобной информации не дается нам от рождения. Все эти сведения сохраняются в мозге только благодаря его невероятно огромной способности запоминать входящую информацию. Если среди информации, поступающей в мозг, встречаются постоянные последовательности сигналов, неокортекс сохраняет их, а в будущем использует для прогнозирования событий.
Хотя на рис. 6.3 и 6.4 не изображена моторная зона коры головного мозга, у нее такая же иерархическая структура, как и у описанных выше сенсорных зон. Ее можно представить как подобную сенсорную систему, но соединенную с органами чувств посредством ассоциативных зон (только с более тонкими связями с соматосенсорной зоной, что обеспечивает способность двигаться). Таким образом, моторная зона коры головного мозга функционирует подобно сенсорным зонам; кроме того, они активно взаимодействуют. Сигнал, поступающий от любого сенсорного анализатора, перемещается вверх к ассоциативной зоне, что вызывает перемещение другого импульса вниз, к моторной зоне коры головного мозга, в результате чего возникает определенное поведение. Подобно тому, как зрительный сигнал может вызвать поступление импульса в осязательную и слуховую зоны, он также может активизировать моторную зону коры головного мозга. В первом случае мы интерпретируем обратные сигналы как прогнозы, во втором – как двигательные команды. Как заметил Маунткастл, моторные зоны коры устроены так же, как и сенсорные. Кора генерирует сенсорные прогнозы так же, как моторные команды.
Вскоре мы убедимся, что в неокортексе нет «чисто сенсорных» и «чисто моторных» зон. Сенсорные потоки одновременно поступают отовсюду и, возвращаясь потом по иерархии зон, формируют прогнозы или генерируют моторные команды. Хотя у моторной зоны коры головного мозга есть свои особенности, вполне корректно считать ее частью общей иерархической запоминающе-прогностической системы. Ее можно считать еще одним органом чувств. Зрение, осязание, слух и действие тесно переплетены друг с другом.
Новый взгляд на зону V1
Продолжая разбираться в запутанной архитектуре коры головного мозга, попробуем по-новому взглянуть на зоны неокортекса. Нам уже известно, что высшие зоны коры головного мозга формируют инвариантные представления, но почему столь важная функция должна осуществляться только в высших зонах? Не забывая о понятии симметрии, сформулированном Маунткастлом, я занялся изучением различных способов связи между зонами коры головного мозга.
На рис. 6.1 показаны четыре зоны зрительного восприятия: V1, V2, V4 и IT. Как правило, каждая из них считается отдельной и непрерывной: все клетки зоны V1, обрабатывая каждая свою область зрительного поля, делают одно и то же, все клетки зоны V2 выполняют одинаковые задачи, все клетки из V4 одинаково специализированы.
Как же выглядит распознавание лица с точки зрения традиционного подхода? Когда изображение лица фиксируется клетками, образующими зону V1, вначале создается грубый «эскиз» лица, состоящий из линий и других простейших элементов. Затем «набросок» поступает в зону V2, где происходит более сложный анализ черт лица. Модифицированная информация передается в зону V4 и так далее. Распознавание объекта осуществляется только в зоне IT, которой свойственна инвариантность представлений.
К сожалению, при таком подходе возникает масса вопросов. Почему инвариантные репрезентации действуют только в зоне IT? Если все зоны коры головного мозга выполняют сходные функции, чем именно примечательна эта? И еще: лицо может быть воспринято правой или левой частью зоны V1, и в обоих случаях мозг его распознает. В то же время экспериментальным путем было установлено, что между этими частями зоны V1 нет непосредственного взаимодействия. Левая часть зоны V1 не знает, что видит правая. Давайте подумаем, какой вывод можно сделать. Судя по всему, разные части зоны V1 выполняют сходные функции, поскольку участвуют в распознавании лица. И в то же время физически они независимы друг от друга. Подзоны, или кластеры зоны V1, физически не связаны, однако выполняют одну и ту же функцию.
И наконец, результаты исследований показывают, что все высшие зоны коры головного мозга получают объединенные сигналы от двух и более сенсорных зон, расположенных ниже в иерархии (рис. 6.3). Данный рисунок является схематическим, в действительности каждая ассоциативная зона может получать сигналы из десятка и более низших зон. Согласно традиционным представлениям, взаимосвязь между низшими зонами (например, V1, V2, V4) иная. Каждая из них якобы имеет единственный источник входящей информации, единственный поток, поступающий из низшей зоны, который не имеет отношения к потокам информации, поступающим из других зон. (Например, принято считать, что зона V2 получает информационный поток от V1, и ее работа состоит только в этом.) Но почему тогда одни зоны коры головного мозга получают объединенную информацию, а другие – нет? Это еще одно несоответствие с гипотезой универсального алгоритма неокортекса, сформулированной Маунткастлом.
По этой и другим причинам я пришел к выводу, что не следует рассматривать области V1, V2, V4 как цельные зоны. Каждая из них образована более мелкими подзонами. Давайте вернемся к воображаемой обеденной салфетке (аналогии с распластанной корой головного мозга). Допустим, мы решили отметить ручкой различные функциональные зоны. Самой большой будет зона V1 – первичная зрительная зона. Следующей по размеру – зона V2. По сравнению со всеми остальными зонами эти две просто огромны. Я веду к тому, что V1 нужно рассматривать как эквивалент многих малых зон. Вместо того чтобы обвести большую зону на нашей салфетке, мы нарисуем множество маленьких зон, которые и займут территорию, принадлежащую V1. Другими словами, V1 состоит из многих малых зон коры головного мозга, которые связаны друг с другом лишь опосредованно, через более высокие зоны иерархии. В V1 входит наибольшее количество подзон по сравнению с другими зонами зрительного восприятия. V2 состоит из меньшего количества зон, но они имеют большие размеры, чем подзоны V1. То же самое утверждение действительно и для V4. Вот когда вы доберетесь до IT, она действительно окажется однородной и унифицированной.
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