Models of the Mind

Неврологи десятилетиями пытались понять, как именно ИТ проявляет такие реакции. Часто они шли по стопам Фукусимы и строили модели со стопками простых и сложных клеток, надеясь, что эти вычисления будут имитировать те, которые приводят к активности ИТ, и сделают эту активность абсолютно предсказуемой. Этот подход в определенной степени сработал, но, как и в случае с "Неокогнитроном", модели были маленькими и обучались своим связям на основе небольшого набора маленьких изображений. Чтобы добиться реального прогресса, нейробиологам нужно было увеличить масштаб своих моделей так же, как это делали компьютерные ученые.

В 2014 году две отдельные группы ученых - одна под руководством Николауса Кригескорте Кембриджского университета и Джеймса ДиКарло из Массачусетского технологического института - именно так и поступили. Они показывали реальные и разнообразные изображения объектов испытуемым (людям и обезьянам) и регистрировали активность различных областей их зрительной системы, когда они рассматривали их. Они также показали те же изображения большой конволюционной нейронной сети, обученной классифицировать реальные изображения. Обе группы пришли к выводу, что эти компьютерные модели очень хорошо приближены к биологическому зрению. В частности, они показали, что если вы хотите угадать, как нейрон в ИТ отреагирует на конкретное изображение, то лучше всего - лучше, чем любой из предыдущих опробованных нейробиологами методов, - посмотреть, как на него отреагируют искусственные нейроны в сети. В частности, нейроны в последнем слое сети лучше всего предсказывали активность нейронов ИТ. Более того, нейроны предпоследнего слоя лучше всего предсказывали активность нейронов в V4 - области, которая обеспечивает вход в ИТ. Казалось, что конволюционная нейронная сеть имитирует зрительную иерархию мозга.

Показав столь поразительное соответствие между моделью и мозгом, это исследование положило начало революции в изучении биологического зрения. Оно показало, что нейробиологи в целом находятся на правильном пути, начатом Леттвином, Хьюбелом и Визелем, но им нужно быть больше и смелее. Если они хотели получить модель, которая могла бы объяснить, как животные видят объекты, то сама модель должна была быть способна видеть объекты.

Однако этот путь символизировал отказ от принципов, которые так дороги некоторым теоретикам: стремление к элегантности, простоте и эффективности моделей. Нет ничего элегантного или эффективного в 650 000 искусственных нейронов, соединенных между собой тем способом, который они нашли для работы. По сравнению с некоторыми из самых любимых и красивых уравнений в науке, эти сети - громоздкие, неприглядные чудовища. Но, в конце концов, они работают - и нет никакой гарантии, что что-то более элегантное будет работать.

Работа Селфриджа подтолкнула биологов к рассмотрению зрительной системы как иерархической системы, а эксперименты, проведенные в результате, заложили основу для разработки конволюционных нейронных сетей. Эти семена были взращены в компьютерной науке, и в итоге сотрудничество принесло плоды обеим сторонам. В целом, стремление к созданию искусственных систем, способных решать реальные визуальные задачи в реальном мире, подтолкнуло изучение биологического зрения в направлениях, в которых оно, возможно, не продвинулось бы самостоятельно. Инженерам и компьютерщикам всегда было приятно иметь в своем распоряжении зрительную систему мозга - не только для вдохновения, но и для доказательства того, что эта сложная проблема решаема. Эта взаимная признательность и влияние делают историю изучения зрения уникально переплетенной.

 

Глава 7. Взлом нейронного кода. Теория информации и эффективное кодирование

 

В то время как сердце перекачивает кровь, а легкие осуществляют газообмен, печень перерабатывает и накапливает химические вещества, а почки выводят их из крови, нервная система обрабатывает информацию.

Целью встречи 1968 года программы Neurosciences Researchбыло обсудить, как отдельные нейроны и группы нейронов обрабатывают информацию. Резюме встречи, написанное нейробиологами Теодором Баллоком и Дональдом Перкелем, не требует каких-либо жестких и быстрых выводов. Но оно описывает широкий мир возможностей для представления, преобразования, передачи и хранения информации в мозге, обобщая состояние дел в этой области.