Цивилизация
Три столетия назад, в марте 1692 года, ирландский математик Уильям Молинё в письме британскому философу Джону Локку сформулировал парадоксальную задачу. От её решения, как показала последующая многовековая дискуссия, которая собрала лучшие философские умы и точка в которой не поставлена до сих пор, зависит фундаментальное понимание природы человеческого разума, мышления и, в конечном итоге, феномена человека вообще. Задача (или, как стали ее называть впоследствии, загадка Молинё) выглядит очень просто и нам, зрячим людям, как-то даже странно:
может ли слепой от рождения человек, внезапно обретший зрение, различить, не прикасаясь к этим предметам, куб и шар?
Внешняя простота этой задачи на самом деле весьма коварна, а варианты ее решения не так очевидны, как кажется на первый взгляд, и к тому же имеют интересные мировоззренческие и практические следствия.
Для Локка, Беркли, Юма и других философов-эмпириков, защищавших примат чувственного опыта в доступе мышления к реальности (и сыгравших ключевую роль в формировании метода естественных наук), положительный ответ на загадку Молинё (да, может различить) означал бы, что помимо двух типов чувственного знания (в данном случае зрения и осязания) человеческий разум обладает неким априорным зрением, врожденным знанием, не связанным с чувственными ощущениями, но позволяющим различать формы. Именно оно позволит человеку, бывшему от рождения слепым, но неожиданно обретшему способность видеть, отличить дистанционно куб от шара, когда два еще не интегрированных сознанием сенсорных канала поставляют мозгу разнотипную информацию.
И наоборот: отрицательный ответ означал бы, что такого «внечувственного» знания нет, а различение пространственных форм, то есть феномен абстрактного мышления, является способностью, порождаемой чувственным опытом.
Варианты ответов на загадку Молинё по большому счету всегда зависели от философских взглядов отвечавшего больше, чем от экспериментальных данных, вплоть до сегодняшнего времени.
Теперь группе ученых из Массачусетского технологического института (MIT) удалось однозначно ответить на этот вопрос, пользуясь экспериментальными медицинскими методиками. Итак, исследование группы пациентов позволило сотрудникам факультета мозга и когнитивных наук MIT дать окончательный ответ на трехсотлетнюю загадку Молинё — и этот ответ отрицательный.
Человеческий мозг не обладает врожденной способностью связывать воедино разнотипные сенсорные данные. Зато может очень быстро этому учиться.
Результаты работы группы опубликованы в журнале Nature.
Уникальный шанс ответить на загадку Молинё предоставил «Проект Пракаш», реализованный доктором Синхом в Индии с двумя целями — решить проблему лечения слепорожденных детей, которых в этой стране из-за недостаточного качества и доступности медицины очень много, а также отработать методику сенсорной и психологической аккомодации детей с возвращенным зрением. Собственно, решение натруженной трехсотлетней проблемы западноевропейской философии явилось побочным результатом этого проекта (на случай, если у кого возникнут сомнения в этичности проведенного эксперимента), дав при этом важный практический выход в разработке методики реабилитации бывших слепых.
Участие в эксперименте было добровольным и не увязывалось с оказываемой детям медицинской помощью. Тесты проводились в течение 48 часов сразу после снятия глазных повязок.
Таким образом самое строгое и наиболее трудновыполнимое условие — не допустить смешения тактильной и визуальной информации, присущего зрячим от рождения людям, которое поставили для тогда еще умозрительного эксперимента философы-эмпирики, — было соблюдено.
В первом проверочном тесте прозревшему ребенку сначала демонстрировался простой геометрический объект, собранный из пластмассовых деталей. Затем, чтобы удостовериться, что функция зрения восстановлена достаточно, а ребенок понимает смысл задачи, его просили распознать показанный ранее объект среди двух непохожих. То же самое — распознать изученный ранее объект — его просили проделать с двумя другими объектами, только уже на ощупь.
Удостоверившись, что ребенок уверенно различает объекты тактильно и визуально (еще одно из строгих условий эксперимента, озвученное европейскими эмпириками), экспериментаторы перешли к самому интересному — тактильно-визуальному тесту, попросив сначала только ощупать объект, а потом идентифицировать его визуально среди пары разных объектов. Оказалось, что опознать среди пары визуально разных изученный только на ощупь образец дети уже не могут. Однако тактильно-визуальная связь выстраивается мозгом довольно быстро: уже через две недели дети начинали все правильней распознавать объекты в кросс-сенсорных тестах.
В терминах когнитивной нейрофизиологии это говорит об отсутствии у нас врожденной способности интегрировать разносенсорные данные (а в терминах европейской философии, что эмпиристы, пусть и через 300 лет, оказались правы: неожиданно прозревший слепец не сможет сказать, где куб, а где шар, не прикасаясь к этим фигурам, хотя тактильно он может различать их замечательно). Априорного внечувственного опыта, данного нам вне ощущений, не существует. Таким образом, и абстрактные «внечувственные» категории являются в основе эмпирическими.
Один из авторов работы Юрий Островский рассказал «Газете.Ru» об особенностях исследования.
— Почему для участия в эксперименте были выбраны именно подростки?
— Вопрос, возможно ли осуществлять кросс-сенсорную идентификацию объектов или развивать со временем эту способность, конечно же, должен быть адресован к представителям всех возрастных групп. В принципе вполне возможно, что молодые люди справляются с этой задачей лучше в силу очевидных причин, таких, например, как большая пластичность восприятия, свойственная молодому возрасту. Или тому, что период предшествующей слепоты был у них короче. В своем эксперименте мы старались как можно больше расширить возрастной диапазон его участников. Довольно часто дети с трудом идут на сотрудничество или просто не понимают, чего от них хотят, но нам повезло работать с одним смышленым и покладистым мальчиком 8 лет, который был самым молодым в группе. Вообще найти людей, чьи случаи удовлетворяли бы чрезвычайно строгим требованиям к научным тестам, было очень сложно, и у нас не было возможности работать с людьми старше 17 лет, но результаты эксперимента говорят в пользу того, что мы вряд ли получим другие результаты в более старших группах.
Возможно, конечно, что более молодые испытуемые показали бы «кросс-сенсорный перенос» (то есть способность правильно распознавать объект ) сразу же после первого визуального контакта с ним, демонстрируя таким образом врожденную способность различения.
Однако было бы очень странным, если эта способность, которой подростки быстро обучаются, не прибегая, как мы выяснили, ни к каким врожденным навыкам, оказалась бы доступна младенцам, благодаря именно им.
Более того, установление адаптивной и обучаемой связи между осязанием и зрением протекает намного более критично в детском возрасте, чем во взрослом, поскольку конечности ребенка растут, его мускулатура быстро укрепляется, так что мозгу приходится все время поспевать за этими изменениями, так как уже установившиеся визуально-сенсорные связи в процессе нормального роста подвергаются постоянной перекалибровке. По здравом размышлении, кросс-сенсорная система связей обязана переучиваться очень быстро, а наше исследование как раз подтверждает это.
— Можно ли решить «проблему Молинё» не с помощью тестов, а средствами инструментального мониторинга мозговой активности?
— В случае инструментального мониторинга такие эксперименты требуют большого количества испытуемых для получения статистически «усредненных» результатов, поскольку результаты таких обследований могут отличаться в силу различных условий экспериментов. Когда у тебя мало испытуемых, статистически достоверный результат получить чрезвычайно сложно. В случае с «проблемой Молинё» потребовалось бы также знать наверняка, как точно интерпретировать «мозговые сигналы», что сложно даже в случае со здоровыми людьми. В случае же с нашими детьми долгий период визуальной депривации должен сильно изменить картину сигнальных мозговых паттернов по сравнению с нормальной, что сделало бы задачу интерпретации таких данных сложной вдвойне. Таким образом, даже если бы мы обнаружили разницу в мозговой активности между нашими участниками и здоровыми детьми (либо у наших участников в момент обретения зрения и у них же, но через некоторое время), мы не поняли бы ни истинного значения, ни причин этого отличия. Насколько нам известно, в мозгу не выявлено никакой «кросс-сенсорной зоны», или «зоны объектной идентификации», которую можно было прицельно мониторить.
