Стоит прочесть всем
интересующимся ИИ и смежными областям (кроме всего, они хорошо
читаются):

Godel, Escher and Bach. Metamagical Themas: Questing for the Essence of
Mind and Matter;

Douglas Hofstadter. An Eternal Golden Braid.

Весьма рекомендуется книга, где обсуждается ИИ и многие другие темы,
затронутые в настоящей книге:

Gardner. Minds New Science.

Некоторые интересные технические вопросы рассматриваются в: Artificial
and Human Intelligence, ed. by Elithorn and Banerji;

Perspectives on Cognitive Science, ed. by Norman.

t,которое толь-

дедовании:

Ответ на вопрос на с. 518: в интервью "А" компьютер был "пациентом"

ае;

!П( (о Са-

19 Зак. 2019

Искусственный интеллект
5,37

Приложение

Современные методы нейрофизиологии

ЯМР и ЭПС

||| При обследовании методом ЯМР (ядерный магнитный резонанс) вокруг

SB тела пациента расположены очень мощные электромагниты, которые воз-

I в действуют на ядра атомов водорода, входящих в состав воды. На основа-

Ц нии полученных при этом данных можно судить о колебаниях плотности

У!> атомов водорода и об их взаимодействии с окружающими тканями. По-

; I. ||| скольку водород указывает на содержание воды, метод ЯМР можно при-

|Д менять в диагностических и исследовательских целях. Одним из главных

ж| его недостатков до недавних пор было значительное время, требуемое для

, |Й1 построения общей картины. Вследствие большого времени экспозиции этот

ill метод подходил только для наблюдения за статичными биологическими

,, Ш структурами и был практически неприменим для изучения быстроменяю-

У, щихся процессов, связанных с познавательной деятельностью. Но теперь

I Ц появилась быстродействующая техника регистрации данных, позволяю-

; |й щая получать картину за 30 мс, что достаточно для наблюдения за быст-

; К ропротекающими когнитивными функциями. Кроме того, этот метод, на-

i У зываемый эхо-планарным ЯМР-сканированием (ЭПС) позволяет получать

. я|, картины функциональной активности мозга с высоким разрешением. Воз-

1 Й| можно, что в ближайшие годы развитие техники ЭПС позволит ей стать

j Щ практическим инструментом для дискретной визуализации структур мозга

к. и регистрации процессов в реальном масштабе времени. Более подробно

и см.; Schneider, Noll, and Cohen (1993) и Cohen, Rosen, and Brady (1992).

11 КАТ-сканирование

Г{, КАТ-сканер (компьютерная аксиальная томография) действует при помо-

Д щи рентгеновского аппарата, вращающегося вокруг черепа и бомбардиру-

ющего его тонкими веерообразными рентгеновскими лучами. Эти лучи

Д регистрируются чувствительными детекторами, расположенными с проти-

-:; воположной от источника стороны. Данная процедура отличается от обыч-

|г ного рентгеновского обследования тем, что последнее дает только один

ty вид части тела. Кроме того на обычной рентгеновской установке крупные

|;: молекулы (например, кальция черепа) сильно поглощают лучи и маскиру-

t|| ют находящиеся за ними органы. Вращая рентгеновский луч на 180 граду-

Д| сов, КАТ-сканер позволяет получить множество изображений одного и

% того же органа и таким образом построить внутренний поперечный срез,

У или "ломтик" этой части тела. Изображение поперечного сечения, назы-

; ваемое томограммой (буквально "написание раздела"), стало играть реша-

1 ющую роль в медицинской диагностике. Отображая локальный кровоток и

дй патологическую метаболическую активность, томография позволяет бо-

||| лее точно ставить диагноз. В когнитивной психологии КАТ-сканеры были

применены для отображения когнитивных структур. Еще более сложный
вариант этого метода, называемый динамической пространственной ре-
конструкцией (ДПР), позволяет "увидеть" внутренние структуры в трех
измерениях. Одним из преимуществ КАТ является ее распространенность.
Так, к середине 90-х годов количество сканеров, используемых в амери-
канских больницах превысило 10000. Новые технологии помогли разре-
шить некоторые из проблем, связанных с этим методом. Так, например,
временное разрешение, определяемое скоростью фотозатвора, составляло
около 1 сек, отчего динамические процессы (даже биение сердца) получа-
лись "смазанными". Но уже разработаны сверхбыстрые КАТы с такой ско-
ростью обработки, что смазанные ранее картины теперь прояснились.

u
о
U

<

Рис. А1. Техника функционального ЯМР и ПЭТ позволяет определять интенсивность кровотока.
Когда нейрон переходит из состояния покоя (вверху) в активное состояние (внизу), поток крови
увеличивается ЯМР (слева) регистрирует увеличение содержания кислорода в соседних с ним
сосудах. ПЭТ (справа) регистрирует увеличение содержания радиоактивной воды, поставляе-
мой по сосудам к клеткам мозга.

