Напалков А.В., Прагина Л.Л. - Мозг человека и искуссвенный интеллект

Напалков А. В., Прагина Л. Л. Мозг человека и искуссг-венный интеллект. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985, с. 120.

В книге в популярной форме излагаются основные достижения в раскрытии механизмов работы мозга, связанные с развитием физиологии высшей нервной деятельности и использованием кибернетики. Показано, что новые методы изучения мозга позволяют настолько глубоко проникнуть в тайны природы, что удается воспроизвести в виде моделей на вычислительных машинах отдельные формы интуитивной творческой деятельности человека и таким образом создать элементы «искусственного интеллекта».

Для широкого круга читателей, интересующихся проблемами изучения работы мозга, механизмов мышления и перспективами построения «искусственного интеллекта».

Печатается по постановлению

Редакционно-издательского совета

Московского университета

Рецензенты:

докт. техн. наук, проф. А. А. Гусаков;

докт. философ, наук. проф. В. С. Тюхтин;

докт. биол. наук, проф. Я. А. Тушмалова;

канд. физ.-мат. наук В. Н. Козлов;

канд. физ.-мат. наук М. Г. Мальковский

© Издательство Московского университета, 1985 г.

ВВЕДЕНИЕ

Интеллектуальная деятельность неразрывно связана с работой мозга человека. Возникает вопрос: можно ли вообще говорить о передаче вычислительным машинам хотя бы некоторых форм мыслительной деятельности, можно ли говорить об искусственном интеллекте, когда мы не знаем, что такое естественный интеллект? Скептики утверждают: чтобы построить искусственный интеллект, нужно прежде всего познать механизмы работы мозга человека. Между тем общеизвестно, что наука еще далека от решения задачи их раскрытия.

Можно поставить вопрос иначе: нельзя ли так организовать комплексный процесс исследования, чтобы ускорить продвижение вперед как на путях изучения высшей нервной деятельности человека, так и на путях построения все более и более совершенных кибернетических моделей его деятельности, и, что не менее важно, не может ли сама постановка задачи построения искусственного интеллекта облегчить процесс исследования механизмов работы мозга?

Такой подход к проблеме имеет основание. Достаточно воспроизвести в памяти некоторые этапы становления и развития других отраслей науки, например биохимии и биоорганической химии. В недалеком прошлом ученые считали, что синтез органических соединений присущ только живым организмам. Эти вещества нельзя получить искусственно. Когда Ф. Велер впервые синтезировал мочевину, то некоторые скептики тут же попытались исключить ее из числа органических соединений. В наши дни, когда ученые научились синтезировать сложнейшие белки, идти дальше по такому пути отрицания уже не представляется возможным. Метод синтеза занял прочное место в развитии биохимии и биоорганической химии. Он сделался средством проверки полноты

3

знаний, методом, стимулирующим развитие теории и экспериментальных исследований.

Рассматривая первые кибернетические модели интеллектуальной деятельности, исследователи-пессимисты говорят: «Это — не интеллект». Однако такие модели знаменуют начало пути эффективного познания и' моделирования работы мозга человека. Построение «искусственного интеллекта» можно определить как метод синтеза

Авторы настоящей книги не ставили перед собой задачи подробного описания устройства различных «разумных» кибернетических систем и сопоставления их с работой мозга (эти проблемы уже были отражены в других книгах). Они стремились рассказать об успехах, перспективах, проблемах и трудностях развития нового направления науки, которое в конечном счете ставит своей целью как познание механизмов различных сложных форм работы мозга, так и построение кибернетических моделей. Моделирование и кибернетическая теория в этом случае используются как одно из средств проникновения в тайны природы.

Авторы стремились сделать книгу доступной для широкого круга читателей. Вместе с тем она может оказаться полезной и для ученых, работающих в области кибернетики, физиологии, психологии и философии.

В настоящее время быстро возрастает число проблем, стоящих на грани различных областей науки. Существует даже мнение о том, что все действительно новые идеи рождаются на «стыке» наук. При развитии таких идей часто встречаются большие трудности, так как подготовка специалистов предусматривает обычно их узкую специализацию. В этих условиях научно-популярная литература обретает свое новое значение.

