Основы когнитивной психологии. Мозг и нервная система

«Я работаю в компании Tsentsiper. Мы занимаемся проектированием услуг, то есть помогаем компаниям вроде «Почты России», ВДНХ или какой-нибудь ритейловой сети проектировать взаимодействие со своими пользователями как онлайн, так и офлайн.

Как устроены наши головы, что происходит в голове у людей, для которых мы делаем дизайн? Начнем по кирпичикам разбирать и выстраивать системно, из чего складывается психика человека.

Понимание психологии, своей и других, нужно дизайнеру, чтобы создавать вещи, оптимальным образом подходящие людям. Дизайнеру нужен практический навык чувствовать, как думают люди, интуиция, способность поставить себя на место другого человека и «проиграть», какие струнки движутся у него внутри, почему он это замечает, а другое не замечает; это ему нравится, а другое нет; почему он действует так, а не иначе.

Важный практический навык, который нужно развивать дизайнеру, — это, с одной стороны, интроспекция, рефлексия, способность наблюдать за собой: почему я действую именно так, какие психические изменения происходят внутри меня, как это устроено. Это позволяет лучше понимать и себя, и людей, это полезно для психического здоровья. Вообще, так как мы все устроены схожим образом, понимая базовые процессы, которые происходят в нас, мы начинаем понимать вообще, как устроены люди.

Второй важный навык — эмпатия. Способность поставить себя на место другого человека. Что-то сродни актерскому навыку, способность мысленно перевоплотиться в другого человека, когда вы проектируете что-то. Способность забыть на время про себя, что я молодой мужчина с багажом некоторых знаний и опыта, и поставить себя на место совершенно другого человека, например бабушки, которая идет на почту отправить посылку. Представить от и до, от момента, как она проснулась, или от момента, как она вообще решила, что неплохо бы внуку варенье отправить, что она чувствует, как она думает, что ей нужно от почты, как она эту посылку собирает, в котором часу она идет на почту, что ее беспокоит, что она замечает, чего не замечает.

Этот навык перевоплощения в другого человека, с одной стороны, и наблюдения за собой, с другой стороны, очень важно развивать.

Начнем с самой основы, с того, как устроено «железо», на котором эта психика функционирует: с мозга и нервной системы.

Это кадр из «Матрицы». Все, наверное, ее смотрели. Это тот момент, когда Морфеус и его команда только недавно вытащили Нео из матрицы. Нео немножко оклемался, его посадили, ему загрузили модуль, чтобы показать, что такое Матрица. Он оказался в белом пространстве, в котором возникли вдруг стулья, телевизор, и Нео удивился, что все это видно как реальное, но при этом очевидно, что это не реальность. И он задает Морфеусу вопрос: «Это что, нереально?» И Морфеус ему отвечает вопросом на вопрос: «А что, собственно говоря, есть реальность? Как ты собрался, Нео, отличить реальное от нереального? Потому что все, что ты знаешь про реальность, — это набор ощущений, которые поступают через рецепторы нервной системы в виде летящих тебе в мозг сигналов. И как ты отличишь эти сигналы, реальные или нереальные?»

Устройство мозга говорит: то, что создал Морфеус, недалеко от истины. Все мы живем в каком-то смысле в симуляции реальности, а не в ней самой.

Это прекрасное видео с конференции F8, которую каждый год проводит компания Facebook. Здесь Майкл Абраш, ведущий научный работник компании Oculus Rift, которую купил Facebook, — она выпускает очки виртуальной реальности, и Facebook сейчас очень интенсивно вкладывается в эту сферу.

Тут есть интересный пример. Майкл показывает, как наш мозг конструирует реальность, на примере забавного видео. Девушка говорит: «Bar, bar, bar». Он говорит: «Давайте посмотрим чуть-чуть другое видео». Если вы у себя открыли видео с хорошим звуком, не тормозя, его послушали, здесь девушка говорит: «Far, far, far». Звук один и тот же, то есть видеоряд поменялся, а звуковая дорожка одна и та же, но есть другая мимика, она по-другому открывает рот. Он говорит: «Давайте теперь посмотрим на это еще раз, я покажу вам два этих отрезка видео на одном экране, будет одна и та же звуковая дорожка, а вы смотрите то на один рот, то на другой рот и слушайте, что вы слышите».

