Приведу другой пример: несколько раз в неделю я добираюсь на работу велосипедом. В такие дни я иду утром в гараж, беру свой велосипед, разворачиваю его и вывожу через калитку. Пока я проделываю все указанные манипуляции, в мой мозг поступает множество зрительных и слуховых сигналов. Ежесекундно формируются полисенсорные прогнозы – предположения неокортекса относительно того, что я услышу и почувствую в следующее мгновение. Я вижу, как велосипед переезжает порог, и это вызывает у меня ожидание характерного звука. Задев ногой педаль, я наклоняю голову и ожидаю увидеть ее именно около моей ноги. Прогнозы настолько точны, что в случае возникновения малейших отклонений от ожидаемого сценария развития событий я бы тотчас заметил эти отклонения. Информационный поток движется в сенсорной иерархии одновременно в двух направлениях, таким образом формируется унифицированное восприятие, неотъемлемой частью которого является прогнозирование.

Рис. 6.4. Потоки информационных сигналов передвигаются вверх по иерархически организованным сенсорным зонам, а затем возвращаются к низшим зонам. Таким образом формируется объединенный сенсорный опыт и осуществляется прогностическая функция

Предлагаю вам провести следующий опыт: оторвитесь от чтения и что-нибудь сделайте. Что угодно, лишь бы вы двигались и манипулировали каким-то предметом. Можете, например, подойти к раковине и повернуть ручку крана. Делая это, попробуйте обратить внимание на каждый звук, каждое осязательное ощущение, каждое изменение визуальной «картинки». Будьте внимательны, помните, что каждое движение тесно связано с созерцанием, слухом и осязательными ощущениями. Покрутите ручку крана вперед-назад. Ваш мозг ожидает почувствовать давление на кожу и сопротивление ваших мускулов. Вы ожидаете увидеть и почувствовать прокручивание крана, вы ожидаете увидеть и почувствовать воду. Когда вода долетит до раковины, вы ожидаете услышать другой звук – звук падающей воды, увидеть и почувствовать на своей коже обжигающе горячие (или ледяные – в зависимости от того, какой кран включаете) брызги.

При ходьбе вы всегда – осознанно или нет – ожидаете услышать звук каждого шага. Даже то, что вы просто держите эту книгу в руках, тоже вызывает множество сенсорных прогнозов. Представьте себе, что вы почувствовали, будто книга закрывается, хотя зрение подсказывает вам совершенно другое: книга остается раскрытой. Наверняка вы испытали бы полное замешательство, вплоть до шока. Помните наш воображаемый эксперимент с изменением двери, описанный в главе 5? Тогда мы убедились, что мозг постоянно занят прогнозированием, причем это касается абсолютно всех сенсорных модальностей. Каждый раз, сосредоточиваясь на всех своих текущих ощущениях, вплоть до самых незначительных, я просто поражаюсь, насколько интегрированными являются все наши перцепционные прогнозы. Хотя они могут казаться простыми, даже тривиальными, надо помнить, насколько они всеобъемлющи. Они могут формироваться только на основе мощных скоординированных потоков информации, непрерывно циркулирующих в двух противоположных направлениях по иерархии зон коры головного мозга.

Осознав столь тесную взаимосвязь чувств, мы делаем вывод, что вся кора головного мозга, все ее сенсорные и ассоциативные зоны действуют как единое целое. Да, у нас есть зрительная область коры, но она – лишь часть единой всеобъемлющей сенсорной системы, объединяющей восприятие изображения, звуков, прикосновений и многое другое. И в этой системе информационные потоки циркулируют вверх и вниз по сложной разветвленной иерархии.

