Взаимосвязь искусственного интеллекта и мозга

Есть основания предполагать, что на каком-то этапе эволюции у многоклеточных организмов появился новый механизм целостного поведения, когда в конкретной ситуации взрослые животные научились принимать такие решения, которые исходно не могли сформироваться в готовом виде в процессе эволюции [21, 22].

Это 3-й , высший уровень интегрального поведения.

Каковы же предпосылки для возникновения такого поведения? Можно думать, что это в первую очередь вызвано усложнением живых систем в ходе эволюции, приведшее к совершенствованию рецепторно-анализаторного аппарата животных и значительно обогатившее восприятие внешнего мира. Развитие различных дистантных рецепторных систем, таких как зрительные, слуховые, обонятельные, определило усложнение эффекторной части ЦНС и более совершенное двигательное поведение животных. Таким образом, каждое животное, обладающее этими качествами ЦНС, научилось воспринимать всю динамику многообразного окружающего мира.

Постоянная смена внешних воздействий могла иметь для животного различную функциональную нагрузку. Например, какой-то незнакомый звук мог означать приближение либо жертвы, либо хищника; появление какого-либо незнакомого объекта или запаха могло иметь совершенно разный функциональный смысл. Физиологическую и биологическую значимость таких воздействий впервые осознал Павлов и назвал их условными раздражителями, в отличие от безусловных, которые непосредственно влияют на жизненно важные показатели животного [23].

Эти многочисленные и разнообразные условные раздражители, отличающиеся относительным непостоянством, кратковременностью, а, главное, неоднозначностью, не позволяли на основе случайной изменчивости и естественного отбора вырабатывать оптимальные реакции у животного. Для большого количества факторов внешней среды не выполнялось главное условие, необходимое для выработки оптимального ответа, - стабильное существование и неизменная функциональная значимость данного фактора внешней среды на протяжении многих поколений. Таким образом, отсутствовал основной эволюционный фактор - давление отбора, а значит, должны были выработаться принципиально новые механизмы.

Важным моментом в развитии таких механизмов могло стать повышенное внимание к этим воздействиям, что и вызвало появление соответствующих рецепторных систем и настороженной, или ориентировочной, реакции по типу павловского "что такое?" [24]. В этом направлении, видимо, и действовал естественный отбор.

Возникновение ориентировочной, или настороженной, реакции на индифферентные внешние раздражители есть, возможно, ключевой момент в процессе эволюции интегрального или целостного поведения, когда появляется индивидуальная память, позволяющая животному использовать весь предыдущий жизненный опыт на протяжении своего существования.

Можно предположить, что механизмы такой памяти имеют общие черты с механизмами онтогенетической памяти, когда также образуются новые или изменяются старые синаптические связи между определенными типами клеток. Однако эти процессы не ограничиваются временными рамками или этапами онтогенеза. Отсутствие такого ограничения у ряда групп нервных клеток в ЦНС и определяет возможность развития этого третьего типа памяти. Возможно, что появление таких групп нейронов в ЦНС также было обусловлено давлением естественного отбора, поскольку способность к индивидуальной памяти в значительной степени определяет и уровень развития ассоциативного анализа.

Индивидуальная память фиксирует какой-то объект или явление внешнего мира, исходно безразличные для животного по своему воздействию, но связанные с функционально значимыми для него событиями. Такая индивидуальная память принципиально отличается от генетической и онтогенетической - она обусловлена наличием некоего интеллектуального ассоциирования исходно безразличной части воспринимаемого воздействия с исходно значимой.

Приобретение животным нового знания и есть обучение - индивидуальный процесс, который обеспечивается благодаря наличию в ЦНС нейронов с высокими пластическими свойствами, позволяющими адекватно перестраивать нейронные связи. В свою очередь, эти адекватные внешним воздействиям перестройки нейронных связей дают возможность животному эффективно решать соответствующую ситуационную задачу. Однако такие ассоциации не должны фиксироваться навсегда, поскольку со временем их функциональный смысл может резко измениться. Значит, синаптические перестройки и соответствующие им ассоциации должны иметь временный характер. В этом и состоит их важный адаптивный смысл. Отсюда следует, что багаж ассоциативных связей ни в коей мере не должен закрепляться по наследству. В противном случае это может привести к весьма печальным результатам для последующих поколений.

