Дэвид Кортни Марр (19 января 1945 г. – 17 ноября 1980 г.) [1] был британским нейробиологом и физиологом . Марр интегрировал результаты психологии , искусственного интеллекта и нейрофизиологии в новые модели визуальной обработки . Его работа оказала влияние на вычислительную нейробиологию и привела к возрождению интереса к этой дисциплине.
Родился в Вудфорде , Эссекс, и получил образование в школе Рагби ; 1 октября 1963 года был принят в Тринити-колледж в Кембридже (получив Открытую стипендию и приз Лиза Ноулза по регбийной выставке).
В 1966 году он был удостоен стипендии Coutts Trotter и в том же году получил степень бакалавра по математике. В 1968 году он был избран научным сотрудником Тринити-колледжа в Кембридже. Его докторская диссертация под руководством Джайлза Бриндли была представлена в 1969 году и описывала его модель функции мозжечка, основанную в основном на анатомических и физиологических данных, полученных из книги Дж. К. Эклза . Его интерес переключился с общей теории мозга на визуальную обработку. Впоследствии он работал в Массачусетском технологическом институте , где в 1977 году занял должность преподавателя на кафедре психологии, а в 1980 году стал штатным профессором. Марр предположил, что для понимания мозга необходимо понимать проблемы, с которыми он сталкивается, и решения, которые он находит. Он подчеркивал необходимость избегать общих теоретических дебатов и вместо этого сосредоточиться на понимании конкретных проблем.
Марр умер от лейкемии в Кембридже, штат Массачусетс , в возрасте 35 лет. Его выводы собраны в книге Vision: A computingal study into the human representation and processing of visual information , которая была завершена в основном летом 1979 года, была опубликована в 1982 году после его смерти и переиздана в 2010 году издательством The MIT Press. Эта книга сыграла ключевую роль в начале и быстром росте области вычислительной нейронауки . [2] Он был женат на Люсии М. Вайна из кафедры биомедицинской инженерии и неврологии Бостонского университета.
В его честь названы различные академические награды и премии. Премия Марра , одна из самых престижных наград в области компьютерного зрения , медаль Дэвида Марра, присуждаемая каждые два года Ассоциацией прикладного зрения в Великобритании [3] , а также Общество когнитивной науки, которое также присуждает премию Марра за лучшую студенческую работу на своей ежегодной конференции.
Марр наиболее известен своей работой по зрению, но прежде чем начать работу над этой темой, он опубликовал три основополагающие статьи, предлагающие вычислительные теории мозжечка (в 1969 году), неокортекса (в 1970 году) и гиппокампа (в 1971 году). Каждая из этих статей представляла важные новые идеи, которые продолжают влиять на современное теоретическое мышление.
Теория мозжечка [4] была мотивирована двумя уникальными особенностями анатомии мозжечка: (1) мозжечок содержит огромное количество крошечных зернистых клеток , каждая из которых получает лишь несколько входов от «мшистых волокон»; ( 2) клетки Пуркинье в коре мозжечка получают десятки тысяч входов от «параллельных волокон», но только один вход от одного «лазающего волокна», который, однако, чрезвычайно силен. Марр предположил, что зернистые клетки кодируют комбинации входов мшистых волокон, и что лазающие волокна несут «обучающий» сигнал, который инструктирует их целевые клетки Пуркинье изменять силу синаптических связей от параллельных волокон.
Теория неокортекса [5] была в первую очередь мотивирована открытиями Дэвида Хьюбела и Торстена Визеля , которые обнаружили несколько типов «детекторов признаков» в первичной зрительной области коры. Марр предположил, обобщая это наблюдение, что клетки в неокортексе являются гибкими категоризаторами, то есть они изучают статистическую структуру своих входных паттернов и становятся чувствительными к комбинациям, которые часто повторяются.
