Книги по психологии

КАК ПРОИСХОДИТ ПРОЦЕСС ОБУЧЕНИЯ
О - Об интеллекте

У всех нейронов из всех слоев коры головного мозга есть синапсы, большинство из которых может модифицироваться под влиянием опы­та. Можно с уверенностью сказать, что процесс обучения и запомина­ния происходит во всех слоях, во всех колонках и во всех зонах коры головного мозга. Я упоминал ранее правило “обучения Хебба”, назван­ное так в честь Дональда Хебба. Сущность этого правила очень проста: когда два нейрона активизируются одновременно, синаптические связи между ними усиливаются. (Его легко запомнить как фразу “Возбужде­ны вместе — связаны вместе”.) Сейчас мы знаем, что Хебб был прав. Ко­нечно, ничего в природе не бывает настолько простым, свойства насто­ящего мозга сложнее. Наша нервная система работает на основе многих вариаций “обучения Хебба”. Некоторые синапсы изменяют силу связи в ответ на незначительные отклонения координации нейронных сигна­лов. Некоторые синаптические изменения оказываются краткосрочны­ми, некоторые — долгосрочными. Хебб очертил основные рамки, а не создал конечную теорию процесса обучения, причем эти рамки оказа­лись очень и очень полезными.

Принципы “обучения Хебба” объясняют большинство проявлений поведения коры головного мозга, о которых мы говорили в данной гла­ве. Помните, еще в 1970-х годах было установлено, что автоассоциатив - ная память при помощи алгоритма “обучения Хебба” может усвоить пространственные сигналы и их последовательности. Основная проб­лема заключалась в том, что автоассоциативная память не в состоянии справиться с отклонениями. Согласно теории, предложенной в нашей книге, кора головного мозга нашла выход из такой ситуации, частично путем складывания автоассоциативных запоминаний в иерархию, а час­тично — путем использования сложной столбчатой архитектуры. Эта глава почти полностью посвящена иерархической структуре мозга и ее работе, поскольку именно иерархия обусловливает высокую мощность коры головного мозга. Вместо того чтобы пускаться в пространные объ­яснения, как та или иная клетка учится тем или иным вещам, я хотел бы раскрыть несколько общих принципов обучения в иерархии.

У новорожденного кора головного мозга “не знает” фактически ни­чего. Она не знает его языка, его культуры, его дома, его города, песен, людей, вместе с которыми он будет расти, — ничего. Всю эту инфор­мацию — структуру внешнего мира — нужно выучить. Основными со­ставляющими обучения являются формирование классификаций и со­здание последовательностей. Эти два взаимодополняющих компонента взаимодействуют друг с другом. По мере того как одна зона коры голов­ного мозга учит последовательности, входящие сигналы, которые она посылает в клетки слоя 4 зоной выше в иерархии, меняются. Клетки слоя 4 учатся формировать новые классификации, что изменяет сигнал, проецируемый назад, в слой 1, зоной ниже, а это влияет на последова­тельности.

Основой формирования последовательностей является группирова­ние паттернов, которые относятся к одному и тому же объекту. Один из способов — группировать сигналы, следующие друг за другом. Когда ребенок держит в руке игрушку и медленно ее переворачивает, его мозг может с уверенностью считать, что непрерывно изменяющееся изобра­жение на сетчатке все равно принадлежит одному и тому же объекту, а значит, изменяющийся набор сигналов можно сгруппировать вместе. Иногда нужна внешняя подсказка, чтобы определить, что сигналы при­надлежат одному и тому же целому. Чтобы выучить, что яблоки и бана­ны принадлежат к фруктам, а морковь и картофель — нет, нужен учи­тель, который помог бы сгруппировать указанные объекты как фрук­ты. В любом случае ваш мозг создает последовательности сигналов, принадлежащих одному целому. Однако когда зона мозга уже создала последовательности, то входной сигнал, поступающий в следующую область, изменяется. Если раньше он представлял отдельные сигналы, то теперь представляет группу сигналов. Входной сигнал превраща­ется из ноты в мелодию, из букв в слово, из носов в лица и так далее. Поскольку сигналы снизу вверх становятся более объектно-ориентиро- ванными, высшая зона коры головного мозга теперь может запоминать последовательности этих объектов высшего порядка. Там, где раньше строились последовательности букв, теперь строятся последователь­ности слов. Неожиданным результатом процесса обучения является то, что на протяжении повторного обучения представления объектов пе­редвигаются вниз по иерархии. В первые годы вашей жизни “записи” о мире формируются в высших зонах коры головного мозга. Однако по мере вашего дальнейшего обучения они перемещаются во все более низкие зоны иерархии коры головного мозга. Не то чтобы мозг их пе­редвигал туда, просто он должен учить их заново, снова и снова. (Я не хочу сказать, что все запоминания обязательно начинаются с высших зон иерархии коры головного мозга. В реальной жизни усвоение ин­формации выглядит сложнее. Я считаю, что классификация сигналов слоя 4 начинается снизу и передвигается вверх. По мере передвиже­ния формируются последовательности, которые опускаются вниз. За­поминания последовательностей опускаются все ниже и ниже в коре головного мозга.) Когда простые репрезентации передвигаются вниз, высшие зоны коры головного мозга получают возможность учить но­вые, более сложные, сигналы.