В реальной повседневной жизни животное, имеющее множество ассоциативных связей, часто одновременно испытывает массу внешних воздействий разной значимости и в неожиданных комбинациях. Естественно, что в этих случаях для выбора оптимальной программы поведения животному необходим определенный анализ возникшей ситуации, который, на наш взгляд, естественно назвать рассудочным или ассоциативно-рассудочным поведением [25].

Таким образом, в ходе прогрессивной эволюции живых организмов на основе наследственных и онтогенетических механизмов возникло ассоциативно-рассудочное поведение, т.е. зачатки логического мышления. Появление подобного механизма поведения резко повысило выживаемость вида, а соответственно, и его популяционную устойчивость, что, в свою очередь, стимулировало дальнейшее развитие механизмов такого поведения, вплоть до человеческого.

Рассмотрим особенности 3-го, высшего уровня управления интегральным поведением животных на основе предложенной нами блок-схемы важнейших операций мозга. В задачу третьего блока входит распределение всех полученных сведений по их значимости для выработки оптимальной реакции животного с точки зрения главной задачи - выжить.

Такой анализ для 3-го блока, как отмечалось ранее, представляет большие трудности по двум причинам: оценка значимости воздействий разных модальностей только на количественной основе, т.е. по одномерной шкале и возникновение информационного комбинаторного взрыва при увеличении у животных количества различных рецепторных структур. А это означает, что между рецепцией и адекватной эффекторной реакцией необходима громадная счетная работа на базе нейронных механизмов, которую невозможно выполнить в реальном времени.

Таким образом, управление, осуществляемое только на количественной основе, недостаточно для того, чтобы обеспечить адекватное поведение организма в окружающем мире. Это в каком-то смысле тупиковый путь для эволюции живых систем.

Для дальнейшей прогрессивной эволюции животных в условиях огромного разнообразия и неоднозначного информационного потока из окружающей среды требовался принципиально новый способ, записи, обработки и оценки информации в управляющих блоках мозга. Такая форма операций, способная эффективно усваивать, обрабатывать и оценивать богатейший по модельностям поток воздействий, не ограничиваясь одномерной количественной шкалой, могла бы преодолеть возникающий при этом информационный комбинаторный взрыв. Требуемая принципиально новая форма управления, видимо, недоступна для искусственных систем, у которых все действия можно свести к математическим операциям.

Совершенно иная ситуация у живых организмов. Живые организмы, в том числе и их управляющие блоки, возникли на основе самоорганизации в процессе непрерывной естественной эволюции. А технология этой самоорганизации основана на содержательном или информационно-энергетическом взаимодействии. Такая особенность возникновения живых организмов в сочетании с высоким уровнем развития рецепторно-анализаторных систем и необходимостью ассоциативно-рассудочного поведения создает предпосылки в обязательности появления в управляющих блоках живых систем некоего процесса, через посредство которого само животное-хозяин имело бы возможность оценивать состояние первых блоков управляющей системы (см. рис.2), получающих информацию через рецепторы из внешнего и внутреннего мира животного. Если в искусственных устройствах (роботах) их создателями на основании нумерации всех сенсоров по их местоположению (адресу) и специфике регистрируемого воздействия (модальности) на соответствующий экран (в блоке 1) выносятся для считывания и дальнейшей обработки (в блоках 2 и 3) числовые коды (в виде трех чисел по каждой однородной группе сенсоров), то очевидно, что в самоорганизующихся живых системах в принципе нет возможности передачи адреса и модальности воздействия таким способом. У живых организмов не было конструкторов, и, соответственно, не проводилась нумерация адресов и модальностей различных рецепторов. А если бы и было что-то подобное, то непонятно, на чем записывать эти числа и как их потом считывать. Ведь внутри мозга нет вездесущего и всеведающего гомунклюса, как уже отмечал Крик [26].

