krok po kroku. To pozwoli wam się przekonać, że świat, który widzimy, bynajmniej nie jest identyczny z tym, co nas otacza: podlega on segmentacji w siatkówkach oczu, po czym zostaje wysłany do mózgu odrębnymi kanałami przekazującymi specyficzne informacje cząstkowe o postrzeganym obrazie. Dowiecie się, jak odbywa się to przekodowanie obrazu w neuronach siatkówek i dlaczego tak się dzieje. Później przyjrzymy się drodze, po której sygnały z siatkówek biegną do mózgu, gdzie powstaje percepcja.
Mózg skrywa wiele tajemnic, ale wiemy na pewno, że większa jego część nie działa na zasadzie stałych połączeń między dwoma punktami, jak w telefonii, lecz na podstawie wielostronnych połączeń neuronów, które przypominają sieć pajęczą – w istocie układy takie nazywa się sieciami neuronowymi. Dziś wyrażenie to pojawia się najczęściej w kontekście informatycznym, trzeba jednak wiedzieć, że na pomysł sieci neuronowej wpadł ponad pół wieku temu kanadyjski wizjoner i prekursor neuronauki Donald Hebb, od którego dopiero jakiś czas później przejęli ją informatycy. W kolejnych dziesięcioleciach sieci neuronowe to wychodziły z mody, to znów wracały do łask, ale w końcu nowa generacja komputerów pozwoliła teoretykom informatyki stworzyć dyscyplinę zwaną uczeniem maszynowym, którą lepiej znamy pod pojęciem sztucznej inteligencji. Dzięki nim dowiedzieliśmy się, że komputerowe sieci neuronowe mogą się uczyć wykonywania niewiarygodnie trudnych zadań, a to skłoniło neuronaukowców do ponownego pochylenia się nad koncepcją sieci neuronowych w mózgu. Możemy więc mówić o sojuszu neurobiologii i informatyki, który wychodzi na dobre obu stronom.
Czy mózg wykorzystuje sieci neuronowe do interpretowania świata? Czy funkcjonuje na zasadzie uczenia maszynowego? Dzisiaj możemy chyba odpowiedzieć na te pytania twierdząco… dodając, że na razie mózg radzi sobie znacznie lepiej od komputerów. Nie ulega wątpliwości, że pewne czynności maszyny wykonują oszałamiająco sprawnie – nie tylko umieją grać w szachy, lecz uczą się o wiele bardziej złożonych rzeczy. Na ogół jednak sztuczna inteligencja to katarynka, która potrafi grać tylko jedną melodię. Co więcej, nawet najprostsze jej wersje to cała masa sprzętu, który pożera ogromne ilości energii. Tymczasem nasz mały mózg potrafi wykonywać mnóstwo najróżniejszych zadań, zużywając mniej energii niż lampka nocna. Biorąc to pod uwagę, powiemy raczej, że komputer to bardzo kiepski mózg. I rzeczywiście – dziś wszystkie wysiłki naukowców są skoncentrowane na tym, by komputer bardziej przypominał mózg.
U podstaw uczenia maszynowego leży założenie – o którym mówił już Hebb – że sieć neuronowa oparta na stałych połączeniach nie zdziała zbyt wiele. Zasadnicze znaczenie ma tutaj to, że synapsy łączące neurony w sieci neuronowej (czy naśladujące je „neurony” w komputerze) mogą być modyfikowane przez doświadczenie. Owa plastyczność to reguła powszechnie obowiązująca w mózgu, nie tylko w układach sensorycznych. Dzięki niej mózg może się regenerować po uszkodzeniu czy przeznaczać nadprogramowe zasoby na szczególnie ważne zadania. W procesie widzenia sieci neuronowe mózgu mogą się uczyć przewidywać tożsamość obiektu w świecie rzeczywistym – dopełniać surową informację z siatkówki już znanymi, widzianymi wcześniej obrazami. W skrócie oznacza to, że zasadą percepcji nie jest niezmienna reakcja na scenę wzrokową, lecz uczenie się; sieci neuronowe w mózgu rozpoznają określone połączenia postrzeganych cech.
Na ile pomoże nam to zrozumieć, czym rzeczywiście są percepcja, myślenie i emocje? Nie znamy dokładnej odpowiedzi na to pytanie, niemniej rozwiązanie tej zagadki widać już na horyzoncie. Weryfikowalne wyniki badań naukowych to początek podróży – dzięki nim dotrzemy do punktu granicznego, w którym wrażenia zmysłowe przekształcają się w percepcję i myśl.
