Разум и интеллект. Проблема создания искусственного интеллекта. Сознание и информация

2.8.1. Методы физического изучения мозга

Различные физические методыпозволяют исследователям изучать живой, работающий мозг.

Локальный мозговой кровоток изучается методом позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). С помощью ПЭТ регистрируются гамма-кванты, которые возникают при аннигиляции позитронов, образующихся при позитронном бета-распаде короткоживущего радиоизотопа. Перед исследованием в кровь пациента вводят воду, меченную радиоактивным изотопом кислорода. ПЭТ-сканер отслеживает перемещение изотопа кислорода с кровью по мозгу и таким образом оценивает скорость локального мозгового кровотока в процессе той или иной деятельности.

Клетки, непосредственно создающие активность мозга, – это нейроны (примерно десятая часть от общего числа клеток головного мозга), приспособленные для передачи друг другу электрических сигналов. Каждый нейрон связан с множеством – до десяти тысяч – других нейронов. Эта связь осуществляется через отростки двух типов: аксоны, по которым сигналы поступают от тела клетки, и дендриты, по которым клетка получает входящую информацию. Нейроны развивающегося мозга, будто играя в некую подвижную игру, соревнуются друг с другом в поисках команды других связанных друг с другом нейронов, стремясь к ней присоединиться (см. Рита Картер Как работает мозг). Каждая клетка должна найти свое место в общей схеме, а если это у нее не получается, она подвергается безжалостному удалению (прунингу), умирая в результате апоптоза (программируемой клеточной смерти). Апоптоз обеспечивает усиление и упорядочивание связей между сохраняющимися нейронами незрелого мозга и не дает ему в буквальном смысле переполниться собственными клетками. За этот процесс «отсечения всего лишнего», при всей его принципиальной важности, порой приходится платить. В числе связей, утрачиваемых в результате его работы, могут быть и такие, которые дают нам те или иные интуитивные навыки, называемые дарованиями. Например, эйдетизм (фотографическая память) вполне обычен среди маленьких детей, однако он обычно исчезает за годы прунинга нейронов. Некоторые формы антиобщественного поведения определенно связаны с повреждениями мозга или нарушениями его работы.

Воспоминания хранятся в мозге в виде отдельных связок (энграмм) и их можно в любой момент вызвать. Долговременная память распределена по всему мозгу и закодирована в тех же участках, где исходно возникали соответствующие ощущения. Рита Картер отмечает, что например, детские воспоминания о том, как в один солнечный день мы ели мороженое за городом, где пели птицы, хранятся в нескольких сенсорных областях: вкус мороженого – во «вкусовых» областях мозга, ощущение кожей солнечного тепла – в соматосенсорной коре, звуки птичьего пения – в слуховой коре, вид деревьев – в зрительной коре, и так далее. Если исходно мы ощущали все это вместе, то, вызывая в сознании одну из многих составляющих воспоминания, мы, как правило, можем вызвать и остальные, воссоздавая «полное» воспоминание из набора таких составляющих.

Вес мозга нормальных людей колеблется от 1020 до 1970 граммов. Мозг мужчин весит на 100– 150 граммов больше, чем мозг женщин. Широко распространено мнение, что от массы мозга зависят умственные способности человека: чем больше масса мозга, тем одарённее человек. Однако очевидно, что это далеко не всегда так. У людей верхнего палеолита мозг был заметно крупнее мозга современного человека. Методы томографического сканирования позволили экспериментально зафиксировать различия в строении головного мозга женщин и мужчин (см. How Men’s Brains Are Wired Differently Than Women’s //Scientific American, December 2, 2013). Установлено, что мозг мужчин имеет больше связей между зонами внутри полушарий, а женский – между полушариями.

Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2014 года получили нейробиологи Джон О`Киф (John O'Keefe), Эдвард Мозер. Джон О’Киф в 1971 году впервые описал нервные клетки в гиппокампе, реагирующие на положение животного в пространстве. Май-Бритт и Эдвард Мозер составили карту активации нейронов гиппокампа в зависимости от того, по какой траектории мышь движется через лабиринт или просто в пространстве. Основной смысл этого открытия в результате заключается в том, что ученые поняли, как пространственная информация кодируется в мозге (см. сайт нобелевского комитета http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2014/okeefe-facts.htm).

Нейрокомпьютерный интерфейс – это технология, которая позволяет человеку научиться взаимодействовать с внешним миром без помощи мышечных действий, без голоса, напрямую от мозга, на основе регистрации его электрической активности, или электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Принцип работы прост: намерение человека к какому-либо действию должно проявляться в изменении ЭЭГ. Эти изменения ЭЭГ и расшифровываются компьютерными средствами. По результатам этой расшифровки формируются команды для соответствующих исполнительных устройств. Например, я хочу включить телевизор – это мое намерение проявляется в изменении показателей ЭЭГ. Если эти изменения удается выявить в тот же момент, как они произошли, то дальше остается электронными средствами сформировать команду, которую понимает сенсорный модуль телевизора. Итак, это технология, которая позволяет человеку напрямую от мозга, силой своих волевых действий, волевого импульса или намерения управлять внешними устройствами.

Нейрон Симпсонов

Ольга Сварник описывает факты регистрации нейронов у человека при просмотре отдельных видеосюжетов (см. FAQ: Поведенческая специализация нейрона // Постнаука). К примеру, был зарегистрирован нейрон, активность которого возникала только в тот момент, когда пациент просматривал мультик про Симпсонов. Когда пациента просили вспомнить видеосюжеты, которые он просматривал, и он называл несколько видеосюжетов, в какой-то момент он произносил: «Да, и были «Симпсоны», – а активность определенного нейрона начиналась еще за некоторое количество миллисекунд до того, как он сообщает, что помнит, что ему показывали такой видеосюжет. Таким образом, можно было установить, о чем он собирается сказать.

Рисунок 52 – Нейрон Симпсонов

Совокупность таких данных предполагает, что при регистрации нейронной активности в какой-то момент мы могли бы прочитать, о чем человек думает.