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

Сколько нейронов необходимо, чтобы различать много похожих объектов, например, лица? Благодаря инструментальным исследованиям мы знаем, что несколько областей человеческого мозга реагируют на лица, причем некоторые — с высокой степенью избирательности. Однако в этих областях информация о любых отдельных лицах широко распределена между многими нейронами. Дорис Цао из Калтеха записала данные от нейронов в коре мозга обезьяны, которые избирательно реагируют на лица, и показала, что можно реконструировать лица, комбинируя входные данные от 200 «лицевых» клеток[429] — относительно небольшой части всех реагирующих на лица нейронов[430].

Когда воспринимается время визуального события?

Еще один аспект зрительного восприятия — то, что мозг регистрирует события, такие как вспышки света, с привязкой к определенному времени. Временные задержки нейронов зрительной коры при реакции на зрительный стимул варьируют от 25 до 100 миллисекунд, часто в пределах одной и той же области коры. Но вместе с тем мы можем определить порядок двух вспышек, произошедших с разрывом 40 милисекунд, и порядок двух звуков с разницей во времени менее 10 милисекунд. Еще более парадоксально то, что обработка в самой сетчатке занимает определенное время, которое не фиксировано, но зависит от интенсивности вспышки, так что, хотя есть разница во времени прибытия первого импульса от тусклой и от яркой вспышки, кажется, что они пришли одновременно. И возникает вопрос, почему восприятие кажется единым, что вовсе не очевидно из распределенных в пространстве и времени схем активности по всей коре.

Вопрос одновременности становится еще острее, когда мы проводим кроссмодальные сравнения. Когда вы наблюдаете, как кто-то рубит дерево, вы одновременно видите и слышите, как топор ударяется о дерево, хотя скорость звука намного меньше скорости света. Кроме того, иллюзия одновременности сохраняется и с увеличением расстояния до дерева[431], хотя абсолютная задержка между зрительными и слуховыми сигналами, по мере того как они достигают вашего мозга, может достигать 80 милисекунд, прежде чем иллюзия разрушится и звук перестанет совпадать с ударами топора.

Исследователи, изучающие временные аспекты зрения, обнаружили еще одно явление, называемое эффектом запаздывания вспышки. Его можно наблюдать, когда самолет с мигающими хвостовыми огнями проходит над головой, а свет и хвост не совпадают. Или изучить в лаборатории с помощью визуального стимула, как показано на рис 16.3. При эффекте запаздывания вспышки кажется, что движущийся объект и вспышка, находящиеся в одном месте, смещены по отношению друг к другу.

Основное объяснение — интуитивно понятное и отчасти подтвержденное данными из записей активности мозга, — мозг предсказывает, где движущееся пятно будет через короткий промежуток времени. Однако чувственные эксперименты показали, что это не может объяснять эффект запаздывания вспышки, потому что восприятие, приписываемое времени вспышки, зависит от событий, которые происходят в течение 80 миллисекунд после вспышки, а не до нее, и которые претендуют на роль основы для прогнозирования[432].

Рис. 16.3. Эффект задержки вспышки. Кольцо движется слева направо (черное, сверху). Когда оно проходит над лампочкой, на миг вспыхивает свет (желтый, вверху). Наблюдатели же сообщают, что все выглядит, как на нижнем рисунке: в момент вспышки объект смещается вправо.

Такое толкование эффекта запаздывания означает, что мозг больше работает с уже имеющейся информацией, чем с предсказаниями. То есть мозг постоянно обращается к опыту, чтобы согласовать воспринимаемое настоящее с будущим. Один из примеров того, как наш мозг генерирует правдоподобные интерпретации, основанные на зашумленных и неполных данных, — использование фокусниками эффекта «ловкости рук»[433].

Где в мозгу воспринимается зрительный образ?

Визуализация мозга дает нам общую картину характера мозговой деятельности, когда мы воспринимаем или не воспринимаем что-либо. Используя экспериментальные данные, исследователи разработали очень заманчивую гипотезу: мы осознаем что-то только тогда, когда уровень мозговой активности в лобной части коры, необходимый для планирования и принятия решений, достигает порогового уровня и запускает обратную связь[434]. Идея любопытная, но бездоказательная, поскольку с помощью наблюдений установили не причинно-следственные связи, а только корреляцию. Если НКС ответственны за сознательное состояние, должна быть возможность изменить их и таким образом изменить сознание. Дорис Цао показала, что она может препятствовать распознаванию лиц у обезьян, стимулируя «лицевые» области в зрительной коре[435]. Когда подобный эксперимент проводился на людях, испытуемые сообщали, что лица будто бы расплываются, плавятся[436].