Жуткие образы, которые будоражат нейроны мозга

Макак по кличке Ринго вальяжно сидел в лаборатории Гарвардского университета (США) и попивал сок, а искусственный интеллект по имени XDREAM прогонял перед его взором странные картинки. Все они были призваны стимулировать один конкретный нейрон мозга Ринго, предположительно специализирующийся на узнавании лиц, и XDREAM отбирал и видоизменял образы, которые вызывали самую сильную реакцию подопытного нейрона.

Поначалу картинки были серыми и бесформенными, но со временем «из этой мути на нас стало пялиться какое-то нечто», с содроганием вспоминает нейробиолог Карлос Понсе. Два темных пятна с темной линией под ними на фоне бледного овала – это было очень похоже на лицо. Позже рядом появился красный развод – он тут же напомнил ученым ошейник, который носит примат, живущий в клетке напротив Ринго. «Мы все глянули на изображение и воскликнули: да это же Энтони!» – улыбается Маргарет Ливингстон, профессор нейробиологии в Гарвардской медицинской школе.

Да это же Антоша! Видео: Peter Schade.

«А потом, через несколько дней, мы получили Диану», – добавляет она. Диана – смотритель, она ухаживает за обезьянами и кормит их, надев на лицо белую маску. Когда ученые нацелили XDREAM на зрительный нейрон другой макаки, искусственный интеллект произвел на свет искаженное лицо в белой маске.

Подобные лица вы, вероятно, каждый день видите в ночных кошмарах. «Если клетки спят, то именно такие образы они и видят во сне», – философствует Понсе. И эти жуткие видения служат идеальными стимулами для определенных зрительных нейронов.

Шестьдесят лет назад шведский и канадский нейрофизиологи Торстен Визель и Дэвид Хьюбел в том же Гарварде затеяли эксперименты, за которые в 1981 году получили Нобелевскую премию: им удалось показать, что индивидуальные нейроны зрительной коры мозга реагируют на специфические стимулы – линии, ориентированные определенным образом, или движение в определенном направлении, или границу между светом и тьмой в определенной конфигурации. С тех пор нейробиологам удалось выявить в мозге нейроны, активирующиеся при предъявлении разных цветовых стимулов, изгибов, лиц, рук, пейзажей, знаменитостей, покемонов и вашей бабули. Вот только всякий раз ученые выбирали стимулы на свое усмотрение – а ведь тестируемые нейроны совсем необязательно настроены реагировать именно на такие готовые варианты. «То, что клетка отвечает на определенную категорию образа, не означает, что вы и впрямь понимаете, чего его она хочет», – поясняет Ливингстон. Так почему бы не спросить об этом сами нейроны?

В этом-то и заключается идея XDREAM – алгоритма, придуманного гарвардским студентом Уиллом Сяо. Набор из 40 серых бесформенных изображений демонстрируется обезьянам, затем на основе тех из них, что вызвали наиболее сильную реакцию в изучаемом нейроне, алгоритм формирует картинки нового поколения. Сяо натренировал XDREAM на 1,4 млн фотографий реального мира, научив его генерировать искусственные изображения со свойствами естественных. За 250 поколений его картинки становятся все более эффективными в плане стимуляции, пока наконец целевой нейрон не начинает реагировать сильнее на искусственное изображение, нежели на естественное. «Было так волнительно предоставить клеточке шанс сообщить нам наконец, что именно она кодирует, вместо того чтобы гадать», – умиляется Понсе.

За исключением отдельных картинок вроде этих, на которых и впрямь можно увидеть некие подобия лиц, большинство изображений, конструируемых XDREAM, представляют собой нераспознаваемое месиво из форм, цветов и текстур. То, что тестируемые нейроны реагируют лучше всего на такие вот «лица», подтверждает их специализацию именно на данной категории визуальных стимулов. Всего были протестированы 46 нейронов у шести обезьян.

Вы можете возразить: а не попахивает ли тут «когнитивно-искаженным» тестом Роршаха? В конструируемых XDREAM изображениях исследователи могут видеть то, что им самим хочется увидеть. Действительно ли то красное пятно – это ошейник Энтони, а белая мазня – маска Дианы? И не Батрася ли в чепчике сидит на ее плече? Для проверки своих предположений ученые использовали другой алгоритм, который позволяет определить, насколько искусственные изображения якобы лиц ближе к фотографиям настоящих лиц, чем к фотографиям других объектов. Кроме того, они показали, что тестируемые нейроны в самом деле лучше всего реагируют именно на лица, а не какие-нибудь дома или пупки.

И все же не покидает ощущение, что XDREAM черпает вдохновение из самых глубоких расщелин зловещей долины. «Именно так!» – смеется Карлос Понсе. По его мнению, эти картинки столь хорошо стимулируют зрительные нейроны обезьян, что и наши нервные клетки тоже могут порядком щекотать, заставляя нас чувствовать себя некомфортно. Хорошо бы теперь проверить XDREAM на людях. «Получатся ли похожие образы или, может, совсем другие? И что мы о них подумаем?» – любопытствует ученый.

Маргарет Ливингстон предполагает, что многие мифические твари представляют собой утрированные версии знакомых существ, потому что зрительные нейроны в принципе питают пристрастие к гротеску. В предыдущих исследованиях ее научной группы было показано, что нейроны, специализирующиеся на лицах, активируются сильнее в ответ на карикатуры, нежели на настоящие лица. «Все эти гаргульи и лепреконы… Мне кажется, в наших мозгах есть основа для них…» – размышляет профессор.


Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: Cell (Ponce et al., 2019)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вам понравилось его читать и вы хотите поделиться информацией с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем только рады. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:
Способна ли нейробиология понять Донки Конга?
Почему клоуны такие жуткие?
Нейросеть предсказала ответ Барри, решись Ив позвать его на выпускной в 1997-м


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение