Ранние научные исследования природы репрезентации привели к предположению, что есть нейроны, реагирующие на определенного рода особенности объектов.
Такие нейроны были названы детекторами признаков (feature detectors), а важную роль в их описании сыграли два исследователя Дэвид Хьюбел (David Hunter Hubel) и Торстен Визель (Torsten Nils Wiesel). Свою карьеру они начали в Университете Джона Хопкинса, а затем основали лабораторию в Гарварде, где проводили исследования, принесшие им Нобелевскую премию в 1981 году.
Тактика ученых заключалась в том, чтобы отслеживать сигналы, генерируемые нейронами коры головного мозга кошек и обезьян, и определять, какие зрительные стимулы вызывают срабатывание каждого нейрона. Хьюбел и Визель обнаружили, что каждый нейрон срабатывает только на определенный тип стимуляции, воздействующей на небольшую область сетчатки. На рис. 2.18 показаны некоторые стимулы, которые вызвали срабатывание нейронов в зоне визуального восприятия и рядом с ней (Hubel, 1982; Hubel & Wiesel, 1959, 1961, 1965).
Рис. 2.18. Три типа стимулов, обнаруженных Хьюбел и Визель.
Три типа стимулов, которые обнаружили Дэвид Хьюбел и Торстен Визель (1959, 1965), вызвали реакцию нейронов коры головного мозга кошки. Они обнаружили нейроны, которые реагировали на:
- стержни с определенной ориентацией;
- стержни с определенной ориентацией, которые двигались в определенном направлении;
- стержни определенной длины, которые двигались в определенном направлении.
Нейроны, реагирующие на специфические раздражители, были названы детекторами признаков. С учетом приведенного ниже понятия «нейронный код», можно дать уточненное определение нейронов-детекторов признаков:
Детекторы признаков – это нейроны коры головного мозга, кодирующие специфические, значимые для их восприятия стимулы.
Знание о том, что нейроны в зрительной системе активируются определенными типами стимулов, привело исследователей к предположению, что каждый из тысяч нейронов, активирующихся, когда мы смотрим на дерево, откликаются на разные элементы дерева. Некоторые нейроны реагируют на вертикально ориентированный ствол, другие – на различно ориентированные ветви, а третьи – на более сложные комбинации ряда функций.
Срабатывание всех этих нейронов вместе можно описать как создание «хора» нейронных сигналов. При этом некоторые нейроны срабатывают активно (рис. 2.19a), а некоторые – медленно (рис. 2.19b), некоторые стабильно (рис. 2.19a и 2.19b), а некоторые – нерегулярно (рис. 2.19c), некоторые всплесками (рис. 2.19d), а некоторые – незначительно или совсем не активируются (рис. 2.19e).
Рис. 2.19. Типы паттернов возбуждения нейронов, которые могут быть зарегистрированы несколькими детекторами признаков, реагирующими на дерево: (a) быстрое, равномерно распределенное срабатывание; (b) с большими равными интервалами; (c) нерегулярное; (d) очередями; (e) редкое или его отсутствие. Общий паттерн срабатывания этих нейронов и многих других нейронов, отвечающих на дерево, является нейронным представлением дерева.
Что важно в этом «нейронном хоре», так это то, что он обозначает – или репрезентирует – дерево. Другие объекты в окружающей среде создают свои собственные, уникальные хоры нейронных сигналов. Таким способом мы можем описать дерево, на которое мы смотрим, или другие раздражители в окружающей среде, будь то звук птичьего щебета или запах сосновых иголок, поскольку каждое из них представлено определенным паттерном возбуждения в ряде нейронов.
То, как паттерны нейронного возбуждения репрезентируют стимулы окружающей среды, называется нейронным кодом.
В свою очередь:
Нейронное кодирование – это переработка входящей сенсорной информации нейронами и нейронными сетями в нервной системе.
Отсюда и уточненное определение нейронов – детекторов признаков:
Детекторы признаков – это нейроны коры головного мозга, кодирующие специфические, значимые для их восприятия стимулы.
Обнаружение детекторов признаков в области первичного визуального приема было первым шагом в определении нейронного кода. Дальнейшие исследования в областях за пределами первичной области приема выявили нейроны, которые реагируют на стимулы более сложные, чем ориентированные линии.