Таким образом, процесс, через посредство которого само животное могло бы оценивать состояние 1-ого блока своей управляющей системы, т.е., по-существу, состояние различных специфических нейронных представительств высших отделов мозга соответствующих рецепторов, должен быть весьма необычным. Его необычность состоит в том, что в результате этого процесса определенная нейродинамика того или иного рецепторно-анализаторного участка мозга, т.е. множества (N) (см. уравнение 1) отображает или формирует некое информационное множество (Ф), непосредственно доступное и функционально значимое для самого животного. На формальном уровне можно написать:

(Ф) = (N),

где оператор однозначно определяется природой элементов множества (N) и отражает рассматриваемый нами процесс, переводя нейродинамику мозга в непосредственно доступную и функционально значимую для хозяина информацию. Очевидно, что появление в процессе естественной эволюции этого процесса есть исключительно важное событие - у животного с этого момента возникает возможность самооценки приходящей к нему информации. Легко видеть при совместном рассмотрении уравнений 1 и 2, что информационный поток (I1), приходящий на рецепторы из внешнего и внутреннего мира, претерпевает, по-существу, два кардинальных преобразования. Первое отражено уравнением (1), а второе - уравнением (2). Учитывая свойства этих преобразований, можно утверждать, что между первичным информационным потоком (I1), который создается множеством (I1), и вторичным информационным потоком (I2), который отображен множеством (Ф), для различных количественных соотношений будет сохраняться изоморфная связь, а для модальностей или качественных характеристик информации и ее адресности - знаковая, но строго однозначная связь.

Таким образом, у живых организмов благодаря особенностям их возникновения и функционирования на основе самоорганизации и информационно-энергетического или содержательного взаимодействия на некотором этапе эволюционного развития в управляющих блоках возникает принципиально новый способ получения и оценки поступающей информации, связанный, главным образом, с возникновением своеобразных самооценочных функций состояния нейродинамики различных отделов головного мозга. Эти самооценочные функции состояния определяют и адресность, и модальность, и интенсивность воздействия. Весьма также существенно, что строго однозначная знаковая связь между поступающей к животному информацией и ее воспроизведением, осуществляемым оператором , согласно уравнению 2, имеет адекватную функциональную значимость. Например, какое-то внешнее повреждающее воздействие, приводящее к разрушению какой-то группы клеток у животного, будет создавать, согласно уравнению (1), соответствующую нейродинамику (множество (N)) той области мозга, где находятся клеточные представительства рецепторов, регистрирующих это повреждающее воздействие. В свою очередь, преобразование, описываемое уравнением (2), формирующееся в процессе эволюции, в конечном счете, должно доводить до самого животного такую информацию (Ф), которая означала бы для животного сигналы крайнего бедствия, сигналы угрозы жизни, т.е. такие сигналы, на которые необходимо быстро реагировать для устранения причины их возникновения. Ясно, что эти сигналы для животного должны иметь резко негативный, неприятный, нетерпимый характер. Можно думать, что разные формы ощущения боли, или чувства боли и сформировались в процессе эволюции из сигналов такого типа. Можно думать, что и для любых других видов внешних воздействий (электромагнитных колебаний светового диапазона, механических колебаний звуковых частот, температурных, химических и т.д.) преобразования, отраженные в уравнениях 1 и 2 в процессе эволюции, будут формироваться в адекватную информацию в виде световых, звуковых, температурных, обонятельных, осязательных и др. ощущений.

Итак, на определенном этапе развития животного мира, когда в интегральном поведении высокоорганизованных животных ведущим фактором становится первая сигнальная система (по Павлову), на основе самоорганизации и информационно-энергетического взаимодействия, обусловивших чрезвычайно высокую специфичность каналов информации от рецепторов к клеткам мозга, специфичности самих клеток, а также высокой специфичности и последующих каналов для передачи и обработки полученной информации в мозге созданы уникальные условия для осуществления интеграции полученной информации не только на количественной, но и на качественной основе. А это определило появление принципиально новой оценочной функции состояния, когда самой этой функцией определяется и адресность, и модальность, и интенсивность воздействия или информации, приходящей в центральные управляющие блоки. Эту функцию состояния естественно назвать самооценочной функцией состояния, так как она, по существу, и воспроизводится в самом животном, и оценивается самим животным. Эта функция состояния, отражающая в знаковой форме адресность и модальность воздействия внешнего и внутреннего мира и доступная самой системе, и есть, по-видимому, наши ощущения, наши восприятия.

Возможность появления подобных свойств в управляющих блоках живых систем определяется принципами их становления на основе самоорганизации при информационно-энергетическом взаимодействии. Однако на определенном этапе развития живых систем эта возможность уже становится необходимостью, и можно думать, что необходимость ее появления подвергается давлению естественного отбора. И действительно, появление ощущений или восприятий делает рецепторно-анализаторные возможности живых систем несравненно эффективнее как при борьбе с информационным комбинаторным взрывом, так и по адекватности оценки полученной информации, чем возможности любых искусственных систем, так как здесь многомерность модальностей внешнего и внутреннего мира отражается в многомерности ощущений.

Наши ощущения или восприятия - это важнейшие звенья работы управляющих блоков, своеобразный язык, отражающий нейродинамику в рецепторно-анализаторной части нервной системы и мозга, и описывающий эту нейродинамику в некоторой интегральной форме в терминах, доступных и функционально значимых для самого хозяина. Действительно, то или иное ощущение или восприятие, будь оно болевое или зрительное, или какое-либо другое, - это, несомненно, сложная нейродинамика большого количества нейронов (от 103 до 106), в процессе работы которых над той или иной задачей очень трудно разобраться. Это утверждение справедливо для объективного внешнего наблюдателя, который исследует мозг электрофизиологическими или любыми другими методами. А для самого субъекта эта сложная нейронная динамика при решении определенной задачи выражается в достаточно целостной картине (или некоторой, возможно, мучительной боли, или какого-то, может быть, прекрасного, доставляющего удовольствие, зрительного образа). Это удивительное преобразование есть, пожалуй, одно из самых замечательных достижений природы, которое возникло в процессе естественной эволюции живых систем, в их управляющих блоках на основе самоорганизации и информационно-энергетического взаимодействия.

Раз возникнув, этот новый удивительный язык в процессе эволюции и совершенствовании оценочных параметров естественно мог распространяться и на другие отделы мозга. Этот удивительный язык, исходно возникший на основе оценочных характеристик в виде ощущений, в дальнейшем мог быть использован для адекватного отражения (в терминах функционально значимых для субъекта) нейродинамики других отделов мозга или блоков управления, где уже сформировались (в соответствующих терминах на основе ощущений) более сложные психические функции, связанные с эмоциональным настроением системы в целом, с выработкой различных желаний и соответствующих мотиваций, при сопоставлении с предыдущим опытом (память) и центральной программой системы с выработкой решений для дальнейшего поведения, т.е. для включения тех или иных эффективных программ.

Преобразование нейродинамики мозга в язык психических процессов, на котором, как мы показали ранее, только и возможно быстрое и целесообразное решение сложных ситуационных задач (например, преодоление явления информационного комбинаторного взрыва за счет появления ощущений), убедительно показывает, что живые системы на определенном достаточно высоком уровне развития уже становятся системами индетерминированными, с явно выраженным поведением с позиций свободы воли. А это означает, что психические процессы - не только своеобразный адекватный для хозяина язык нейродинамических процессов тех или иных отделов мозга, но и факторы, способные, исходя из желаний хозяина и его свободы воли, запускать нейродинамические процессы в тех или иных отделах мозга и оказывать воздействие на различные физиологические механизмы.