Эта иллюзия называется эффект Мак-Гурка. Про него можно почитать в «Википедии», про него есть целый фильм на BBC. Происходит это потому, что мы на самом деле не слушаем фактическую аудиоволну, а достраиваем то, что слышим, собирая реальность по кусочкам. Мы же часто по губам можем понимать, что человек говорит. Соответственно, здесь мы по губам считываем другой звук, хотя звуковая дорожка та же самая. То есть мы достраиваем реальность в своей голове.

Или вот несколько других примеров на тему того, как мы видим того, чего нет, как мы не видим то, что есть, и как все мы видим по-разному.

Первая картинка. Вот эта картошечка слева, чего она делает? «Она улыбается», — наверное, скажете вы. На самом деле, конечно же, в реальности картошечка не улыбается. Картошечки не умеют улыбаться. Просто нам кажется, потому что мы привыкли в двух черточках и дуге видеть смайлик, видеть человеческое лицо в любых двух точечках и черточке между ними.

Вторая картинка — это иллюстрация на тему того, как бы выглядел для нас мир, если бы наши глаза могли воспринимать не только узкую полоску видимого спектра электромагнитных волн, которую мы видим как красное, желтое, оранжевое и так далее до фиолетового цвета, а все виды волн, то есть как выглядел бы мир, если бы мы увидели радиоволны, телевизионные волны, волны wi-fi, это бы все наполняло пространство. Потому что на самом деле это все постоянно проходит мимо нас, через нас, то есть пространство постоянно заполнено электромагнитными волнами, просто мы их не видим. А эволюционно в нас не сформировался аппарат восприятия для магнитных волн, потому что нам это было не нужно в ходе эволюции. Нельзя сказать, что мы видим реальность. Мы видим тот определенный кусочек реальности, который нам был необходим для выживания в ходе эволюции.

Третья картинка. Слева — это пример цветочка, как видит его человек, справа — это пример цветочка, как видит его пчела. Пчелы видят ультрафиолетовый спектр. Это им нужно для того, чтобы различать пыльцу на цветке. Соответственно, вот то красное пятно. Естественно, пчела видит не непосредственно так. Это иллюстрация для человека, чтобы он мог примерно представить, как видит пчела. То есть мы видим просто монотонный желтый цветок, а пчела видит вот это облако пыльцы на нем.

Точно так же, например, у птиц есть чувство магнитных полей Земли, которое позволяет им ориентироваться при перелетах. Не помню, как называется тот глубоководный морской гад, который видит огромный спектр цветов, гораздо шире нашего. Для него мир — это совершенно другое, гораздо более яркое и разнообразное полотно, чем для нас.

Или вот еще один пример, пример культурной относительности, простой символ из шести линий, который в зависимости от культурного и исторического контекста воспринимается совершенно по-разному.

Вы, наверное, знаете, что свастика — это древний символ, который распространен почти во всех культурах, используется в качестве узора, в качестве символа удачи, у него вообще-то много позитивных коннотаций. И так и было до Второй мировой войны, когда этот символ вдруг неожиданно, и то не по всей Земле, естественно, а в нашей европейской части, приобрел совершенно негативное значение в связи с культурным контекстом.

Даже в наше время какой-нибудь человек из Индии будет испытывать сугубо положительные ощущения, глядя на этот символ, а у человека, для которого тема Второй мировой или Великой Отечественной войны болезненна, тема фашистской оккупации болезненна, он может вызывать реакцию вплоть до отвращения, при том что на самом деле сам символ как физическая реальность вообще не имеет никакого смысла. Весь этот смысл находится в голове человека.

Плацебо. Я думаю, всем известен эффект, когда человек принимает некое лекарство, которое на самом деле лекарством не является, это просто водичка или таблеточка с минеральными веществами, но при этом человеку говорят, что это сильнодействующее лекарство. И это лекарство тем не менее, хотя оно ненастоящее, оказывает эффект на здоровье и на физическое состояние человека просто потому, что человек верит в то, что оно действует. Не фактическое состояние вещей оказывает воздействие на реальность и на ощущения человека, а отношение человека к вещам, его вера.