Теория гиппокампа [6] (которую Марр назвал «архикортексом») была мотивирована открытием Уильяма Сковилла и Бренды Милнер , что разрушение гиппокампа вызывает амнезию воспоминаний о новых или недавних событиях, но оставляет нетронутыми воспоминания о событиях, которые произошли много лет назад. Марр назвал свою теорию «простой памятью»: основная идея заключалась в том, что гиппокамп может быстро формировать следы памяти простого типа, укрепляя связи между нейронами. Примечательно, что статья Марра всего на два года опередила статью Тима Блисса и Терье Лёмо , в которой был представлен первый четкий отчет о долговременной потенциации в гиппокампе, типе синаптической пластичности, очень похожем на то, что предполагал Марр. [7] (Статья Марра содержит сноску, в которой упоминается предварительный отчет об этом открытии. [8] ) Детали теории Марра больше не представляют большой ценности из-за ошибок в его понимании анатомии гиппокампа, но основная концепция гиппокампа как временной системы памяти сохраняется в ряде современных теорий. [9] В конце своей статьи Марр обещал написать последующую статью о связях между гиппокампом и неокортексом, но такая статья так и не появилась.
Марр рассматривал зрение как систему обработки информации. Он выдвинул (совместно с Томазо Поджо ) идею о том, что необходимо понимать системы обработки информации на трех отдельных, взаимодополняющих уровнях анализа. [10] Эта идея известна в когнитивной науке как трехуровневая гипотеза Марра: [11]
Марр иллюстрирует свой трехсторонний анализ, возвращаясь к примеру устройства, функционирование которого хорошо понятно: кассового аппарата. [12]
На вычислительном уровне функционирование регистра может быть объяснено в терминах арифметики и, в частности, в терминах теории сложения: на этом уровне важны вычисляемая функция (сложение) и такие ее абстрактные свойства, как коммутативность или ассоциативность. Уровень представления и алгоритм определяют форму представлений и процессы, их разрабатывающие: «мы могли бы выбрать арабские цифры для представлений, а для алгоритма мы могли бы следовать обычным правилам о сложении сначала наименее значимых цифр и `переносе', если сумма превышает 9». [12] Наконец, уровень реализации имеет отношение к тому, как такие представления и процессы физически реализуются; например, цифры могут быть представлены как позиции на металлическом колесе или, альтернативно, как двоичные числа, закодированные электрическими состояниями цифровой схемы. В частности, Марр указал, что наиболее важным уровнем для проектирования эффективных систем является вычислительный. [12]
Марр описал зрение как переход от двумерного визуального массива (на сетчатке) к трехмерному описанию мира как выходу. Его стадии зрения включают: [10]
Эскиз 2.5D связан со стереопсисом , оптическим потоком и параллаксом движения . Эскиз 2.5D показывает, что в действительности мы не видим все наше окружение, а строим трехмерный вид нашей среды, центрированный на зрителе. Эскиз 2.5D — это так называемая техника паралинейного рисования визуализации данных , часто называемая общим термином «аксонометрическое» или « изометрическое » рисование, и часто используется современными архитекторами и дизайнерами. [13]
Трехступенчатая структура Марра не отражает в полной мере центральную стадию визуальной обработки: зрительное внимание . Более поздняя альтернативная структура предложила, что зрение состоит из следующих трех стадий: кодирование, выбор и декодирование. [14] Кодирование заключается в отборе и представлении визуальных входов (например, представление визуальных входов в виде нейронной активности в сетчатке). [15] Выбор, или выбор внимания , заключается в выборе небольшой доли входной информации для дальнейшей обработки, например, путем перевода взгляда на объект или визуальное местоположение для лучшей обработки визуальных сигналов в этом месте. Декодирование заключается в выводе или распознавании выбранных входных сигналов, например, для распознавания объекта в центре взгляда как чьего-то лица.
Хотя, возможно, и не верно, что эта книга положила начало области, известной как вычислительная нейронаука, несомненно, она сыграла ключевую роль в ее зарождении и быстром развитии.