Приложение
540

ПЭТ-сканеры

ПЭТ-сканеры (Позитронно-Эмиссионная трансаксиальная Томография)
отличаются от КАТ-сканеров тем, что в них используются детекторы, об-
наруживающие в кровотоке радиоактивные частицы. Активным участкам
мозга нужен больший поток крови, поэтому в рабочих зонах скапливается
больше радиоактивного "красителя". Излучение этого красителя можно
преобразовать в изображение карты. В когнитивной нейропсихологии при-
менение ПЭТ-сканеров было особенно плодотворным. Впервые ПЭТ-ска-
неры в когнитивной психологии применили Ярл Рисберг и Дейвид Ингвар
из Ландского университете в Швеции (см. Lassen, Ingvar, and Skinhoj,
1979) в сотрудничестве со Стивом Пересеном, Майклом Познером, Мар-
кусом Рейклем и Энделом Тульвингом (см. Posner et al., 1988). Эта техно-
логия дала некоторые очень интересные результаты, но широкого распро-
странения в исследовательских целях не получила из-за очень высокой
стоимости оборудования и длительного времени записи изображения (сей-
час это около 20 сек).

В ранних исследованиях с ПЭТ для измерения локального церебраль-
ного кровотока испытуемому делалась ингаляция ксенона-133, который
играл роль красящего вещества. Рисберг и Ингвар успешно применили
золото 195м, вводимое внутривенно. С таким красителем всего за несколько
секунд можно получиь "карты" с высоким разрешением (Risberg, 1987,
1989; Tulving, 1989a, 1989b), что дает исследователю значительно больше
возможностей для сбора когнитивных данных.

Особый интерес для когнитивных психологов представляет использо-
вание паттернов кортикального кровотока в исследованиях памяти. Пос-
ледние несколько лет Тульвинг разрабатывает теорию памяти, где посту-
лируются два особых ее вида: эпизодическая и семантическая, или память
на личные события и память на общие знания соответственно. В одном из
экспериментов (Tulving, 1989a) испытуемого просили молча подумать о
некотором эпизодическом (личном) событии и затем подумать о чем-либо
общем. Исследование проводилось на системе с высоким разрешением
Cortexporer 256-HR, разработанной Рисбергом. В качестве красителя ис-
пользовалось радиоактивное золото с периодом полураспада всего ЗОсек,
небольшое количество которого вводили в кровь испытуемого. За крово-
током следили, измеряя количество красителя примерно через 7-8 сек
после инъекции. Количество красителя в каждой зоне измерялось батаре-
ей из 254 околочерепных детекторов гамма-излучения, плотно окружав-
ших голову испытуемого. Каждым детектором сканировалась зона при-
мерно в 1 см2, и в результате получалась "цветная" двухмерная карта
мозга, состоящая из 3000 элементов. Некоторые измерения проводились
за период 2.4 сек и визуализировались с помощью соответствующих ком-
пьютерных преобразований.

На такой карте можно видеть общие различия паттернов кровотока, а
именно - нервной активности различных областей мозга. Прежде всего
заметно, что воспроизведение эпизодов (личных событий) сопровождает-
ся большей активацией передней доли коры мозга, а воспроизведение се-
мантических (общих знаний) - большей активацией задних областей моз-
га. Это сырые данные и нужно еще поработать, прежде чем можно будет
сделать определенные теоретические утверждения, однако мы можем сме-
ло сказать, что в эпизодической и семантической системах памяти дей-

Методы нейрофизиологии
541

Приложение
542

ствуют различные мозговые процессы, протекающие в различных участ-
ках мозга. Отсюда, в свою очередь, следует, что у нас может быть нес-
колько систем памяти. Эти наблюдения согласуются с результатами изу-
чения патологий при мозговых поражениях с последующей потерей эпизо-
дической памяти (подробно см в: Milner, Petrides, and Smith, 1985; Sc-
hacter, 1987).

Другую попытку установить прямую связь между когнитивными про-
цессами и активностью зон мозга предприняли Познер, Петерсен и их
коллеги в МакДоннелловском Центре Высших Мозговых Функций при
Вашингтонском университете; они провели ряд важных экспериментов по
обработке слов нормальным здоровым мозгом. При помощи ПЭТ-сканеров
Петерсен и др. (1988) изучали кровоток в мозге испытуемых, которым
впрыскивали радиоактивные изотопы с коротким периодом полураспада.
В одном из эксперментов этой группы было четыре этапа: (1)стадия по-
коя; (2)появление отдельного слова на экране; (З)чтение этого слова вслух
и (4)генерация примера употребления каждого слова. У каждого из этих
этапов была своя собственная визуальная "роспись".