И последний пример-эксперимент в списке примеров симуляции реальности. В 1970-х годах, когда ученые изучали, как устроено зрительное восприятие, проводили серию экспериментов на кошках, не очень милосердных, но очень показательных. Брали котенка, когда он только родился, и на первые три месяца его жизни сажали его внутрь цилиндра, в котором были только вертикальные линии; через три месяца, когда котенка выпускали из этого цилиндра, он не воспринимал вообще горизонтальные линии, то есть он легко обходил ножки стола, но врезался в ступеньки. Он не понимал, что это, потому что у него в течение первого чувствительного периода взросления не сформировалось восприятие горизонтальных объектов. Существенный кусок реальности для него не существовал, он его не видел, не воспринимал.

Предположительно, что, как в примере с электромагнитными волнами, есть огромное количество вещей, составляющих эту реальность, которые мы, люди, тоже не воспринимаем. То есть мы в каком-то смысле тоже выросли в мире вертикальных линий, если вертикальными линиями называть нашу человеческую культуру.

Почему так вообще все происходит? Почему мы в принципе не можем воспринимать никакую реальность, а только некую ее симуляцию, некий ее виртуальный вариант, основанный на реальных событиях, но тем не менее где-то ближе, где-то дальше от них отстоящий?

Потому что все знания о реальности мы получаем не напрямую, то есть свет, звук, любые физические воздействия — все это поступает в наш мозг не напрямую, какое оно есть на самом деле, а только посредством нервных импульсов, оттого что мозг, как набор нервных клеток, понимает только сигналы от других нервных клеток. Единственный язык, который мозг понимает, — это язык электрических сигналов между нервными клетками.

Вот иллюстрация. Это вся нервная сеть, которая проходит внутри человека. Она оплетает все наше тело. Но самая важная часть нервной системы — это мозг, и мозг получает сигналы от органов чувств.

Все мы знаем пять базовых чувств: зрение, слух, обоняние, вкус и осязание. Как они устроены?

Например, зрение. Как мы воспринимаем на самом деле визуальную информацию? Когда свет попадает на сетчатку, путем воздействия световой энергии на глаз он превращается в электрические сигналы, которые передаются по зрительному нерву в мозг.

Слух. Звук — это волны сжатия или расширения воздуха. Волны толкают барабанную перепонку, которая у нас внутри уха. Колебания барабанной перепонки через цепочку других органов, с ней связанных, генерируют такие же колебания электрического сигнала. Соответственно, звук — это на самом деле интерпретированный нашим мозгом набор закодированных колебаний. Мы получаем просто набор электрических сигналов.

Как мы отличаем звук, который сзади, звук, который сбоку, который дальше, который ближе? Направление звука заложено не в нем самом, потому что перепонка колеблется и колеблется, а мы понимаем, откуда этот звук, благодаря тому, что мозг анализирует колебания. Мы воспринимаем колебания двумя ушами, просто анализируя разницу громкости, разницу фаз, разницу между звуками с двух ушей. Так мозг понимает, откуда звук направлен.

Обоняние и вкус. Достаточно похожие друг на друга чувства, потому что оба они основаны на анализе молекул разных-разных веществ. У нас в носу находится огромное количество рецепторов. Каждый рецептор реагирует на определенное конкретное вещество. То есть этих рецепторов, реагирующих на разные вещества, порядка многих тысяч. Рецепторы воспринимают: «О, поступила молекула некоторого вещества, вот еще молекула такого вещества». То есть любой запах, с которыми мы обычно сталкиваемся, — это достаточно сложная композиция, состоящая из множества разных веществ, разных молекул.

У молекул нет вкуса и запаха. Вкус и запах есть у той интерпретации, которую мозг, получив сигналы, складывает в единое целостное ощущение запаха или, если поступили от рецепторов на языке, вкуса.

Осязание — это механическое воздействие давления на рецепторы. Есть много-много рецепторов на коже. И когда на них оказывается давление, они передают электрические сигналы в мозг.

Кроме этих пяти всем известных базовых чувств, еще у нас есть несколько менее известных. Например, чувство равновесия, вестибулярный аппарат. Он работает через «внутреннее ухо». Это орган, на самом деле не ухо, расположен внутри головы рядом с ухом. Он работает по принципу гироскопа, в нем есть что-то вроде жидкости, уровень которой всегда параллелен земле. При наклоне тела, наклоне головы ухо наклоняется, и жидкость касается других частей стенок. Так задаются нервные импульсы, которые нам сообщают, что наше тело приняло отклоненное положение.

Еще одно чувство — проприорецепция. Это чувство взаимного положения частей тела. Это то, благодаря чему мы, например, встав в позу йоги, понимаем, даже не глядя, где находится наша нога, где находится наша рука, что нога находится ровно посередине второй ноги. То есть мы ощущаем взаимное положение частей тела и благодаря этому можем совершать координированные движения.

Чувство температуры позволяет нашей коже ощущать жар и холод и вовремя нам сигнализировать, что становится прохладно, пора бы уже ускорить шаг, побыстрее добежать домой.

Чувство боли, которое может зарождаться и в костях, и в мышечной ткани, и на коже. Рецепторы регистрируют очень резкие воздействия, которые могут привести к травме. Тогда они генерируют импульс, который мозг воспринимает как боль.

Чувство голода и жажды возникает, когда рецепторы, которые находятся внутри организма, регистрируют, что каких-то веществ не хватает, и посылают мозгу сигналы.

Чувств на самом деле очень много, но их гораздо меньше, чем в принципе возможно. У нас нет восприятия магнитных полей и волн, ультрафиолета и инфракрасного света.

Интересная вещь в том, что чувства можно использовать «не по назначению». Здесь в правом нижнем углу изображена девушка. Она слепая. Чтобы позволить ей ориентироваться в мире, инженеры придумали электронный «леденец» BrainPort. На язык кладется пластина. На ней множество точек. Это электроды, которые оказывают еле-еле чувствительное воздействие на язык. На очках располагается камера, которая снимает то, что впереди девушки. Изображение с этой камеры подается на электроды, и они рисуют на языке электрическими импульсами картинку того, что снимает камера. И, как оказывается, люди способны научиться воспринимать изображение и таким образом, то есть не только через глаза, но и через язык.

Или есть другой пример: восприятие изображения, но не совсем изображения, а цвета. Язык, чтобы почувствовать вкус, должен поймать молекулу вещества. А в новом примере идут механические воздействия на язык. Если надавить пальцем себе на язык, не почувствуется вкус, но почувствуется давление. Тактильная поверхность языка начинает чувствовать изображение, задействуется зрительная кора. В мозге, внутри нервной системы, моделируется изображение. Неважно, что оно поступило не из глаз, а с языка.

Оно гораздо худшего качества, потому что у глаза шикарная разрешающая способность, а у электродиков языка матрица скудного качества, и изображение получается не очень. Тем не менее оно позволяет девушке видеть: впереди столб, надо повернуть, вот дорога, а это пешеходный переход. Цвета в том смысле, как его понимаем мы, она, скорее всего, не видит, картинка монохромная, потому что передающий метод очень простой, через электродики, но тем не менее он помогает ей ориентироваться.

И еще один пример. Этот парень видит, но у него нарушение восприятия цвета. Для него собрали штуку, на которую тоже установлена камера, она надета у него на голове и превращает цвет в звук. Когда он смотрит на апельсин, он слышит определенный звук, когда он слушает определенную музыку, он воспринимает определенный звук. На этой картинке даже есть забавные подписи — это его ощущения.

Он говорит, что музыка Моцарта звучит, в общем-то, в основном как желтый близкий ему цвет, а звонок телефона обычного звучит зеленовато. А голоса Николь Кидман и принца Чарльза звучат для него похоже, потому что у них похожие цвета.

Далее эксперименты Дэвида Иглмена. Он именитый американский нейрофизиолог, которому принадлежат многие исследования в области нейронауки. Он автор множества книг. В своем выступлении на конференции TED он рассказывал следующее.

Он одет в жилет, на котором мигают огоньки. Эти огоньки показывают, где возникают тактильные импульсы. Этот жилет оказывает легкие надавливания ему на спину, и к этим надавливаниям можно подключить разные сигналы.

Например, можно превратить звук в комбинацию надавливаний и научить глухого человека слышать звук, надев на него этот жилет. Человек походит в нем недельку-другую, адаптируется, начнет улавливать закономерности, и с ним можно будет разговаривать. Можно будет голосом ему говорить слова, и он будет понимать, что ты говоришь.

Этот жилет Иглмен и его команда подключали к показателям курсов акций. На картинке парень с красным айфоном в руке. Парень стоит в этом жилете, что-то чувствует, но не понимает, что он чувствует, и ему не сказали, к чему подключен жилет, что означают эти надавливания. Жилетом оказывают надавливание на его спину, а на айфоне у него две кнопки. Он должен выбрать одну из них. Если он нажимает на одну из кнопок, он видит на айфоне либо улыбающийся смайлик на зеленом фоне, либо грустный смайл на красном фоне, который ему сигнализирует: угадал — не угадал.

