Напалков А.В., Прагина Л.Л. - Мозг человека и искуссвенный интеллект (960686), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

под-крепляющих раздражителей. Такие раздражители играют существенную роль при формировании новых систем условных рефлексов. Их формирование и использование определяется комплексом правил (алгоритмами).

В работах П. К- Анохина была выявлена специфическая роль сигналов другого типа — акцепторов результата действия. Эксперименты показали, что в процессе работы мозга у испытуемых формировались сигналы новых типов: так называемые «сторожевые сигналы», позволяющие избегать попадания в тупиковые ситуации; «опорные сигналы», играющие специфическую роль при выделении подсистем информационной деятельности; сигналы, обеспечивающие процесс управления при формировании новых систем условных рефлексов, и др. Были описаны алгоритмы, которые определяли формирование таких сигналов, и правила, регламентирующие процесс их использования.

Изменилась система представлений о системе отношений между врожденными (передаваемыми по наследству) и вновь вырабатываемыми в процессе жизни системами рефлексов. Было экспериментально доказано, что человек использует уже имеющиеся у него врожденные так называемые «эталонные системы рефлексов», не включающие конкретных раздражителей и отражающие только различные типы отношений между сигналами, например отношения взаимного исключения, взаимного дополнения или взаимозаменяемости элементов.

При осуществлении процесса формирования поведения человек анализирует внешнюю среду, оказывает на изучаемые объекты различные воздействия и, получая в результате информацию, по специальным тестам определяет применимость тех или иных имеющихся моделей эталонных структур (отражающих системы отношений). Затем он осуществляет специальные пробные действия, которые приводят к доказательству эффективности используемой целостной модели или комплекса моделей. Таким образом формируется новая структура вспомогательных систем условных рефлексов, которая в процессе работы мозга последовательно заполняется теми или иными сигналами.

102

Полученные выводы подтвердили созданную ранее концепцию Л. В. Крушинского о природе «унитарных» реакций как систем, объединяющий условные и безусловные рефлексы. Стало очевидным, что по наследству передаются структуры безусловных рефлексов типа «специфических матриц», которые отражают типы отношений и не включают конкретных сигналов. Эти матрицы определяют позиции, на которых затем формируются условные рефлексы.

Таким образом, был выявлен ряд новых компонентов, определяющих высшую' нервную деятельность: а) различные типы вспомогательных систем условных рефлексов, б) эталонные врожденные системы рефлексов, в) различные типы «определяющих» сигналов, которые несут специальные функции, и конструкций, состоящих из таких сигналов.

Перечисленные выше компоненты составляли основу целостных информационных организаций. Было показано, что определенные формы объединения вспомогательных систем рефлексов, определяющих сигналов, эталонных систем рефлексов приводили к формированию новых информационных задач, на основе которых осуществлялось формирование и функционирование вторичных алгоритмов. В целом возникала организация информационных механизмов, в которых алгоритмы играли только роль одного из компонентов.

Полученные результаты внесли существенные коррективы в созданные системы представлений. Раньше мы говорили о правилах работы мозга, об алгоритмах. Теперь выяснилось, что работа алгоритмов осуществляется на основе функционирования определенной структурной организации: вспомогательных систем условных рефлексов и определяющих сигналов со специальными функциями. Такая организация имела чисто информационный характер. Возникла необходимость рассмотрения особой категории «информационных структур».

Этот вывод сначала показался неожиданным. Исследователи привыкли говорить о структуре в области физиологии, физики, химии. В этом случае ученые имели дело с некоторой реальной субстанцией, например организацией нервных клеток. Информационные структуры имели существенные отличия.

103

Они также были основой возникновения реально ощутимых явлений, таких как способность к обучению, решению проблем и др. В то же время такие организации не проявились при исследовании непосредственно. Их функционирование всегда должно было быть реализовано на некотором физико-химическом субстрате. Создавалась видимость того, что изучение этих систем могло быть достигнуто на основе использования методических приемов, разработанных в области физики и химии.

Однако при таком подходе информационные структуры неожиданно для исследователей исчезали из поля зрения. Организация информационных структур не совпадала с организацией реализующего их деятельность субстрата. Информационные структуры сохраняли постоянство своей организации при переходе с одного субстрата на другой и таким образом оказывались инвариантными по отношению к своим носителям. Вместе с тем в проведенных исследованиях было показано, что по сложности своей организации информационные структуры не уступали физическим и химическим системам. Одно из наиболее ярких проявлений сложности — многоуровневость и целостность организации информационных систем.

При изучении физико-химических систем, как известно, были выделены следующие уровни: структуры атомов, молекул, сложных химических соединений, объединяющих большое количество атомов, целостных систем (пищеварения, дыхания и др.). Была выявлена достаточно сложная картина взаимоотношений между функционированием отдельных уровней. Это создавало существенные трудности в исследовании. Известно, например, какая сложная и длительная работа была проведена исследователями, прежде чем оказалось возможным расшифровать организацию структуры атома или молекул сложных химических соединений.

