Страница:
Астрономы, предшественники Н. Коперника (1473—1543), ошибочно полагали, что Земля неподвижна и расположена в центре Вселенной. Ведь они чувствовали, что земля под ногами никуда не движется, поэтому им казалось, будто они находятся в центре Вселенной. Им казалось очевидным, что звезды являются частью гигантской вращающейся сферы с Землей в центре. Того, кто осмелился бы предположить, что Земля вращается вокруг своей оси и движется вокруг Солнца со скоростью приблизительно 30 километров в секунду (это почти в 100 раз быстрее скорости звука), не говоря уже о том, что звезды расположены за триллионы миль от нас, назвали бы сумасшедшим.
Но именно эти еретические рамки познания были правильными. То, что интуитивно казалось очевидным, на самом деле было ошибочным.
До Ч. Дарвина (1809—1882) казалось очевидным, что дифференциация живых видов жесткая и неизменная. Представление о том, что виды эволюционируют, противоречила не только религиозным учениям, но и здравому смыслу, ведь, принимая концепцию эволюции, нам следует согласиться с тем, что мы, люди, имеем общих родственников со всеми живыми существами на планете, включая червей и комнатные растения, цветущие на подоконнике.
Я привел все эти примеры, поскольку убежден в том, что созданию разумных машин мешает ряд интуитивных предположений, в действительности затрудняющих поиск. Когда вы задаете себе вопрос: «Что должна делать система, обладающая искусственным интеллектом?», то интуитивно ищете ответ на него в поведенческих терминах. Мы проявляем человеческий интеллект посредством устной речи, владения письменной речью и действий, не так ли? Да, но только в определенной степени. Интеллект – нечто, происходящее в нашей голове. Разумное поведение – это не обязательная составляющая. Данный факт нельзя назвать очевидным, но, с другой стороны, его не так трудно признать.
Весной 1986 года я дни и ночи напролет просиживал в своем кабинете, читая научные статьи и занимаясь разработкой моей теории интеллекта. Также я изучал существовавшие на то время теории искусственного интеллекта и нейронных сетей, пока наконец не погряз в деталях. Материалов по этой теме, которые следовало бы прочесть и изучить, было великое множество. Но у меня никак не складывалась цельная картина того, как функционирует головной мозг.
Причина заключалась в том, что сама наука о головном мозге погрязла в деталях. Мало что изменилось и сегодня. Ежегодно публикуются тысячи отчетов о проведенных исследованиях, но они лишь добавляют путаницы вместо того, чтобы внести ясность. До сих пор не существует единой теории, позволяющей досконально разобраться, в чем именно заключается работа головного мозга и как он осуществляет ее.
Я попробовал представить себе, каким может быть решение этой задачи. Должно ли оно быть крайне сложным, поскольку мозг – сложное устройство? Придется ли описывать работу мозга с помощью сотен страниц математических формул? Придется ли разработать сотни тысяч схем, прежде чем прийти к полезному выводу? Я так не думаю. Из истории нам известно, что лучшие научные открытия и решения просты и изящны. Хотя отдельные элементы знания могут выглядеть непостижимыми, а путь структурирования теории невероятно сложен, окончательная концепция обычно очень проста.
Без ключевого объяснения, которым можно было бы руководствоваться в поиске, ученые-нейробиологи не смогут связать отдельные факты и имеющиеся данные в цельную картину. Мозг – невероятно сложное, обширное образование. На первый взгляд, он напоминает кастрюлю, наполненную вареными спагетти. Можно его назвать и ночным кошмаром электрика, но при ближайшем рассмотрении мы обнаруживаем, что устройство мозга не столь беспорядочное, как клубок спутанных между собой проводов. Мозг имеет свою структуру, но она слишком сложна, чтобы рассчитывать понять ее на интуитивном уровне.
Мы терпим неудачу за неудачей не только потому, что нам не хватает данных или умения их сопоставить; больше всего на данном этапе мы нуждаемся в изменении перспективы. Сформулировав правильные рамки познания, мы убедимся, что непонятные ранее подробности легко складываются в цельную картину, подобно тому как разно-цветные кусочки стекляшек в калейдоскопе образуют поразительной красоты узор.
Ниже я привожу еще одну аналогию, благодаря которой вы осознаете смысл моих слов.
Представьте, что спустя тысячелетия человеческая раса вымрет. И однажды с другой планеты, на которой обитает высокоразвитая цивилизация, прибудут исследователи, которые захотят изучить, как жили люди. Наибольшее изумление у них вызвала бы наша сеть дорог. Для чего может быть нужна такая забавная система? Задавшись целью узнать ответ, инопланетяне начали бы скрупулезное изучение земного рельефа, подключив также изображения, получаемые со спутников. Будучи искусными археологами, инопланетные исследователи изучили бы каждый фрагмент асфальтового покрытия, каждый дорожный указатель, упавший и частично разрушившийся, каждую мелочь, оставшуюся от человеческой цивилизации. Они обратили бы внимание, что сети дорог отличаются друг от друга. Некоторые из них – извилистые, узкие и, похоже, расположены хаотично (вероятно, возникли сами по себе). Другие образуют строгую сетку, а на некоторых участках, становясь широкими и ровными, буквально разрезают пустыни.
