В конце 1950-х Дэвид Хьюбел и Торстен Визель изучали зрительную кору кошки. Они закрепили анестезированное животное, ввели в кору тонкий электрод, чтобы записывать импульсы отдельной клетки, и показывали на экране светлые пятна. Нейрон упорно молчал. И вдруг, когда они меняли стеклянный слайд в проекторе, клетка разразилась импульсами. Выяснилось, что она реагирует не на пятно, а на край слайда, двигавшийся в определённом направлении. Так была открыта избирательность нейронов зрительной коры.

Простые и сложные клетки

В статье 1962 года они описали нейроны первичной зрительной коры. Простая клетка отвечает на светлую полоску определённого наклона и положения: если повернуть линию на несколько десятков градусов, ответ исчезает. Сложная клетка тоже избирательна по ориентации, но реагирует на линию в любом месте своего поля, особенно если та движется. Позже нашли клетки, чувствительные к концам линий и к направлению движения.

Иерархия

Хьюбел и Визель предположили, что сложные признаки строятся из простых: клетки сетчатки реагируют на пятна света, клетки таламуса так же, простые клетки коры собирают сигналы от нескольких таких клеток, расположенных в линию, и получают избирательность к линиям. Дальше по зрительным путям клетки реагируют на всё более сложные признаки: углы, формы, лица. Эта схема многое объясняет, хотя реальность сложнее: на ответы клеток влияют внимание, контекст и обратные связи.

Колонки

Нейроны с похожими предпочтениями расположены рядом, образуя колонки глубиной по всей толщине коры. Колонки ориентации сменяются, как спицы колеса, а между ними чередуются колонки глазного доминирования. Такая организация помогает эффективно сопоставлять сигналы.

Значение

В 1981 году Хьюбел и Визель получили Нобелевскую премию. Их метод — регистрация одиночных клеток — стал основой нейрофизиологии. А идея иерархии признаков вдохновила и инженеров: свёрточные нейронные сети, распознающие изображения, построены по сходному принципу.

Для понимания зрения важен вывод: мы не получаем в мозге «картинку». Мозг раскладывает сцену на признаки, и из них собирается то, что мы воспринимаем как целое.