Заключение

В настоящей работе сделана попытка показать, чем принципиально отличается управление в мозге от управления в искусственной системе. Вскрыта основная причина этих различий, которая состоит в том, что возникновение и функционирование искусственных систем основано на информационно-сигнальном или формальном взаимодействии образующих их элементов и блоков, а у живых организмов на информационно-энергетическом или содержательном взаимодействии образующих их элементов и блоков. Сделана попытка показать, что эти особенности организации и функционирования приводят к тому, что у живых организмов на определенном этапе их эволюции возникают самооценочные функции состояния или ощущения, тогда как у искусственных систем такие свойства возникнуть не могут. В свою очередь ощущения, являющиеся простейшими субъективными или психическими компонентами нашего сознания, в то же время являются важнейшими базисными элементами при формировании образно-эмоционального познания мира человеком. Именно ощущения и восприятия позволяют формировать при непрерывном общении со средой в процессе онтогенеза адекватную целостную внутреннюю модель внешнего мира, удивительно богатую огромным разнообразием всевозможных модальностей и количественных соотношений. На наш взгляд, именно это и определяет огромные возможности человеческого мозга, например, достаточно быстрое решение чрезвычайно сложных для компьютера задач. Именно это создает необходимые возможности для исключительно эффективного образного мышления. Мышления, с помощью которого решаются задачи без вычисления или разложения окружающего мира на элементы, на отдельные звенья, что так свойственно символьно-логическому подходу, на основе целостной картины со всей совокупностью многочисленных и сложных качественно-количественных связей.

Возможно, именно на этой основе для зрелого мозга человека становится несложным решение таких, например, задач, как адекватное восприятие внешнего мира во всем его многообразии. При этом, конечно, автоматически решаются такие задачи, как константность восприятия внешнего мира, или различные задачи на узнавание (при этом без особых усилий решаются такие задачи, как различение кошки и собаки, что представляет большие трудности для компьютера), наконец, сложнейшие двигательные задачи и т.д.

Итак, образное мышление и близкое к нему так называемое интуитивное мышление невозможны без адекватной внутренней модели, отражающей сложность и многообразие внешнего мира. А построение подобной адекватной внутренней модели внешнего мира, в свою очередь, невозможно без ощущений. Отсюда следует, что у самого совершенного робота в его управляющих блоках невозможно построение характерной для живого мозга адекватной внутренней модели внешнего мира, так как у него отсутствуют ощущения. А, следовательно, у искусственных систем в принципе не может быть организовано образное или интуитивное мышление со всеми вытекающими отсюда следствиями.

Такой вывод, резко ограничивающий развитие науки об искусственном интеллекте в направлении субъективных сторон сознания, на мой взгляд, должен быть критически рассмотрен специалистами по искусственному интеллекту и глубоко осмыслен для четкого понимания рациональных и эффективных путей дальнейшего развития этой науки. Мне кажется, что когда различные специалисты по искусственному интеллекту говорят о моделировании интенциональных, эмоциональных и волевых категорий человеческого сознания, то молчаливо подразумевают не истинное моделирование этих категорий сознания, а как бы их внешнюю имитацию. Например, можно у достаточно совершенного робота так устроить программу его управления, что при нагрузке больше какой-то (показания сенсора, определяющего нагрузку, превышают определенное число) на одну из его ног, он будет говорить, что у него болит нога, и что необходимо сделать определенное действие, чтобы уменьшить нагрузку на эту ногу. У внешнего наблюдателя возникает впечатление, что робот способен ощущать боль, хотя конструктор и программист, организующие поведение этого робота, прекрасно знают, что никакого чувства боли робот испытывать не может. В таком же плане можно устроить и различные эмоциональные эмоции у робота, которые также только внешне будут имитировать эти состояния, хотя при этом они будут и определять его дальнейшее поведение. То-есть истинного субъективного переживания нет, истинная семантика, т.е. осознание, отсутствует.

С другой стороны, особенности формирования мозга на основе самоорганизации и информационно-энергетического взаимодействия помимо возникновения субъективных сторон сознания (ощущений, эмоций, желаний и т.д.), что резко обогащает управляющие возможности мозга, определяют, по-видимому, и принципиально новые объективные принципы управления, по сравнению с управлением в искусственных системах.

Дело в том, что управление в любых искусственных системах, как отмечалось в настоящей работе, носит чисто информационный или информационно-сигнальный характер, физические процессы здесь не участвуют в управлении, а играют лишь вспомогательную роль. В то же время при управлении в живых системах информационные процессы, по-видимому, органически сливаются с физическими процессами. И последние непосредственно могут играть важную роль в управлении. Есть основания предполагать, что управление на основе информационно-энергетического или информационно-физического (содержательного) взаимодействия может иметь серьезные преимущества по сравнению с управлением, основанном на информационно-сигнальном (формальном) взаимодействии, особенно при решении сложных многомерных задач. Можно думать, что это как раз те важнейшие рациональные вопросы, разработка которых даст толчок к дальнейшему эффективному развитию науки об искусственном интеллекте.

