Антология машинного обучения. Важнейшие исследования в области ИИ за последние 60 лет

Химические синапсы содержат сотни уникальных белков, контролирующих высвобождение нейромедиатора и активацию рецепторов в принимающем нейроне. Большинство синапсов пластичны: как форма жесткого пластика может измениться под воздействием тепла, так и сила синапса может избирательно становиться больше или меньше даже в сотню раз. Примеры синаптических алгоритмов обучения, обнаруженных в мозге, будут рассмотрены в книге далее. Еще примечательнее, что в коре постоянно образуются новые синапсы, а старые удаляются, и это делает их одними из самых динамичных частей организма. В мозге около ста различных типов синапсов, наиболее распространенным возбуждающим нейромедиатором в коре является глутаминовая кислота, а наиболее распространенным ингибирующим передатчиком – гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Также широкий диапазон и у электрохимического воздействия, которое молекулы нейромедиатора оказывают на другие нейроны. Например, симпатические ганглиозные клетки лягушки-быка, о которых написано в главе 4, имеют синапсы с временными шкалами от миллисекунд до минут (рис. 4.5).

Восстановление формы объекта по теням

Стивен Цукер (рис. 5.7) работает над слиянием компьютерного и биологического зрения. Я знаком с ним уже более 30 лет, и все это время он трудится над книгой, которая объяснит, как работает зрение.

Рис. 5.7. Стивен Цукер в Йельском университете. Освещение на снимке падает сверху справа. По изменению оттенков на его свитере можно понять, какой формы складки. Уравнения на доске позади него вдохновлены зрительной корой мозга обезьян и объясняют, как это происходит. Мы видим одни и те формы независимо от источника света

Его проблема в том, что он все продолжает делать открытия в области зрения и, как у Тристрама Шенди, персонажа Лоренса Стерна[110], конец его книги откладывается тем дальше, чем больше открытий он делает. Подход Цукера к зрению основан на восхитительно упорядоченной структуре первичной зрительной коры, в отличие от структуры других частей коры, где нейроны располагаются чуть ли не вразнобой (см. рис. 5.6) и буквально молят о строгой схеме. Большинство исследователей в области компьютерного зрения пытаются распознавать объекты по ряду отличительных признаков, отделяя сами объекты от фона.

Стив хотел большего. Он хотел понять, как мы считываем форму объектов из поверхностных теней и явных признаков изгибов и складок. В интервью на пленарном заседании ежегодного собрания Общества нейробиологии в 2006 году у Фрэнка Гери[111], архитектора, проектирующего похожие на паруса здания, спросили, как ему приходят в голову такие идеи? Он ответил, что его вдохновляет рассматривание смятой бумаги в корзине для мусора. Возьмите лист бумаги, скомкайте, положите на стол и посмотрите на него. Как наша зрительная система соединяет сложную форму бумаги с рисунком складок и затененных поверхностей? Как мы воспринимаем меняющиеся формы поверхностей здания Музея Гуггенхайма в Бильбао (рис. 5.8)?

Рис. 5.8. Музей Гуггенхайма в Бильбао, спроектированный Фрэнком Гери. Тени и отражения от криволинейных поверхностей создают сильное впечатление формы и движения. Крошечные люди на дорожке показывают масштаб здания

Стив Цукер недавно смог объяснить, как мы видим складки на затененных изображениях, основываясь на тесной взаимосвязи между трехмерными очертаниями поверхности, как на контурных картах гор, и контурами постоянной яркости на изображениях (рис. 5.9)[112].

Рис. 5.9. Высотные контуры поверхности (слева сверху) по сравнению с изофотами (кривыми, соединяющими точки равной яркости) той же поверхности (слева внизу). В обоих случаях разделение происходит в одних и тех же критических точках, как показано на рисунках справа (Кансберг и Цукер)

Связь обеспечивается геометрической формой поверхности[113]. Это объясняет, почему наше восприятие формы настолько нечувствительно к различиям в освещении и свойствам поверхности объектов. Это также может объяснить, почему мы так хорошо читаем контурные карты, где контуры сделаны явными, и почему нам достаточно лишь несколько характерных внутренних линий, чтобы увидеть форму объектов в мультфильмах.