Создание и передвижение вниз иерархически организованных вос­поминаний можно наблюдать на примере обучения ребенка. Как мы постигаем чтение? Первое, чему нас учат, — распознавать отдельные печатные буквы. Это медленный и сложный процесс, требующий со­знательных усилий. Потом мы переходим к распознаванию простых слов. И снова вначале это дается нам с большим трудом и очень мед­ленно, даже если слова состоят из трех-четырех букв. Ребенок может прочесть каждую букву последовательности и произнести каждую из них поочередно, но понадобиться достаточно большое количество вре­мени, прежде чем слово будет распознано как слово. Выучив простые слова, мы переходим к изучению многосложных. Сначала мы произно­сим каждый слог, сцепляя их, как делали это в свое время с простыми словами. После многолетней практики человек способен читать доста­точно быстро. Мы достигаем уровня, когда видим не отдельные бук­вы, а распознаем целые слова и даже фразы с первого взгляда. Дело не в том, что мы стали более быстрыми, а в том, что мы распознаем слова и фразы как целостные единицы. Когда мы читаем все слово, видим ли мы буквы этого слова? И да, и нет. Конечно, сетчатка глаза видит буквы, а значит, и клетки зоны V1 тоже. Однако распознавание букв происхо­дит относительно низко в иерархии коры головного мозга, скажем, в зо­не У2 или У4. К тому моменту, когда сигнал попадает в IX, отдельные буквы уже не будут представлены сигналом. То, что вначале требовало деятельности всей зоны коры головного мозга — распознавание отдель­ных букв, — теперь происходит ближе к сенсорному входному сигналу. Когда запоминания простых объектов (букв) перемещаются вниз по иерархии, высшие зоны коры головного мозга получают возможность учить сложные объекты, такие как слова или фразы.

Обучение чтению музыки по нотам может служить еще одним при­мером. Сначала нужно концентрироваться на каждой ноте. С приобре­тенным опытом вы начинаете распознавать простые нотные последова­тельности, затем — целые фразы. После достаточно длительной прак­тики все происходит так, как если бы вы не видели нот вообще. Нотный лист служит вам для того, чтобы помнить общую структуру музыкаль­ного фрагмента, а детальные последовательности сохранились в памя­ти на более низком уровне коры головного мозга. Такой тип обучения происходит как в двигательной, так и в сенсорной зонах.

Молодой мозг медленнее распознает входные сигналы, медленнее формирует моторные команды, потому что запоминания, используе­мые в этих задачах, расположены выше в иерархии. Информация долж­на пройти весь путь вверх и вниз, возможно, неоднократно, для того, чтобы неясности разрешились. Передвижение сигналов вниз и вверх по иерархической структуре коры головного мозга требует времени. В молодом мозге еще не сформировались сложные последовательности в высших областях, поэтому он не может распознать и отреагировать сложными сигналами. Молодой мозг не может понять высшую струк­туру внешнего мира. По сравнению со взрослым язык ребенка прост, его музыка незамысловата, и его социальные интеракции тоже просты.

Если вы изучаете определенный набор объектов снова и снова, то ваша кора головного мозга смещает в памяти последовательности объектов в нижнюю часть иерархии. Это высвобождает верхние зоны иерархии для изучения более сложных и тонких связей. Согласно моей теории, именно таков путь становления эксперта.

Например, я работаю в области компьютерного дизайна, и многие удивляются тому, что я, только взглянув на продукт, уже вижу его не­достатки, заложенные в архитектуре. Проработав двадцать пять лет в сфере компьютерного дизайна, я выработал собственную модель все­возможных проблем, связанных с мобильными компьютерами. Точно так же умудренный опытом родитель сможет без труда понять, чем рас­строен его ребенок, в то время как новоиспеченный отец будет ломать голову над тем, как же решить возникшую проблему. Опытный менед­жер может сразу распознать недостатки и преимущества структуры ор­ганизации, в то время как начинающий просто не понимает пока этих вещей. Они получают один и тот же входной сигнал, но модель новичка не настолько совершенна, как модель опытного менеджера. В этих и ты­сяче других примеров мы начинаем с изучения простейшей базовой структуры. Со временем наши знания передвигаются вниз по иерар­хии, и у наших высших зон появляется возможность освоить структуру более высокого порядка. Именно структуры высшего порядка делают нас опытными. Эксперты и гении обладают мозгом, видящим структу­ру структуры и сигнал сигналов глубже, чем видят остальные. Можно стать экспертом благодаря практике, но, конечно, кроме этого, сущест­вует и генетический компонент таланта и гениальности.