Литература

Новости искусственного интеллекта, № 1, 1998 г. Хроника. Научный семинар "Отражение образного мышления и интуиции специалиста в системах искусственного интеллекта", стр. 22-136.

Новости искусственного интеллекта, № 3, 1998. Дискуссионная трибуна. Научный семинар (продолжение) "Отражение образного мышления и интуиции специалиста в системах искусственного интеллекта", стр.64-100. Круглый стол "Парадигмы искусственного интеллекта", стр. 140-161.

Д.А.Поспелов, 1998. Метафора образ и символ - в познании мира. Новости искусственного интеллекта, № 1, 1998 г., стр. 94-14.

Новости искусственного интеллекта, № 1, 1998. Панельная дискуссия, стр. 115-136.

Кликс Ф., 1983. Пробуждающееся мышление: Пер с нем. М.: Прогресс, 1983.

Анохин П.К., 1980. Узловые вопросы теории функциональной системы. М.: Наука,1982.

Пиаже Ж., 1944. Избранные психологические труды. М.: МПА, 1994.

Б.А.Кобринский, 1998. К вопросу о формальном отражении образного мышления и интуиции специалиста слабо структурированной предметной области. Новости искусственного интеллекта. № 3, 1998, стр. 64-76.

И.Б.Фоминых, 1998. Интеграция логических и образных методов отражения информации в системах искусственного интеллекта. Новости искусственного интеллекта, № 3, 1998, стр. 76-85.

В.Б.Тарасов, 1998. Моделирование психических образов: как совместить дискретное и непрерывное? Новости искусственного интеллекта, № 3, 1998, стр. 86-100.

М.Г.Гаазе-Рапопорт, Д.А.Поспелов, 19987. От амебы до робота: модели поведения. Москва, "Наука", главн. редакц. -физ.-мат.литературы, 1987.

Пуанкаре А. Последние мысли. О науке.: М.: "Наука", 1983, стр. 505-506.

Сирл Д. Разум мозга - компьютерная программа? В мире науки, 1990 г., № 3, с.7.

Д.А.Поспелов, 1982. Фантазия или наука. Москва, "Наука", главн. редакц. -физ.-мат.литературы, стр. 182-183.

Л.М.Чайлахян. Истоки происхождения психики или сознания. Пущино, 1992.

Л.М.Чайлахян. Информационно-энергетическая концепция происхождения психики. 1996. Журнал ВНД, том 46, вып.3, 1996, стр. 617-633.

Л.М.Чайлахян. Механизмы целостного поведения простейших одноклеточных организмов. ДАН, т.340, № 3, 419-422, 1995.

Л.М.Чайлахян. Механизмы генетически обусловленного поведения многоклеточных животных. ДАН, т.346, № 1, с.132-135, 1996.

Леб Ж. Организм как целое с физико-химической точки зрения. М.-Л., Гос.изд-во, 1926, с.198-214.

Л.М.Чайлахян. Интегральное поведение животных на основе генетических и онтогенетических механизмов. ДАН, т.348, № 6, 1996, с.838-841.

Л.М.Чайлахян. Высший уровень интегрального поведения животных - целесообразное решение ситуационной задачи самим животным. ДАН, т.252, № 2, 1997.

Л.М.Чайлахян. Условные рефлексы и психика. Природа. 1999, № 8, с.180-184.

И.П.Павлов. Лекции о работе больших полушарий головного мозга. Полн. собр. соч., М., 1951, т.4.

И.П.Павлов. Двадцатилетний опыт объективного изучения высшей нервной деятельности. Полн. собр. соч., М., 1951, т.5.

Л.В.Крушинский. Биологические основы разумной деятельности. М.: Изд-во Московского Университета, 1977.

Крик Ф. Мысли о мозге. Мозг. Мир, "Наука", 1983, с.505-506.

Размещено на Allbest.ru