Создать тесное сотрудничество в работе кибернетиков, математиков, физиологов, психологов и философов не так просто. Авторы надеются, что настоящая книга сыграет положительную роль и в преодолении этих трудностей.

УСЛОВНЫЙ РЕФЛЕКС И АЛГОРИТМ

Раскрытие механизмов, лежащих в основе интеллектуальной деятельности человека, — одна из наиболее важных и сложных проблем на современном этапе развития физиологии. Хорошо известно, что в основе работы мозга лежит функционирование систем, объединяющих многие миллионы нервных клеток. Изучены биохимические процессы, которые определяют возникновение возбуждения нервных элементов, принципы функционирования, а также организацию синаптических бляшек, которые осуществляют передачу возбуждения с одной нервной клетки на другую. В то же время остается открытым вопрос о том, каким образом совокупная деятельность нервных элементов приводит к возникновению мышления человека и сложного поведения животных. Очевидно, нервные клетки образуют специфические организации, в которых возникают новые в качественном отношении явления и процессы, определяющие целесообразное поведение человека и животных. Однако пока неизвестно, как формируются такие объединения и каким образом возникающие в них процессы в конечном итоге приводят к тому, что обычно определяется как психическая деятельность человека: к процессу формирования понятий, принятия решений, обучению, памяти, прогнозированию.

Для многих исследователей в области высшей нервной деятельности оказались неожиданными достижения кибернетики по созданию так называемого «искусственного интеллекта». В условиях, когда перед учеными, изучающими высшую нервную деятельность, возникали все новые и новые трудности, кибернетикам удалось воспроизвести на вычислительных машинах достаточно сложные явления, которые относились к области интеллектуальной деятельности человека. Удалось, например, построить

5

системы, способные находить доказательство геометрических теорем. Как известно, эта форма интеллектуальной деятельности свойственна достаточно высокоодаренным и владеющим математическими методами специалистам. Были также созданы кибернетические устройства, которые решали задачи, выполняемые служащими банка, задачи по балансированию конвейерных линий и др. Каким же образом были достигнуты эти результаты, если ученым еще так мало известно о механизмах деятельности мозга?

Следует обратить внимание на то, что кибернетики, создающие модели «искусственного интеллекта», не использовали данных о работе нервных элементов, об организации ансамблей нейронов, о функциях нервных центров. Их интересовали проблемы, связанные с разработкой так называемых «эвристических» программ для вычислительных машин. Такие программы имели свои законы функционирования, свою организацию. Именно эта организация, а не устройство вычислительной машины определяла возможность создания элементов интеллектуальной деятельности. Отдельные операции — элементы работы эвристических программ — были очень просты: запись сигнала в памяти, сравнение сигналов и т. д. Способности к творческому (эвристическому) отысканию решений задач определялись спецификой целостной структуры, организацией информационных процессов. Результаты работы программ не зависели, от того, на каком именно физическом субстрате была реализована их деятельность.

Возник вопрос: не лежат ли какие-либо подобные принципы и в основе интеллектуальной деятельности человека и не обеспечивает ли развитие кибернетики каких-то более эффективных и прямых -путей к разгадке тайн работы мозга и расшифровке механизмов психической деятельности? Такая постановка вопроса привела к поискам новых подходов к исследованию механизмов работы мозга, связанных с использованием достижений кибернетики. Поиск шел по различным направлениям. Мы остановимся сначала на одном из них, связанном с развитием системы представлений об алгоритмическом анализе работы мозга.

6

УЧЕНИЕ И. П. ПАВЛОВА И КИБЕРНЕТИКА

Одной из теоретических основ развития нейрофизиологии в наши дни является учение И. П. Павлова о высшей нервной деятельности. Положения этого учения хорошо известны. Можно условно выделить два аспекта его развития. Один связан с раскрытием механизмов формирования сложного целесообразного поведения человека и животных. Другой — с изучением нейрофизиологических механизмов работы мозга, анализом организации систем нервных клеток.