I ostatnie pytanie: „Gdzie w tym wszystkim jestem »ja«?”. Bardzo łatwo mówić o mózgu, kiedy patrzymy na niego okiem postronnego obserwatora, ale gdzie jest ta osoba, która – jak sobie wyobrażamy – patrzy naszymi oczami? Na tym polu stawiamy dopiero pierwsze kroki, nieuchronnie bowiem zderzamy się z kwestią natury świadomości, z problematyką podmiotowości. Poruszymy ten temat na końcu książki, pozostawiając go bez rozstrzygnięcia, gdyż możemy najwyżej podjąć próbę wyraźniejszego sprecyzowania tych zagadnień.
Część pierwsza
Pierwsze etapy widzenia
W latach sześćdziesiątych XX wieku Jacob Beck prowadził kurs uniwersytecki zatytułowany „Percepcja”. Studenci, którzy zapisali się na niego, spotykali się w niewielkiej auli wciśniętej w narożnik gmachu Memorial Hall, dziewiętnastowiecznego kolosa z brązowego piaskowca wzniesionego dla upamiętnienia absolwentów Uniwersytetu Harvarda, którzy zginęli podczas wojny secesyjnej. Amfiteatralna sala mieściła mniej więcej sto drewnianych pulpitów powleczonych stuletnią warstwą pożółkłego pokostu. Całą ścianę za katedrą zajmowała czarna tablica. Wysoko na lewej ścianie znajdowało się parę okien, ale tak naprawdę wnętrze oświetlało kilka żarówek, które zalewały je łagodnym żółtym światłem. Trzydzieścioro, może czterdzieścioro studentów rozsiadało się po całej sali.
Beck okazał się bezpośrednim wykładowcą, czego można się było zresztą spodziewać po kimś, kto nazwał swój kurs jednym prostym słowem. Był miły, ale nie zawracał sobie głowy czarowaniem studentów; jego misja polegała na wyłożeniu przygotowanego materiału w sposób klarowny i usystematyzowany. Miał szczegółowe notatki i trzymał się ich. Pierwsze minuty wykładu poświęcał na przypomnienie najważniejszych zagadnień omawianych poprzednim razem.
Beck nie musiał być showmanem – prezentowany przez niego materiał był fascynujący sam w sobie. Oczywiście uczył nas podstaw: nacisk na skórę odkształca końcówkę nerwu, który przez rdzeń kręgowy przesyła sygnał do mózgu. Niektóre receptory w skórze sygnalizują lekki dotyk, inne ciepło, a jeszcze inne służą do wykrywania ruchu po powierzchni ciała, na przykład kąsającego owada, który z gałęzi drzewa skoczył człowiekowi na ramię. Wszystko to było bardzo ciekawe, niemniej najbardziej pasjonujące zagadnienie wiązało się z rozpoznawaniem obiektów; zgromadzeni w sali dziewiętnastolatkowie czuli, że Beck rzuca im wielkie wyzwanie.
Z jednej strony jest to problem sensoryczny – jak działa oko, jak przesyła sygnały do mózgu. Sprawa łączy się jednak z szeroko rozumianą percepcją: z myśleniem, zapamiętywaniem, naturą świadomości. Możemy wskazać palcem ścieżki, którymi biegną wrażenia zmysłowe. Możemy rejestrować przesyłane nimi sygnały elektryczne. Mamy sposoby na to, aby wyłuskać z neuronów odpowiedź na pytanie, co widzą. Wiemy obecnie bardzo wiele o tym, co się dzieje z owymi sygnałami sensorycznymi – jak są przesyłane między kolejnymi stacjami w mózgu. To znów pozwala nam zmierzyć się z pytaniami ogólniejszej natury; na tym polu mamy już trochę pewnych, sprawdzonych informacji. Powoli zaczynamy rozumieć, jak mózg przetwarza sygnały zebrane z ciała. Omawiając widzenie krok po kroku, podążamy do miejsca, gdzie zdołamy być może uchylić rąbka największych tajemnic.
Rozdział 1
Cud postrzegania
Te gruszki to nie wiole,
Nie akty na płótnie, nie butelki.
Niczego nie przypominają.
Są żółtymi formami
Złożonymi z krzywych linii,
Które zaokrąglają się ku podstawie.
Musnęła je czerwień.
– Wallace Stevens[1]
Przyjrzyjcie
