Дэвид Кортни Марр (19 января 1945 — 17 ноября 1980) [1] — британский нейробиолог и физиолог . Марр объединил результаты психологии , искусственного интеллекта и нейрофизиологии в новые модели обработки изображений . Его работа оказала большое влияние на вычислительную нейробиологию и привела к возрождению интереса к этой дисциплине.
Родился в Вудфорде , Эссекс, и получил образование в школе регби ; он был принят в Тринити-колледж в Кембридже 1 октября 1963 года (получив открытую стипендию и выставку Лиза Ноулза по регби).
В 1966 году он был награжден стипендией Куттса Троттера и в том же году получил степень бакалавра математики. Он был избран научным сотрудником Тринити-колледжа в Кембридже в 1968 году. Его докторская диссертация, курируемая Джайлсом Бриндли , была представлена в 1969 году и в ней описывалась его модель функции мозжечка, основанная главным образом на анатомических и физиологических данных, полученных из книги Дж. К. Экклс . Его интерес переключился с общей теории мозга на обработку изображений. Впоследствии он работал в Массачусетском технологическом институте , где в 1977 году занял должность преподавателя на факультете психологии, а в 1980 году стал штатным профессором. Марр предположил, что понимание работы мозга требует понимания проблем, с которыми он сталкивается. и решения, которые он находит. Он подчеркнул необходимость избегать общетеоретических 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 « Видение: вычислительное исследование человеческого представления и обработки визуальной информации» , завершенной в основном летом 1979 года и опубликованной в 1982 г. после его смерти и переиздан в 2010 г. издательством MIT Press. Эта книга сыграла ключевую роль в зарождении и быстром развитии области вычислительной нейробиологии . [2] Он был женат на Люсии М. Вайне с 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 Общество когнитивных наук также присуждает премию Марра за лучшую студенческую работу на его ежегодная конференция.
Марр наиболее известен своими работами по зрению, но прежде чем приступить к работе над этой темой, он опубликовал три основополагающие статьи, предлагающие вычислительные теории мозжечка (в 1969 году), неокортекса (в 1970 году) и гиппокампа (в 1971 году). В каждой из этих статей были представлены 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 гранулярных клеток , каждая из которых получает лишь несколько входных сигналов от «мшистых волокон»; (2) Каждая клетка Пуркинье в коре мозжечка получает десятки тысяч входных сигналов от «параллельных волокон», но только один входной сигнал от одного «лазающего волокна», которое, однако, чрезвычайно сильное. Марр предположил, что гранулярные клетки кодируют комбинации входных сигналов мшистых волокон и что лазящие волокна несут «обучающий» сигнал, который инструктирует их клетки-мишени Пуркинье изменить силу синаптических связей параллельных волокон.
Теория неокортекса [5] была в первую очередь мотивирована открытиями Дэвида Хьюбела и Торстена Визеля , которые обнаружили несколько типов «детекторов особенностей» в первичной зрительной области коры. Обобщая это наблюдение, Марр предположил, что клетки неокортекса являются гибкими классификаторами, то есть они изучают статистическую структуру своих входных шаблонов и становятся чувствительными к часто повторяющимся комбинациям.
Теория гиппокампа [6] (которую Марр назвал «архикортексом») была основана на открытии Уильяма Сковилла и Бренды Милнер о том, что разрушение гиппокампа вызывает амнезию воспоминаний о новых или недавних событиях, но оставляет нетронутыми воспоминания о событиях, произошедших годами. ранее. Марр назвал свою теорию «простой памятью»: основная идея заключалась в том, что гиппокамп может быстро формировать следы памяти простого типа за счет укрепления связей между нейронами. Примечательно, что статье Марра всего за два года предшествовала статья Тима Блисса и Терье Лёмо , в которой было представлено первое четкое сообщение о долгосрочной потенциации в гиппокампе, типе синаптической пластичности, очень похожем на то, что предположил Марр. [7] (В статье Марра есть сноска, в которой упоминается предварительный отчет об этом открытии. [8] ) Детали теории Марра больше не имеют большой ценности из-за ошибок в его понимании анатомии гиппокампа, но основная концепция гиппокампа как система временной памяти остается в ряде современных теорий. [9] В конце своей статьи Марр пообещал написать следующую статью о взаимоотношениях 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 системы обработки информации необходимо понимать на трех различных, взаимодополняющих уровнях анализа. [10] Эта идея известна в когнитивной науке как трехуровневая гипотеза Марра: [11]
Марр иллюстрирует свой трехсторонний анализ на примере устройства, функционирование которого хорошо известно: кассового аппарата. [12]
На вычислительном уровне функционирование регистра можно объяснить с точки зрения арифметики и, в частности, с точки зрения 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 добавления сначала младших цифр и «переноса», если сумма превышает 9". [12] Наконец, уровень реализации связан с тем, как такие представления и процессы реализуются физически; например, цифры могут быть представлены как позиции на металлическом колесе или, альтернативно, как двоичные числа, закодированные электрическими состояниями цифровых схем. Примечательно, что Марр отметил, что наиболее важным уровнем проектирования эффективных систем является вычислительный. [12]
Марр описал зрение как переход от двумерного зрительного массива (на сетчатке) к трехмерному описанию мира на выходе. Его этапы видения включают: [10]
2.5D-эскиз связан со стереопсисом , оптическим потоком и параллаксом движения . Эскиз 2,5D показывает, что в действительности мы не видим все, что нас окружает, а создаем трехмерное представление нашей среды, ориентированное на зрителя. 2.5D Sketch — это так называемый метод визуализации данных паралинейного рисования , который часто называют общим термином «аксонометрический» или « изометрический » рисунок и часто используют современные архитекторы и дизайнеры. [13]
Трехэтапная схема Марра плохо отражает центральную стадию визуальной обработки: зрительное внимание . Более поздняя альтернативная концепция предполагает, что видение состоит из следующих трех этапов: кодирование, выбор и декодирование. [14] Целью кодирования является выборка и представление визуальных входных данных (например, представление визуальных входных данных в виде нейронной активности сетчатки). [15] Выбор, или отбор внимания , заключается в выборе крошечной части входной информации для дальнейшей обработки, например, путем перемещения взгляда на объект или визуальное местоположение, чтобы лучше обрабатывать визуальные сигналы в этом месте. Декодирование заключается в выводе или распознавании выбранных входных сигналов, например, в распознавании объекта в центре взгляда как чьего-то лица.
Хотя утверждение, что эта книга положила начало области, известной как вычислительная нейробиология, может быть и неправдой, несомненно, она сыграла ключевую роль в ее зарождении и быстром развитии.