В наши дни стало очевидным, что подобная многоуровневая организация существует и в мире информационных систем. На каждом из уровней возникают новые в качественном отношении явления. Вместе с тем структуры каждого более низкого уровня служат компонентами при построении системы более

104

высокого уровня. Такой принцип организаций можно условно определить как атомно-молекулярный принцип. При изучении этих сложных систем путем проведения экспериментов, как правило, не удается проникнуть в тайны строения промежуточных уровней организации. Они остаются вне поля зрения исследователя. Описанные выше методики раскрытия алгоритмов в этом случае также не могли оказаться полностью результативными.

Вновь перед учеными возникла проблема, как же проникнуть в тайны работы мозга. Каким образом, идя от рассмотрения простых элементов и тех организаций, которые возникают при их объединении в системы, выяснить структуру целостных блоков и законов их взаимодействия? Другими словами, как перейти от анализа «атомов» к пониманию строения «молекул» информационной деятельности? Каким образом проследить весь путь, идущий от определения элементов к формированию блоков, к анализу их свойств, правил взаимодействия и в конечном счете к пониманию того, что же такое интеллектуальная деятельность человека? Видимо, для решения этой проблемы было недостаточно использования одних только экспериментальных методов. Что же тогда необходимо?

Чтобы ответить на эти вопросы, ученые обратились к истории науки. Видимо, химия впервые столкнулась с существованием сложных систем, построенных по атомно-молекулярному принципу. Прошел целый ряд столетий, прежде чем из алхимии сформировалась и выкристаллизовалась современная научная химия. Существенную роль в ее построении играет символический язык описания структуры молекул сложных веществ и формул, отражающих законы их преобразования. Для чего служит такая система? Для нас такая форма представления настолько естественна, что мы не задумываемся над ее смыслом. Однако такой вопрос приобретает значение в связи с проблемой изучения информационных систем. Поэтому мы попытаемся на него ответить. Без использования символического языка описания было бы трудно представить целостные системы процессов и имело бы место неорганизованное нагромождение экспериментальных фактов. Невозможно было бы

105

формулировать общие законы, понять, как из атомов возникает структура молекул, изучить свойства целостных химических систем, законы взаимодействия веществ. Только на основе использования такого языка можно понять целостные процессы, лежащие в основе синтеза белков, жиров. Формулы используются для того, чтобы построить целостные гипотезы и поставить эксперименты для их подтверждения. Результаты экспериментов интерпретируются и получают свое обоснование также на языке формул.

Символические описания — одна из основ развития химии и биохимии. Это очевидно. Если попытаться представить себе современную науку без средств символического описания, то все стройное здание современной химии и биохимии распадется.

Другая существенная предпосылка развития науки — использование метода анализа и синтеза. Чтобы понять организацию систем различного уровня, оказалось необходимым искусственно создавать их из элементов. В процессе синтеза удавалось выявить основные законы взаимодействия компонентов и отразить их в символическом виде (типа систем формул и уравнений).

Ученые, изучающие информационные процессы, пришли к выводу, что и при исследовании мозга необходимы такая же совершенная система символического представления организации информационных структур и такие же эффективные методики анализа и синтеза, как и в химии. Как же создать такую систему? Проблема символического описания правил работы мозга была достигнута на основе использования формальной записи алгоритмов. Однако эксперименты показали, что алгоритм — это только одна из составных частей работы информационных механизмов, другая составная часть — это вспомогательные системы условных рефлексов, определяющие сигналы, т. е. информационная структура, на которой возникают задачи, определяющие работу алгоритмов. Значит необходимо иметь средства, позволяющие, исключив из рассмотрения частные случаи организации систем рефлексов, создать такую абстрактную систему, которая позволила бы выявить и описать общие законы построения и взаимодействие систем этого типа, понять, как из них образуются более

106

сложные блоки, как их организация порождает новые задачи, а на их основе формируются алгоритмы.

Рассмотрим, каким образом можно решить эту проблему. Известно, что построение абстрактных систем стало основой развития математики. При этом имело место выделение элементов, например в случае построения геометрии — точки, линии. Далее из таких элементов строились более сложные конструкции, в которых обнаруживались новые в качественном отношении явления, закономерности. Каждый отдел этой области науки абстрагирует определенный тип отношений, объективно существующий в окружающей действительности.

В результате осуществления процесса интуитивного творчества выдающимися мыслителями на основании анализа действительности (сотен примеров решения частных задач) выделялся тот или иной тип отношений внешнего мира и формулировались исходные абстрактные понятия типа «число», «высказывание», «множество», «вероятность» и др. Эти понятия обычно формально не определялись. Они вводились на основе демонстрации ряда примеров. Однако они определяли выбор типа отношений и в дальнейшем становились основой построения формальной системы.