Когда испытуемый в этих экспериментах глядел на слово на экране,
активировалась затылочная зона коры; когда он слышал слово, активиро-
валась центральная часть коры, когда произносил - активировались мо-
торные зоны, а когда его просили назвать слово, связанное с данным (на-
пример, если появлялось слово пирожное, испытуемый должен был на-
звать подходящий глагол, например, есть), наиболее активной была ассо-
циативная зона, но наблюдалась также и общая активность коры.

Хотя техника ПЭТ находится еще в начале своего развития, в будущем
она, видимо, будет совершенствоваться. Кроме того, вероятно появятся и
другие технологии. Даже на этом этапе первые результаты уже оказали
значительное влияние на когнитивную психологию и связанные с ней на-
уки. Например, вопрос локализации функций мозга, на котором столь
широко настаивали френологи, может заслуживать некоторого доверия,
хотя я потороплюсь добавить, что методы и общая теория френологии не
могут рассчитывать на научное признание! Не вызывает сомнения и то,
что многие функции мозга требуют совместной работы множества различ-
ных его зон. Однако, первые впечатляющие исследования подтверждают,
что локальная специфичность свойственна на удивление многим видам
активности, связанным со сложными когнитивными задачами (некоторы-
ми видами языковой обработки или процессами внимания). Обнаружи-
лось, например, что когда мы направляем внимание на реальные слова,
такие как читаемый вами сейчас текст, активируются определенные зад-
ние области мозга. Однако, бессмысленные слова эти центры не активиру-
ют, Кроме того, когда испытуемых просят проиллюстрировать употребле-
ние существительного (например, молотокЦударять) или отнести его к
определенному классу, у них активируются определенные передние или
височные зоны (см. McCarthy et al., 1993; Petersen et al., 1990; Petersen
and Fiez, 1993; Posner, 1992; Posner et al., 1994).

ПЭТ и внимание

Техника построения образов функционирования мозга (в основном это
ПЭТ) широко используется в современных исследованиях внимания, и

хотя невозможно рассказать обо всех современных исследованиях (или
даже дать некоторый "срез": столь обширны данные в этой области), мы
попытаемся окинуть взглядом некоторые из работ, проведенных ведущи-
ми учеными в этой важной сфере нейрокогнитивных исследований. Суть
метода ПЭТ мы объясняли выше, но вкратце повторим, что она состоит в
измерении величины кровотока в мозге, интенсивность которого оценива-
ется по наличию радиоактивного "красителя". Поскольку метаболизм ра-
ботающего мозга требует подпитки, он потребляет больше крови. За эти-
ми процессами следят датчики радиоактивности, данные от которых пре-
образуются компьютером в "географическую" карту коры мозга, по кото-
рой можно определить "горячие точки" его отделов, где сосредоточено
больше крови.

Типичным примером таких экспериментов является работа Петерсена
и его коллег (Petersen et al., 1990), в которой испытуемым показывали
слова, неслова, сочетания букв, напоминающие слова, а также последова-
тельности согласных букв. При предъявлении слов и регулярных неслов
(но не сочетаний согласных) активировались области, показанные на
Рис. А2 незакрашенным эллипсом (левая часть рисунка). Любопытно, что
пациенты с обратимыми повреждениями этих зон часто не способны чи-
тать слова целиком, но могут прочесть их буква за буквой. В случае, когда
пациентам показывали слово "опера", они не могли прочитать его но, мог-
ли назвать буквы по одной и таким образом (вероятно) это сочетание букв

Латеральная
поверхность

Левое полушарие Правое полушарие

20 mm

Срединный
разрез

Рис. А2. Зоны коры мозга человека, активируемые при внимании. Зоны внимания изображены
в виде закрашенных фигур на латеральной (снаружи) и медиальной (поперечное сечение) по-
верхностях левого и правого полушария. Видно, что теменные доли (закрашенный квадрат)
входят в зону внимания, правые передние доли связаны с состоянием бодрствования; ромбы
показывают переднюю часть зоны внимания. Овал и круг указывают зоны обработки слова,
связанной с его зрительной формой (эллипс) и семантическими ассоциациями (круг).

Методы нейрофизиологии
543

представлялось в слуховом коде. Другие зоны мозга "перехватывали" эту
активность и тогда эти пациенты могли сказать, что это за слово. Исследо-
вания мозга при помощи ПЭТ указывают также на то, что в определенных
типах внимания задействованы также другие зоны, что отражено на
Рис. А2.

Нейрокогнитология памяти

Нейрокогнитология, называемая также нейропсихологией сложилась
из неврологии и когнитивной психологии.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97