На современном этапе уровня понимания нейрофизиологией самой техники построения мозгом образов пока совершенно недостаточно, чтобы решить «проблему Молинё», наблюдая работу мозга.
— Какую проблему (в нейронауке) решил этот эксперимент и какие новые возникли?
— В широком смысле этот эксперимент рассматривает проблему «представления» — в какой форме мозг «хранит данные» об объекте? Принимая во внимания, что испытуемые отлично выполняли визуально-визуальные и тактильно-тактильные тесты, мы можем предположить, что визуальные представления и тактильные представления были им хорошо доступны. Но являются ли эти представления сходными? Ответ, похоже, «нет». В противном случае визуально-тактильный тест работал бы без сбоев. Далее: если эти представления разные, существует ли врожденная связь между двумя типами этих представлений? Похоже, ответ вновь отрицательный, поскольку априорная связь позволила бы нашим детям пройти и тактильно-визуальный тест. Самое подходящее объяснение пока, что эти представления, сформированные в различных модальностях (тактильной и сенсорной), связываются друг с другом через опытное обучение.
Согласно полученным результатам, опубликованным в нашей статье, следующим большим вопросом должен быть «как именно формируется эта связь?»
Иначе говоря, как так получается, что буквально за одну неделю (или чуть больше) спонтанного жизненного опыта в мозгу формируется устойчивая (или достаточно устойчивая, чтобы успешно пройти наши тактильно-визуальные тесты) кросс-сенсорная карта? Специфические механизмы такого обучения только должны быть прояснены, хотя у нас уже и есть теории на этот счет...
— Какое значение может иметь этот эксперимент в разработке систем искусственного интеллекта?
— Главный вызов «проблемы Молинё», является ли кросс-сенсорная связь врожденной или же это результат обучения.
В первом случае алгоритм, выстраивающий кросс-сенсорную связь, должен насчитывать сотни миллионов лет непрерывной эволюции, включающей в себя бесчисленное количество мини-экспериментов, наследуемых мутаций и закрепление удачных результатов естественным отбором. Подобный результат предполагает, что разработчикам искусственного интеллекта потребуется создать свой алгоритм, близкий к нему по изощренности. Второй случай, когда кросс-сенсорная связь устанавливается посредством обучения, предполагает, что искусственные алгоритмы должны уметь быстро и хорошо самообучаться, но отнюдь не должны содержать в себе всю необходимую информацию (для установления связи). Скорость обучения, которую мы наблюдали, также предполагает, что система даже не нуждается в избыточности входящих данных, чтобы построить кросс-сенсорную зависимость.
Если эти выводы корректны, то, по всей вероятности, можно, скажем, создать робота, который может адекватно обучаться, реагируя на физические изменения окружающего мира, явным образом не предусмотренные его конструкторами, то есть такие роботы могут обучаться и уверенно адаптироваться, даже если физические параметры постоянно варьируются из-за разной гравитации (в случае путешествия в космосе), влажности или аварийных ситуаций. Но как конкретно происходит такое обучение, остается непонятным.
— У вас русское имя. Расскажите о вашей научной карьере. И в каком, на ваш взгляд, состоянии находится современная российская нейронаука?
— Я приехал в США из Киева в возрасте 4 лет, посещал обычную публичную школу в небольшом городе. Затем изучал компьютерные науки в Гарварде, где вошел во вкус изучения компьютерных алгоритмов, а также разного рода сюрпризов, которые таит в себе мозг, изучал лингвистику и визуальное восприятие. Поработав некоторое время в IT-индустрии, решил получить PhD с целью использовать свои познания в компьютерных науках для исследования мозга, и наоборот. MIT оказался для этого наиболее удобным местом и, по правде говоря, единственным, куда я обратился со своей заявкой.
Я абсолютно уверен, что «компьютерный», так сказать, склад ума дает совершенно особый взгляд на проблему изучения мозговых функций, что в нейронауках часто недооценивается.
Не очень хорошо представляю себе состояние современной российской нейронауки, но я отметил, что конкретно в моей подобласти исследований, связанной с визуальным восприятием, наблюдается странно низкая активность среди русских ученых как в научной периодике, так и на конференциях. Было бы любопытно узнать, по какой причине.