Следует также отметить, что в основе всех наших предположений лежит непосредственный опыт. Я ожидаю, что отведенная скрепка ручки при отпускании ударится о корпус ручки и издаст характерный звук только потому, что так случалось в прошлом. Звук велосипеда предсказуем по той причине, что я вывожу его из гаража далеко не в первый раз. Ни один бит подобной информации не дается нам от рождения. Все эти сведения сохраняются в мозге только благодаря его невероятно огромной способности запоминать входящую информацию. Если среди информации, поступающей в мозг, встречаются постоянные последовательности сигналов, неокортекс сохраняет их, а в будущем использует для прогнозирования событий.

Хотя на рис. 6.3 и 6.4 не изображена моторная зона коры головного мозга, у нее такая же иерархическая структура, как и у описанных выше сенсорных зон. Ее можно представить как подобную сенсорную систему, но соединенную с органами чувств посредством ассоциативных зон (только с более тонкими связями с соматосенсорной зоной, что обеспечивает способность двигаться). Таким образом, моторная зона коры головного мозга функционирует подобно сенсорным зонам; кроме того, они активно взаимодействуют. Сигнал, поступающий от любого сенсорного анализатора, перемещается вверх к ассоциативной зоне, что вызывает перемещение другого импульса вниз, к моторной зоне коры головного мозга, в результате чего возникает определенное поведение. Подобно тому, как зрительный сигнал может вызвать поступление импульса в осязательную и слуховую зоны, он также может активизировать моторную зону коры головного мозга. В первом случае мы интерпретируем обратные сигналы как прогнозы, во втором – как двигательные команды. Как заметил Маунткастл, моторные зоны коры устроены так же, как и сенсорные. Кора генерирует сенсорные прогнозы так же, как моторные команды.

Вскоре мы убедимся, что в неокортексе нет «чисто сенсорных» и «чисто моторных» зон. Сенсорные потоки одновременно поступают отовсюду и, возвращаясь потом по иерархии зон, формируют прогнозы или генерируют моторные команды. Хотя у моторной зоны коры головного мозга есть свои особенности, вполне корректно считать ее частью общей иерархической запоминающе-прогностической системы. Ее можно считать еще одним органом чувств. Зрение, осязание, слух и действие тесно переплетены друг с другом.

Продолжая разбираться в запутанной архитектуре коры головного мозга, попробуем по-новому взглянуть на зоны неокортекса. Нам уже известно, что высшие зоны коры головного мозга формируют инвариантные представления, но почему столь важная функция должна осуществляться только в высших зонах? Не забывая о понятии симметрии, сформулированном Маунткастлом, я занялся изучением различных способов связи между зонами коры головного мозга.

На рис. 6.1 показаны четыре зоны зрительного восприятия: V1, V2, V4 и IT. Как правило, каждая из них считается отдельной и непрерывной: все клетки зоны V1, обрабатывая каждая свою область зрительного поля, делают одно и то же, все клетки зоны V2 выполняют одинаковые задачи, все клетки из V4 одинаково специализированы.

Как же выглядит распознавание лица с точки зрения традиционного подхода? Когда изображение лица фиксируется клетками, образующими зону V1, вначале создается грубый «эскиз» лица, состоящий из линий и других простейших элементов. Затем «набросок» поступает в зону V2, где происходит более сложный анализ черт лица. Модифицированная информация передается в зону V4 и так далее. Распознавание объекта осуществляется только в зоне IT, которой свойственна инвариантность представлений.

К сожалению, при таком подходе возникает масса вопросов. Почему инвариантные репрезентации действуют только в зоне IT? Если все зоны коры головного мозга выполняют сходные функции, чем именно примечательна эта? И еще: лицо может быть воспринято правой или левой частью зоны V1, и в обоих случаях мозг его распознает. В то же время экспериментальным путем было установлено, что между этими частями зоны V1 нет непосредственного взаимодействия. Левая часть зоны V1 не знает, что видит правая. Давайте подумаем, какой вывод можно сделать. Судя по всему, разные части зоны V1 выполняют сходные функции, поскольку участвуют в распознавании лица. И в то же время физически они независимы друг от друга. Подзоны, или кластеры зоны V1, физически не связаны, однако выполняют одну и ту же функцию.