Концептуальные модели опознания образа

Опознание сложного образа, характеризующегося определенными признаками, считывание и интегрирование этих признаков можно представить в виде разного рода концептуальных моделей.

Так, например, представление Эдельмана базируется на возможностях рестимуляции нейронов при организации повторных входов сигналов в одну и ту же нейрональную группу. При этом отмечается роль долговременной памяти, откуда в ту же группу нейронов поступают ассоциированные сигналы для сравнения, опознания и осознания новой информации. Эти представления получили название теории повторного входа.

Аналогично взглядам Эдельмана, по Иваницкому, появление, опознание (и осознание) ощущения определяется синтезом информации (рис. 3), наличной и извлекаемой из памяти (теория информационного синтеза как основы ощущений). При этом оказываются весьма значимыми фронтальные отделы неокортекса и гиппокампа, где, по представлениям большинства физиологов и клиницистов, локализованы структуры долговременной памяти, играющие существенную роль в процессах опознания образа.

И, наконец, особое место среди всех концепций занимает голографическая теория Прибрама, по представлениям которого вся информация (подобно оптической голограмме) распределена более или менее равномерно по коре мозга, и в каждом участке представлена информация о разных событиях. Но при этом Прибрам хранение информации и память связывает в основном с гиппокампальной областью, а процессы воспоминания (и соответственно, опознания и осознания), естественно, с гиппокампальным тета-ритмом.

В процессах опознания образа и его осознавания важная роль, по представлениям Конорского, принадлежит гностическим нейронам, собирающим сигналы от простых нейронов — детекторов признаков. В развитие этой концепции, Соколов предлагает «иерархическую модель гештальта», в которой объединяются нейроны простых и сложных признаков с гностическим нейроном по принципу пирамиды (рис. 4). При этом входящие в пирамиду нейроны — детекторы с пейсмекерными свойствами имеют общую резонансную частоту (близкую к гамма-колебаниям). Для осознанного восприятия образа такая гештальт-пирамида, представляющая, по Соколову, базисный механизм акта сознания, должна дополнительно активизироваться из неспецифической системы мозга. И тогда в этой схеме определяются три уровня субъективного отражения, приводящего к осознанию: перцептивный, мнемонический и семантический.

Перцептивный образ возникает в результате активации гештальт-пирамиды. Мнемонический — в результате активации старых энграмм, используемых для сличения с новым образом, и фиксации новых энграмм. Семантический уровень осуществляется за счет деятельности специфических семантических нейронов, двусторонне связанных с нейронами памяти. И, таким образом, реализуется процесс опознания образа и его осознания.

Подобную же модель Соколов предлагает и для опознания цветового образа с учетом функционирования цветодетекторов (цветоконстантных нейронов). В этой модели нейрон-детектор цвета представляет вершину ансамбля нейронов, или нейронной сети, организованной иерархически, в виде группы нейронов с общим входом, конвергирующей на более высоком уровне — на одном или нескольких нейронах, представленных параллельными каналами. Такая нейронная сеть состоит из трех этажей (блоков): первый блок — рецепторы, выделяющие определенную длину волны (R, G, B); второй блок — предетекторы, представленные цветооппонентными нейронами (R/G и Y/B) и ахроматическими нейронами яркости и темноты (Wh, Bl), трансформирующие сигналы рецепторов и передающие их по параллельным каналам нейронам-детекторам цвета. Дальнейшее формирование сложного образа (гештальта) связано с объединением ряда детекторов простых признаков на гностическом нейроне более высокого порядка, являющемся вершиной в пирамиде иерархической системы преобразования информации. По представлениям Соколова, отдельным гештальтам соответствуют отдельные гностические единицы в передневентральной височной коре.

Что же касается опознания таких характеристик зрительного образа, как его ориентация, направление и скорость движения (а также размер, форма и иные пространственные характеристики), то хорошо работает модель, представляющая собой нейронную сеть, состоящую как из узко-, так и широкополосных ретинальных и центральных нейронов (Т.В. Алейникова).

В этой модели разная степень чувствительности центральных нейронов обусловлена конвергенцией на них входных сигналов от нейронов ретины с разным спектром ориентационной, дирекциональной и скоростной чувствительности. При этом обострение чувствительности центральных нейронов по сравнению с периферическими (которые, кстати, по представлениям ряда авторов, являются в отношении восприятия движения широкополосными) в этой модели достигается введением звена с тормозным нейроном и элементом задержки в цепи возбудительного нейрона. Тогда обеспечивается срабатывание по порогу тормозного звена ранее, чем возбудительного.

Сужение диапазона чувствительности центральных нейронов по сравнению с ретинальными может обеспечиваться, во-первых, «снизу» — за счет более высоких собственных порогов центральных единиц и, во-вторых, «сверху» — за счет срабатывания тормозящего нейрона. При этом если порог данного тормозного нейрона близок (чуть выше) к порогу возбудительного «опознающего» центрального нейрона, то формируется на этом уровне узкая избирательность к соответствующему признаку. И тогда данный нейрон приближается по свойствам к детекторному нейрону.

Данная модель, достаточно универсальна (и подходит для анализа и в других сенсорных системах), так как позволяет представить и сужение, и расширение диапазона чувствительности центральных нейронов по сравнению с входными элементами, а также возникновение у нейронов дискретных диапазонов чувствительности с несколькими пиками ее и провалами.