совокупности нервных клеток. Вид огнетушителя, например, активирует несколько групп нейронов, которые кодируют тело, рукоятку, шланг, стандартный красный цвет и, вероятно, ряд других примитивных форм. Эта воспроизводимая комбинация активных нейронов затем сохраняется и фиксируется за счет увеличения силы синапсов, связывающих их в стабильную систему. В свою очередь, каждый из таких примитивов должен быть предварительно усвоен как совокупность элементарных признаков на более низком уровне. Таким образом, наша способность распознавать объекты в конечном счете основывается на пирамиде нейронов и иерархической схеме научения.
На вершине пирамиды возникает новая проблема. На этом уровне некоторые нейроны реагируют на несколько видов одного и того же объекта – например, на профиль лица, вид спереди или даже на имя человека (Дженнифер Энистон). Непонятно, как именно приобретается такая утонченная разновидность инвариантности. Научение на базе случайных совпадений больше не работает. Мы не можем просто взять и связать вместе нейроны, которые активны в данный конкретный момент, потому что никогда не видим все лицо и профиль одновременно (за исключением картин Пикассо).
В естественной среде различные виды одного объекта часто наблюдаются последовательно. Как один нейрон узнает, что все они соответствуют определенному объекту? Ясуси Миясита из Токийского университета описал вероятный нейронный механизм, который вполне может объяснить этот тип научения. Он показал, что некоторые клетки в нижневисочной коре чувствительны к корреляциям во времени [240]. Когда обезьяна многократно видит несвязанные фрактальные фигуры, каждая из них кодируется отдельной группой нейронов. Однако, если эти формы связаны во времени – либо потому, что они всегда появляются вместе в рамках одной и той же временной последовательности, либо потому, что представлены парами, – кора «поручает» их одним и тем же нейронам. Это означает, что один нейрон в результате начнет реагировать на два совершенно разных изображения, единственным общим свойством которых является их появление в тесной временной связи друг с другом (рис. 3.8).
Этот механизм научения может генерировать весьма абстрактные и инвариантные зрительные репрезентации. Всякий раз, когда мы видим Дженнифер Энистон – спереди или сбоку, близко или далеко, – наши височные нейроны поддерживают стабильную репрезентацию этой актрисы, даже если угол обзора постоянно меняется. Механизм временно́й корреляции может играть важную роль в процессе чтения. В частности, у него не должно возникать никаких проблем с обнаружением ассоциаций между строчными и прописными буквами, такими как «а» и «А». На гораздо более высоком уровне он может легко выявить взаимосвязь между буквами и звуками речи и таким образом внести свой вклад в становление эффективного маршрута, преобразующего графемы в фонемы.
Нейронный рециклинг
Красота – это дар судьбы, а грамотность – ну, это уж от природы.
Уильям Шекспир, «Много шума из ничего» [241]
Из сказанного выше очевидно, что наше зрение примата ни запрограммировано при рождении, ни лишено какой-либо структуры вообще и брошено на произвол внешнего мира. Общая архитектура зрительной системы жестко ограничена и идентична у всех нас, но детали реакции каждого нейрона зависят от конкретных зрительных событий. Изощренные методы статистического научения позволяют нам обнаруживать закономерности внешнего мира. Наш мозг устроен так, что неслучайные свойства, такие как выравнивание нескольких полос на сетчатке, наличие Т- или L-образных пересечений, повторяющаяся последовательность двух изображений, быстро извлекаются и сохраняются в корковых связях.
Инстинкт к обучению играет решающую роль в нашей способности овладеть навыком чтения. Благодаря синаптической пластичности, которая достигает пика у детей, но присутствует и у взрослых, зрительная кора может частично адаптироваться к специфическим проблемам, возникающим при распознавании букв и слов. В ходе эволюции наша зрительная система приобрела ровно столько пластичности, сколько нужно, чтобы мозг был способен научиться читать.
Когда ребенок впервые приходит в школу, его мозг уже предварительно адаптирован к распознаванию букв и слов. Как и у любого другого примата, вентральная височная кора первоклассника содержит своеобразный алфавит протобукв. Распознавание объектов осуществляется по комбинаторному принципу на базе нейронного алфавита элементарных форм, некоторые из которых очень похожи на наши буквы.
Моя гипотеза состоит в том, что мы можем научиться читать только благодаря этой преадаптации нижневисочной коры. Чтение было бы невозможно, если бы наша зрительная система не выполняла операции, близкие к тем, которые необходимы для распознавания слов, и не была наделена определенной степенью пластичности, позволяющей запоминать новые формы. Во время обучения в школе часть этой системы перестраивается и превращается в неплохое устройство для инвариантного распознавания букв и слов.
Рис. 3.8. Нейроны нижневисочной коры могут научиться реагировать на произвольные формы, такие как эти фрактальные изображения. Сакаи и Миясита (Sakai & Miyashita, 1991) обучили макак связывать эти образы в пары. После обучения отдельные нейроны начали одинаково хорошо реагировать на оба члена каждой пары. Это свидетельствовало о формировании условной ассоциации, напоминающей произвольную культурную связь между прописными и строчными буквами.
Согласно этой точке зрения, наша кора – это не чистый лист или восковая табличка, где отпечатывается любое культурное изобретение, каким бы произвольным оно ни было. Ее также нельзя считать негибким органом, который каким-то образом в ходе эволюции посвятил один из своих «модулей» чтению. Мы могли бы уподобить нашу зрительную кору скорее конструктору Lego, с помощью которого ребенок может собрать не только стандартную модель, показанную на коробке, но и множество других.
Моя гипотеза расходится с общепринятым в социальных науках подходом «никаких ограничений», согласно которому человеческий мозг способен воспринять любую форму культуры. На самом деле природу и культуру связывают гораздо более сложные отношения. Наш геном – продукт миллионов лет эволюционной истории – определяет жесткую (хотя и частично модифицируемую) мозговую архитектуру, которая накладывает серьезные ограничения на то, чему мы можем научиться. Новые культурные изобретения могут быть приобретены только в той мере, в какой они отвечают особенностям устройства нашего мозга. Многие подобные артефакты имеют мало общего с естественным миром, в котором мы эволюционировали, – ничего в дикой природе даже отдаленно не напоминает страницу книги. Однако каждый из них должен найти в мозге свою «экологическую нишу», или нейронную цепь, выполняющую более или менее схожую функцию и обладающую достаточной гибкостью, чтобы быть перепрофилированной на новую задачу.