И через некоторое время парень научился угадывать, по-прежнему не понимая, что означают эти данные, которые передает ему жилет. Он научился чувствовать, появилось интуитивное ощущение: когда чувствовал одно, нажимал одну кнопку, когда другое — другую. А к жилету были подключены данные с бирж о курсах акций, а эти две кнопки были «Покупаю» и «Продаю». Смайлик означал, была ли покупка и продажа успешной или неуспешной. Парень, по сути, стал опытным трейдером, ничего не понимая в акциях, даже не понимая, что он делает. Его мозг научился быстро распознавать нужные паттерны.

Последняя история с жилетом. Мужчина управляет дроном чем-то вроде джойстика. Жилет передает ему с помощью тактильных импульсов параметры положения дрона в пространстве. Мужчина сам чувствует себя этим дроном и благодаря ощущению может им гораздо более точно и ловко управлять. Это достаточно перспективная разработка для пилотов. Если пилоты научатся еще лучше, своим телом чувствовать то, чем они управляют, это позволит повысить качество управления.

Это все входящие сигналы, то, как мы воспринимаем мир. А как мы с ним взаимодействуем? У нас есть примерно двадцать способов восприятия реальности и примерно один способ на нее реагировать, воздействовать. Это мышечные движения. Все, что мы можем сделать в реальности, мы производим посредством мышечных движений.

Есть еще один способ действия, очень специфический, и он мало подконтролен сознательному воздействию. Мозг осуществляет его автоматически. Это выработка гормонов, которые регулируют наше состояние. Они заставляют нас сконцентрироваться и сгруппироваться, когда мы спускаемся на сноуборде с крутого склона, потому что мозг определил: «Сейчас ситуация, когда нужно сделать все точно, с ясным сознанием; включаем адреналин, даем команду железе».

Вырабатывая гормоны, мозг управляет нашим эмоциональным состоянием. Оценив ситуацию — например, что этот человек совсем невежливо с нами себя ведет, — мозг выбрасывает гормон и заставляет нас испытать напряжение, разозлиться. А когда человек нам очень нравится, мозг заставляет нас более открыто и благосклонно к этому человеку относиться и почувствовать себя легче. Это весьма слабо контролируется сознанием, по крайней мере без специальной подготовки.

Современная наука и технологии дают нам новые каналы, в частности нейроинтерфейсы. На этом примере у парня на голову надет прибор Emotive Insight. Он регистрирует магнитную активность волн мозга и передает данные о них на компьютер, где волны преобразуются в движение машинки. Возбужденное и расслабленное состояние будут изменять волны мозга, и машинка будет совершать некоторые движения. Сначала будет непонятно, как ей управлять, но если этим регулярно заниматься, то постепенно человек научится чувствовать, распознавать. Интересно, что он вряд ли сможет это точно описать словами. Просто научится осознавать, что когда чувствует себя некоторым образом, машинка поедет вправо, настроится иначе — она поедет влево, какое-то иное настроение заставит машинку разгоняться, и так далее. Постепенно он научится управлять машинкой. Это новый канал для передачи информации из мозга вовне.

Еще один пример — игра Mindball. Маленький шарик катится по желобку то к одному, то к другому парню. К кому он катится, зависит от того, кто из них более расслаблен. Вполне азартная игра на расслабление: победит тот, кто менее напряжен. Ободки на голове у игроков регистрируют волны, и в зависимости от интенсивности альфа-ритмов, которые возникают при расслаблении, шарик катится в ту или иную сторону. Расслабление здесь не в смысле размяк, упал и уснул, а состояние ясного сознания, покоя, отсутствия шума в голове.

Резюмируем: есть, с одной стороны, информация, входящая в мозг; с другой стороны, информация, исходящая из мозга. Самое интересное происходит не на входах и не на выходах, не на рецепторах в глазу или в ухе и не на нервных окончаниях в мышцах, а именно в мозгу, который перераспределяет информацию, конвертирует и дает сигналы к действию.