И, П. Павлов считал, что в основе высшей нервной деятельности человека и животных лежит выработка и функционирование условных рефлексов. Их формирование определяется комплексом специальных правил. Так, если в эксперименте, перед тем как собака получит безусловное подкрепление (например, пищу), несколько раз включить индифферентный, безразличный для животных сигнал (например, белую лампочку), то вырабатывается новая временная связь и в ответ на условный раздражитель у животного начинается отделение слюны — реакция, которая ранее осуществлялась только при получении пищи. Правила приобретают более сложный вид, если объектом исследования является формирование двигательных условных рефлексов. В этом случае живые организмы, активно воздействующие на внешний мир, изменяют его. Таким образом:, правила работы мозга — это закономерности, определяющие взаимодействие внешней среды и организма.

Эта концепция, казалось бы, открывала пути для решения основных проблем, возникающих при изучении работы мозга. Правила формирования условных рефлексов обеспечивают, как писал И. П. Павлов, «уравновешивание внешней среды и организма», т. е формирование поведения, адекватного любым возникающим новым ситуациям. В то же время процесс замыкания новых связей между нервными клетками обеспечивает формирование нейрофизиологического субстрата выработки условных рефлексов.

Основная задача изучения работы мозга на современном этапе могла бы быть сведена только к анализу

7

физических или химических процессов, ответственных за установление новых временных связей. Необходимые предпосылки для решения этой задачи могли бы, очевидно, возникнуть на основе анализа биоэлектрических и биохимических процессов в отдельных нервных клетках. Таким образом, получила обоснование и развитие целостная концептуальная схема, программа изучения работы мозга.

У Вас, уважаемый читатель, может быть, все же невольно возникнет сомнение. Можно ли на этой основе подойти к расшифровке действительно сложных форм высшей нервной деятельности? Ведь работа мозга человека проявляется в форме творчества ученого, инженера, писателя и т. д. Известно, что уже на стадии восприятия информации фактически имеет место осуществление сложного процесса «наложения» на рассматриваемые объекты создаваемых в мозгу человека целостных образов. Проследите, например, за тем, как Вы ориентируетесь, входя в новое помещение. Вы не воспринимаете и не производите дальнейшего преобразования всех поступающих из внешнего мира сигналов. Это попросту невозможно. Вы сразу опознаете характер помещения: магазин, зал кино, школа, жилой дом, и затем, -помимо Вашего сознания, Ваш мозг «задает» объекту восприятия последовательность «вопросов». Если это магазин, то где продавец? Мозг воспринимает только те сигналы, которые связаны с ответами на эти вопросы. Имеет место последовательная смена воспринимаемых сигналов, и в результате Вы получите представление об объекте, которое полностью соответствует целям Вашей деятельности и интересам.

В основе этого явления, очевидно, должны лежать какие-то в достаточной степени совершенные и сложные механизмы. В том случае, если Вы воспринимаете речь собеседника или слушаете радио, Ваш мозг также не воспринимает всех сигналов, соответствующих словам и тем более буквам текста. Уже на первых стадиях независимо от Вашего сознания осуществляется смысловое прогнозирование последующего текста, и в дальнейшем имеет место только сопоставление отдельных компонентов прогноза с элементами поступающего извне информационного потока. В этом легко убедиться, попробовав понять и

запомнить быстро произносимые слова, не связанные между собой смысловым содержанием.

Не менее сложен процесс дальнейшей переработки информации. Советскими учеными В. Н. Пушкиным и О. К- Тихомировым было показано, что человек способен не только создавать новые методы решения возникающих перед ним проблем, но и по-новому ставить задачи, приводить их к такому виду, который допускает решение. Хорошо известна способность человека к эффективному прогнозированию результатов развития событии, к построению концепций, доказательству правдоподобия версий.

Интересно отметить, что мышление человека протекает на двух различных уровнях. Один из них — это принятие решений специалистами. Этот вид умственной деятельности во многих случаях поддается научному анализу. Существуют учебные пособия по проектированию, административной ' деятельности. Опытный специалист может достаточно успешно передать приобретенный им опыт ученикам. Профессиональные навыки имеют частный характер. Они формируются в процессе жизни и поэтому не могут составлять основы той информационной деятельности, которая реализуется в результате работы систем нервных клеток.