Математику как науку до сих пор не интересовал описанный выше процесс становления и первых этапов развития формальных систем, связанных с взаимодействием человека-исследователя с внешним миром. Ее развитие начиналось только после того как в результате интуитивного мышления ученых основные абстракции были сформулированы. Возник вопрос, можно ли при изучении мышления использовать такие же пути построения теории. На этот

вопрос был дан отрицательный ответ. Подобный путь рассмотрения явлений не мог создать предпосылки для изучения высшей нервной деятельности, для выбора элементов, определяющих построение абстрактной системы. Для работы мозга характерен процесс взаимодействия с внешним миром, процесс выявления новых систем отношений, а эти процессы не рассматривались в области математики.

Если бы исследователи попытались использовать элементы, положенные в основу формирования

107

какого-либо одного из отделов Математики, то они сузили бы область рассмотрения и потеряли бы возможность анализировать процесс интеллектуальной деятельности, приводящий, в частности, к развитию многих отделов формальной теории. Очевидно, что любые попытки построения абстрактной системы, полезной при изучении работы мозга, должны были быть связаны с рассмотрением процессов взаимодействия организма и внешней среды.

Мы уже говорили о том, что предпосылки' для решения этой проблемы созданы И. П. Павловым. Великий физиолог исключил из рассмотрения конкретные свойства объектов, используемых в зоопсихологических экспериментах (в экспериментах на обезьянах ящики, палки и др.). Он построил исследование на основе изучения соотношения сигналов, не имеющих смысловой нагрузки, например, соотношения между условным сигналом и подкреплением. Таким образом исключалось маскирующее влияние частных ситуаций и обеспечивалось выявление общих закономерностей информационной деятельности. Такая абстракция позволяла выявлять правила работы мозга. Однако она была недостаточна для решения поставленной проблемы изучения организации информационных механизмов.

При описании вспомогательных систем рефлексов, составляющих основу работы алгоритмов и построения механизмов работы мозга, решающее значение имели не только и не столько сами сигналы, сколько отношения между ними (отношения взаимного дополнения или взаимного исключения элементов). Вместе с тем для каждого из рассмотренных нами выше информационных механизмов, например механизма формирования новых подкрепляющих сигналов, механизма выделения частей, предотвращения выхода в тупиковые ситуации и других, была характерна своя собственная специфическая система организации отношений между сигналами. Каждая такая система имела свои особенности, которые не позволяли изучать общие свойства и законы функционирования систем. Каждый механизм приходилось выявлять и изучать самостоятельно. Для того чтобы обнаружить общие законы, нужно было, по-видимому, абстрагироваться не только от значения

108

сигналов, но и от рассмотрения тех или иных частных схем механизмов, составляющих их основу отношений, и построить систему более общего типа. Было важно «посмотреть» на всю организацию информационных систем как бы «сверху» и вывести изучаемые явления как следствия из общей теории.

Интересный путь решения этой проблемы был найден в 1973 г. Н. В. Целковой. Она предложила абстрагироваться не только от конкретного значения сигналов, но и от специфики тех связей между ними, которые определяли особенности построения различных информационных механизмов.

Мы уже говорили, что свойства выявляемых алгоритмов зависели от структурной схемы эксперимента, от специфики вспомогательных систем рефлексов. Новая идеализация приводила к исключению возможности изучения и описания отдельных алгоритмов и информационных механизмов работы мозга. В чем же ее смысл? Подобные вопросы невольно возникали у физиологов при первом знакомстве с предложенной системой. Данные о конкретной структуре систем рефлексов и информационных механизмов были получены в результате длительного экспериментального поиска. Мы говорили, например, о выявлении принципов организации и работы отдельных алгоритмов, о роли подкрепляющих и сторожевых сигналов и т. д. При создании абстракции нового типа все эти явления исключались из рассмотрения. Создавалось впечатление, все исследование теряет смысл. Ведь именно их конкретное содержание и составляло основу анализа работы мозга! Если исключить из рассмотрения эти явления, то что же останется?

Однако возникали и контраргументы: построение каждой абстрактной системы более высокого уровня, конечно, исключает возможность рассмотрения той или иной категории процессов, но абстракция одновременно обеспечивает выявление другой, более общей системы законов, которая ранее была скрыта в результате маскирующего влияния более частных закономерностей.

Какие же соображения были положены в основу построения абстракции нового типа? Решает ли она задачу выявления новых законов? Вернемся к рассмотрению изложенных ранее представлений о

109

вспомогательных системах условных рефлексов, создающих основу для работы алгоритмов и целостных механизмов. Было обращено внимание на то, что они включают одни ни те же компоненты: рефлекс на комплексный раздражитель, условный тормоз, структуру типа цепочки. Все эти компоненты отражают процесс взаимодействия организма с внешним миром. В то же время они включают и основные системы отношений между сигналами: отношения взаимного дополнения, взаимного исключения и взаимозаменяемости компонентов.

Характеристики

Список файлов книги