Мы можем думать о предмете, который видим, с такой же легкостью, как о мелодии, где ноты гармонично следуют друг за другом и воспринимаются как единое целое, в то время как другой объект больше похож на случайные ноты. Как и в случае с музыкой, у зрительной системы есть правила, диктующие восприятие и запоминание. Когда объект сгруппирован естественным и целостным образом, его называют прегнантным гештальтом в честь группы психологов, которые в начале XX века придумали правила, по которым зрительная система воспринимает формы. Мы усваиваем эти правила так же, как и языковые нормы.
Давайте посмотрим, как работает эта система. Можем ли мы обучить и перестроить мозг, чтобы он мог практически мгновенно и автоматически определять любой объект? В процессе ответа на этот вопрос мы в общих чертах рассмотрим теорию обучения.
Монстр с медленными процессорами
Большинство современных кремниевых компьютеров работает на одном или нескольких процессорах. Эти компьютеры очень быстро считают, но способны обрабатывать запросы только последовательно, по одному в каждый момент времени. Наш мозг – это параллельный аппарат; он одновременно производит миллионы расчетов. Вероятно, это одна из наиболее ярких характеристик человеческого мозга, и она позволяет нам быстро и эффективно решать задачи, которые мы до сих пор не поручаем даже самым современным компьютерам. В этой области компьютерной науки ведутся настойчивые исследования, однако попытки разработать мощные параллельные компьютеры дают лишь слабые результаты. Исследователи сталкиваются с двумя трудностями: во-первых, экономически сложно произвести такое количество процессоров, а во-вторых, нужно найти способ делиться информацией.
В параллельном компьютере каждый процессор выполняет свою задачу, но результат этой коллективной работы требует координирования. Одна из самых больших загадок мозга – как ему удается объединять параллельно обрабатываемую информацию. Этот вопрос тесно связан с сознанием. Если мы поймем, каким образом мозг сводит воедино большие массивы информации, то значительно приблизимся к пониманию механизма работы сознания. Мы также поймем, как происходит обучение.
Секрет мастерства заключается в преобразовании этой параллельной структуры и ее адаптации к новым функциям. Великие математики видят математику. Гроссмейстер видит шахматы. Это происходит потому, что зрительная кора мозга представляет собой самый необыкновенный параллельный компьютер, известный человечеству.
Зрительная система состоит из наложенных друг на друга карт. К примеру, у мозга есть карта, посвященная распознаванию цвета. В регионе под названием V4
[82] формируются модули примерно миллиметрового размера, называемые глобулами. Каждый из них распознает тончайшие оттенки цвета в конкретной части зрительного образа.
Большое преимущество этой системы состоит в том, что распознавание объекта не требует его последовательного разглядывания, миллиметр за миллиметром. Это особенно важно для работы мозга. Нейрону нужно время для загрузки и направления информации к следующему нейрону; мозг может выполнять от трех до пятнадцати вычислительных циклов в секунду. Это ничто по сравнению с миллионами циклов в секунду у крошечного процессора в мобильном телефоне.
Мозг разрешает проблему объективной медлительности биологической ткани благодаря бесчисленному количеству нейронных связей
[83]. Это ключ к загадке обучения, о которой пойдет речь дальше: любая функция, заложенная в параллельных структурах (картах) мозга, действует быстро и эффективно. С другой стороны, те функции, которые пользуются последовательными циклами мозга, выполняются медленно, полностью осознанно и воспринимаются с большим усилием. Процесс обучения в мозге в значительной степени является распараллеливанием.
Репертуар визуальных карт мозга включает движение, цвет, контраст и направление. Некоторые карты определяют наиболее сложные объекты как два смежных цикла.
Возьмем, к примеру, такой объект – чужие глаза, смотрящие на нас. Не странно ли, что мы поворачиваем голову в сторону того, кто на нас смотрит? Как мы узнали об этом, прежде чем увидели его? Причина в том, что мозг параллельно рассматривает возможность постороннего взгляда во всем окружающем мире, часто без какого-либо сознательного участия. Мозг обнаруживает новый параметр в одной из своих карт и подает сигнал системе внимания и моторного контроля теменной коры, как бы
[84] говоря: «Поверни взгляд туда, потому что там происходит что-то важное». Эти карты похожи на заводские настройки в спектре врожденных навыков. Они эффективны и в то же время выполняют вполне конкретную задачу. Но их можно модифицировать, совмещать и переписывать, что необходимо для обучения.
Наши внутренние картографы
Кора головного мозга организована в нейронные колонны, и каждая выполняет конкретную функцию. Это открытие Дэвида Хьюбела и Торстена Визеля принесло им Нобелевскую премию по физиологии. Изучая, как развиваются карты мозга, они обнаружили критические периоды. У визуальных карт есть естественная программа генетического развития, но для их консолидации необходим зрительный опыт. Они подобны реке, которой нужна текущая вода, чтобы поддерживать свою форму.
Сетчатка, особенно на раннем этапе развития, генерирует непроизвольную активность и начинает работать в полной темноте. Мозг распознает эту активность как свет, не различая, поступает он извне или нет. Поэтому зрительная активность начинается еще до того, как мы открываем глаза. Кошки рождаются с закрытыми глазами и, по сути дела, тренируют свою зрительную систему с помощью внутреннего света. У кошек, людей и других млекопитающих визуальные карты развиваются в младенчестве и закрепляются через несколько месяцев.
Открытие Хьюбела и Визеля затрагивает еще один миф: обучение определенным вещам в зрелом возрасте – невыполнимая задача. Мы собираемся пересмотреть эту идею и предлагаем умеренно оптимистичный вариант: обучение в зрелом возрасте гораздо более реально, чем мы полагаем, но требует много времени и усилий, – ровно столько же, сколько мы потратили на подобные задачи в младенчестве, но потом забыли об этом. В конце концов, младенцы и дети тратят часы, месяцы и годы, когда учатся говорить, ходить и читать. Может ли взрослый человек забросить свои дела и посвятить все время и силы изучению чего-то нового?