Вот мужчина бежит, чтобы успеть на автобус. То есть он вышел, увидел автобус. К слову, компьютеры до сих пор не научились из любой картинки распознавать, что это именно автобус. А человек распознал и вспомнил, что это именно тот автобус, на котором ему надо ехать. Еще он понял, что автобус не будет стоять здесь вечно, а сейчас чуть подождет и отъедет. Но автобус далеко, и пешком мужчина к нему не успеет, значит, нужно бежать. То есть мозг произвел огромное количество вычислительной работы.

Если бы рядом с этим мужчиной вышел его сосед и увидел ровно тот же автобус, сосед не побежал бы, потому что соседу не нужно ехать, например, он фрилансер, не ездит на этом автобусе и никуда не спешит. То есть на входе у мужчин одинаковые ощущения, но по нервной сети происходят совершенно разные операции.

Первый мужчина решил побежать, сделал первый шаг, и картинка перед глазами начала у него меняться, автобус стал становиться ближе, эти чувства постоянно поступают ему в мозг. Это не система, в которую загрузили вначале, она что-то вычислила и дала команду мужчине теперь бежать. Это система, которая постоянно, постоянно обновляет информацию и корректирует поведение. Если вдруг в метре перед мужчиной окажется лужа, он не продолжит бежать по начальному плану, он эту лужу обежит. То есть эта информация постоянно корректируется с учетом вновь поступающей. Действия приводят к новым ощущениям, новые ощущения приводят к новым действиям. Это ежесекундно меняется. Это динамическая обновляющаяся модель.

Как на самом базовом, техническом уровне устроена нервная система, которая внутри вычисляет, каким образом технически устроено это вычисление?

Пример с мужчинами — это сложная модель поведения. Простая модель поведения — это когда получили на рецептор входящий сигнал, и для одного сигнала всегда один результат.

Как у кулера внутри ноутбука, который охлаждает процессор: есть термометр, система, которая регистрирует окружающую температуру, и в этом кулере зашита схема, что, когда температура становится выше некоторого значения, кулер запускается. Температура еще выше — он крутится сильнее, ниже — крутится слабее или вообще отключается. Всегда одна и та же реакция, между восприятием и действием нет промежуточной цепочки.

Модель посложнее. Есть термостат Nest, который учится. Он подключается к системе климат-контроля и управляет ею. Вы устанавливаете на нем температуру, допустим, 70 градусов по Фаренгейту, а он командует системе. Дальше вы вечером уходите спать и делаете попрохладнее, любите спать в прохладе. Раз так сделали, в другой раз так сделали, в третий раз так сделали — и через неделю уже не нужно перед сном менять температуру с 70 до 66 градусов. И вы к нему больше не подходите, потому что все работает, как надо, он запомнил, научился.

Получается, что у этого термостата есть, условно, два органа чувств. Один — это часы. Другой — воспринимать ваше на него воздействие, то есть ваши ручные установки температуры. И у него, в отличие от вот этой системы, есть память. То есть эта система простейшая: вижу температуру — кручу вентилятор, вижу другую температуру — не кручу вентилятор.

Как это работает? Память у Nest — цепочка связей, ассоциаций. Он запоминает, что время 8 утра связано с температурой 69 градусов, а еще — с температурой 71 градус. Устанавливали и такую, и такую температуру, но он замечает, что чаще в 8 утра устанавливают температуру в 69 градусов, что-то вроде привычки. А привычка здесь — это все более усиливающаяся связь между двумя значениями.

По сравнению даже со сложной машиной человек способен опознать хорошего знакомого по спине или по звуку шагов. По обрывочным вещам мы способны распознавать сложные образы.

Как происходит распознавание сложных образов? Вот небольшое видео. Образы там тоже довольно простые, но все же более неоднозначные и разнообразные, чем те, с которыми имеет дело термостат Nest.

Дизайнер взял Quartz Composer, софт для прототипирования интерфейсов, в котором можно моделировать интерактив, анимацию и поведение интерфейса. Собрал с помощью этого софта виртуальную нейронную сеть, которая распознает, что он рисует мышкой на экране, и показывает соответствующие этому эмодзи.

Сначала он эту систему обучает — рисует линию и говорит: «Этой линии соответствует улыбающийся смайлик. А этой линии соответствует грустный смайлик». Потом начали проверять, что система теперь умеет: нарисовали дугу небрежно, и система эту дугу распознала и отреагировала. Другие символы система пока не знает. Нарисовали сердечко — она не показала смайлик с сердечками в глазах, а по-прежнему показывает улыбающийся смайлик. И на капельку не показала плачущий смайлик, просто грустный.

