Models of the Mind

Клетки Пуркинье способны закрывать глаза. Точнее, снижение их обычно высокого темпа стрельбы приведет к тому, что через связи, которые клетки Пуркинье посылают из этой области, глаза закроются. Исходя из этой анатомии, Альбус видел их место в качестве считывающего устройства - то есть они указывают на результат классификации.

Перцептрон обучается с помощью супервизии: ему нужны входы и метки для этих входов, чтобы понять, когда он ошибся. Альбус увидел эти две функции в двух разных типах связей на клетках Пуркинье. Гранулезные клетки передают сенсорные сигналы; в частности, разные гранулезные клетки срабатывают в зависимости от того, какой звук воспроизводится. Волокна восхождения сообщают мозжечку о воздушной затяжке; они срабатывают, когда ощущается раздражение. Важно, что это означает, что волокна лазания сигнализируют об ошибке. Они указывают на то, что животное совершило ошибку, не закрыв глаза, когда должно было.

Чтобы предотвратить эту ошибку, связи между гранулярными клетками и клетками Пуркинье должны измениться. В частности, Альбус предполагал, что все клетки-гранулы, которые были активны до того, как активизировалось волокно восхождения (то есть до ошибки), должны ослабить свою связь с клеткой Пуркинье. Таким образом, в следующий раз, когда эти гранулезные клетки сработают -то есть в следующий раз, когда будет воспроизведен тот же звук, - они не вызовут срабатывания клеток Пуркинье. И этот спад в работе клеток Пуркинье приведет к закрытию глаз. Благодаря такому изменению силы связи животное учится на своих прошлых ошибках и избегает будущих ударов воздухом по глазам.

Таким образом, клетка Пуркинье действует как президент, которого консультирует кабинет советников из клеток гранул. Сначала клетка Пуркинье прислушивается ко всем из них. Но если становится ясно, что некоторые из них дают плохие советы - то есть за их советами следуют негативные новости, доставляемые по восходящему волокну, - их влияние на клетку Пуркинье ослабевает. И в будущем клетка Пуркинье будет вести себя лучше. Этот процесс напрямую отражает правило обучения перцептрона.

Когда в 1971 году Альбус предложил такое сопоставление между перцептроном и мозжечком, его предсказание о том, как должны измениться связи между клетками гранулезы и клетками Пуркинье, было всего лишь предсказанием. Никто не наблюдал непосредственно такого рода обучение в мозжечке. Но к середине 1980-х годов накопились доказательства в пользу Альбуса. Стало ясно, что сила связи между клеткой гранулы и клеткой Пуркинье действительно уменьшается после ошибки. Были даже раскрыты конкретные молекулярные механизмы этого процесса. Теперь мы знаем, что входные сигналы гранулезных клеток вызываютответную реакциюрецептора вмембране клетки Пуркинье, эффективно отмечая, какие входные сигналы гранулезных клеток были активны в данный момент. Если сигнал от лазающего волокна поступает позже (во время воздушной затяжки), он вызывает приток кальция в клетку Пуркинье. Присутствие этого кальция сигнализирует всем помеченным связям о снижении их силы. У пациентов с синдромом хрупкой Х - генетическим заболеванием, приводящим к умственной отсталости, - отсутствует белок, регулирующий эту связь от клеток гранул к клетке Пуркинье. В результате у них возникают проблемы с обучением таким задачам, как обучение морганию глазами.

Перцептрон с его четкими правилами обучения в нейронной сети предложил нейробиологам четкие идеи, которые можно было проверить и найти в мозге. При этом он смог связать науку воедино на разных уровнях. Мельчайшие физические детали - например, движение ионов кальция внутри нейрона - приобретают гораздо большее значение в свете их роли в вычислениях.

* * *

Правление перцептрона оборвалось в 1969 году. И по шекспировской иронии судьбы его убил его однофамилец.

Книга "Перцептроны" была написана Марвином Мински и Сеймуром Пейпертом, математиками из Массачусетского технологического института. Книга была озаглавлена "Введение в вычислительную геометрию" и имела простой абстрактный дизайн на обложке. Мински и Пейперта потянуло написать о перцептронах из благодарности за изобретение Розенблатта и желания исследовать его дальше. На самом деле Минский и Паперт встретились на конференции, где они представляли схожие результаты своих исследований того, как перцептрон обучается.

Паперт был уроженцем Южной Африки с полными щеками, здоровой бородой и не одной, а двумя докторскими степенями по математике. Его всю жизнь интересовало образование и то, как оно может быть преобразовано с помощью компьютеров. Минский был меньше чем на год старше Паперта, с более резкими чертами лица и большими очками. Уроженец Нью-Йорка, он учился в Высшей научной школе Бронкса вместе с Фрэнком Розенблаттом; его наставниками также были Маккалох и Питтс.