«Ладно, учим дальше», — говорит дизайнер. Нарисовали капельку, нарисовали сердечко, букву «Z», знак доллара. А тем временем виртуальная нейросеть учится. Устанавливает связи, ассоциации, запоминает, что и как распознавать.

Как все это работает? Все начинается с точек, точнее, координат точек, из которых состоит линия, это базовая входящая информация. Ассоциации внутри системы выстроены в несколько слоев. Система учится из этих точек складывать простейшие геометрические примитивы, запоминает: когда точки расположены так — это дуга, а когда вот так — это прямая линия.

А дальше из этих ассоциаций второго уровня она складывает ассоциации третьего уровня, те самые эмодзи. Две дуги и палочка — это смайлик в очках, просто дуга — улыбающийся смайлик и так далее.

В ходе обучения система научается понимать самые существенные, ключевые признаки какого-то объекта и отделять их от несущественных. Если мы нарисовали каплю с чуть более сильным изгибом — это неважно. Главное, что форма капли вверху острая, а внизу закругляется. Это система и запоминает.

Человеческая система восприятия, в частности, визуальная система устроена так же, но слоев в ней гораздо больше. А воспринимаем мы также множество хаотичных цветовых пятен. Когда человек появляется на свет, он видит не как взрослый. Он видит размытые, непонятные цветовые пятна. Он еще не умеет вычленять из этого образы. После обучения наша визуальная система научается собирать из этих множественных цветовых пятен простейшие образы. Те же самые вертикальные, горизонтальные и диагональные линии, как в истории про котенка, складываются в более сложные вещи. Вплоть до того, что мы опознаем знакомого человека по фигуре, где-то далеко стоящей, как-нибудь подбоченившись, по характерной позе. В том и смысл слова «характерный», что эта поза для него существенная, он ее часто принимает, он часто стоит в такой позе. Она его определяет для нас.

Эволюционно это очень важное достижение, потому что в реальном физическом мире все постоянно меняется, меняются условия, в которых вы что-то видите, что-то слышите.

Например, сейчас вы разговариваете с кем-то, ночью у подъезда, вокруг тишина, а завтра — в шумной атмосфере метро. Вы можете распознать его голос и в той, и в другой среде, хотя объем звуковой информации и характер звука там совершенно разный. Это несопоставимые наборы звуков, но и там, и там мы научаемся вычленять самое важное благодаря системе распознавания образов.

Иллюстрация, как и все остальное, собирается в более сложные системы. На картинке структурно, не биологически, а структурно показаны взаимосвязи нервной системы червя. Его взяли для исследования, потому что у червя самая простая нервная система. У него всего 302 нервные клетки, называемые нейронами, и между ними 8 тысяч соединений — синапсов. Чтобы показать, как нейроны друг с другом связаны, этого червя порезали на маленькие-маленькие полоски, отсканировали под микроскопом и составили полную карту нервной системы.

У червя есть несколько рецепторов, датчиков ощущений в районе головы, которые воспринимают содержание кислорода в окружающей среде, ядовитых веществ, молекул питательных веществ, которые он употребляет, молекул половых феромонов от других червей, чтобы размножаться.

Все его нервные клетки делятся на три группы: сенсорные, то есть рецепторы, воспринимающие информацию из окружающей среды; моторные, которые приводят его тело в движение; и связующие клетки, коннекторы, которые образуют сложную логику его поведения, передают сигналы от входных нервов к выходным и определяют, в каком случае действовать так, а в каком — иначе.

В зависимости от того, какие данные поступают, блок нейронов командует мышцам червя либо ползти туда, либо ползти оттуда. «Туда» — это к другим червям, потому что черви собираются в стайки, ведут, условно говоря, социальную жизнь. Но при определенных сигналах на сенсорные нейроны они реагируют убеганием, уползанием оттуда. В зависимости от того, что поступает на вход, через сложную сеть связей, происходит решение либо ползти к своим собратьям, либо, наоборот, сваливать от них.

У червя, как я уже сказал, 300 нервных клеток и 8 тысяч связей между ними, синапсов. Просто чтобы был понятен масштаб проблемы: у человека примерно 86 миллиардов нейронов и почти квадриллион (миллион миллиардов) синапсов. Соответственно, досконально разобраться, что и как работает в человеческой голове, — это задача на кошмарное количество порядков сложнее, чем разобраться с червем".