Так инопланетные исследователи собрали бы множество сведений о дорогах, но все эти данные ровным счетом ничего для них не значили бы. Не теряя надежды, они продолжали бы собирать все новые и новые факты в надежде, что вот-вот найдут разгадку. Но все напрасно. Так продолжалось бы до тех пор, пока один из исследователей не воскликнул бы: «Эврика! Кажется, я понял. Эти существа не могли передвигаться с помощью телепортации, как мы с вами. Им приходилось передвигаться в буквальном смысле с места на место, возможно, на забавных подвижных платформах». Теперь, на фоне сделанного открытия, многое стало бы на свои места. Исследователи поняли бы, что узкие петляющие улочки сохранились с древнейших времен, когда средств передвижения было немного и они были медленными. Широкие дороги были предназначены для перемещения на большие расстояния с большими скоростями (наконец нашлось и объяснение, почему числа на знаках, расположенных на этих дорогах, были другими). Ученые начали бы различать жилые и промышленные зоны, очертили бы взаимодействие коммерческой и транспортной инфраструктур и т. д. С другой стороны, часть собранных исследователями данных оказались бы несущественными. Таким образом, при том же наборе сведений инопланетным ученым удалось бы увидеть общую картину.
Нет никаких сомнений в том, что подобного рода открытие позволит и нам разобраться в работе мозга и составить в цельную картину все имеющиеся о нем данные.
К сожалению, не все верят в то, что мы сможем познать работу мозга. Поразительное число людей, включая ряд нейробиологов, полагают, что мозг и интеллект непознаваемы по сути. А некоторые уверены, что даже если мы поймем глубинные процессы, то все равно не сумеем создать машины, которые работали бы по принципу мозга, поскольку интеллект невозможен без человеческого организма, нейронов и непостижимых законов физики.
Выслушивая приведенные аргументы, я представляю «интеллектуалов» прошлого, которые возражали против исследований (скажем, пытались запретить анатомам вскрывать трупы с целью изучения того, как устроен человеческий организм). «Даже не пытайтесь познать это, все равно не получится ничего хорошего, и если даже вы разберетесь в том, как оно работает, это не принесет вам никакой пользы» – подобные увещевания привели к развитию функционализма — философского направления, последней нашей остановки в этой короткой истории размышлений о мышлении.
Согласно положениям функционализма, наличие интеллекта или обладание разумом – исключительно свойство организации, не имеющее ничего общего с составными элементами. Разум присущ любой системе, составные части которой, будь то нейроны, кремниевые чипы или что-то еще, взаимодействуют друг с другом.
По правде говоря, подобный взгляд заслуживает того, чтобы его придерживался какой бы то ни было разработчик разумных машин. Только подумайте! Стала бы шахматная игра менее реальной оттого, что утерянную фигуру коня заменили бы солонкой? Очевидно, нет. Функционально солонка полностью соответствует настоящему «коню», поскольку ее можно переставлять по клеточкам доски согласно тем же правилам, что и «коня». Таким образом, шахматная партия остается шахматной партией, а не чем-то иным. Подумайте также, изменился бы смысл этого предложения, если бы я прошелся по нему курсором, удаляя, а затем восстанавливая каждый символ.
Приведу еще один пример. Известно ли вам, что каждые несколько лет ваше тело полностью обновляется, вплоть до последнего атома. Несмотря на это, вы остаетесь собой, а роль атомов не меняется, хотя меняются они сами. То же самое справедливо и в отношении головного мозга: если бы какой-то сумасшедший ученый вздумал заменить каждый из ваших нейронов функционально эквивалентной микросхемой, вы остались бы сами собой и даже не ощутили бы, что нечто в вас изменилось.
Согласно изложенному принципу, искусственная система, имеющая ту же архитектуру, что и биологическая (например, построенная по образу и подобию живого мозга), будет по-настоящему разумной. Защитники идеи искусственного интеллекта, коннекционисты и я сам являемся функционалистами, поскольку все мы уверены в том, что интеллект обеспечивает человеку нечто отнюдь не мистическое в головном мозге.
Все мы уверены в том, что научимся когда-то создавать разумные машины, возможно, не очень скоро.
Но существуют разные определения функционализма. Наряду с тем, что я только что представил вам как роковую ошибку, приведшую к провалу идеи искусственного интеллекта и парадигмы коннекционистов, – ошибка, основанная на последовательности «входящий-исходящий сигнал», – следует назвать еще несколько причин, по которым мы на сегодняшний день не способны создавать разумные машины. Пока сторонники идеи искусственного интеллекта придерживались подхода, определенно обреченного на провал, коннекционисты, на мой взгляд, преимущественно оставались в тени. Ученые, занятые в сфере искусственного интеллекта, спрашивают: «Почему мы, инженеры, должны ограничивать себя решениями, которые случайно возникли в ходе эволюции?!» В некотором роде они правы. Биологические системы, такие как головной мозг и гены, неизящны. Общеизвестная метафора – механизм Руба Гольдберга, названный в честь выдающегося американского карикатуриста (инженера по образованию), лауреата Пулитцеровской премии Рэувена (Руба) Люциуса Гольдберга. В машинах Гольдберга (разумеется, вымышленных) соединенные причудливым образом десятки блоков, рычагов, белок в колесе, электрических вентиляторов, противовесов, воздушных шариков и клеток с канарейками взаимодействуют сложным образом, чтобы, например, заточить карандаш или надеть шляпу на изобретательного хозяина.
Существуют, однако, энтузиасты, которые строят, так сказать, настоящие машины Гольдберга в металле, и последние потом выставляются на всевозможных конкурсах и выставках.
Среди инженеров-разработчиков программного обеспечения распространен термин клудж, которым обозначают программы, созданные случайным образом, содержащие массу неточностей, бесполезных, усложняющих аспектов, часто непонятных самим программистам, создавшим их. Ученые, работающие в сфере искусственного интеллекта, опасаются того, что мозг представляет собой такой клудж, которому уже несколько миллионов лет и который полон рудиментов. Если так, рассуждают они, то почему бы не отбросить всю ерунду и не начать сызнова?!
Многие философы и психологи, придерживающиеся когнитивной традиции, соглашаются с таким видением. Они принимают метафору, описывающую разум как программное обеспечение, «установленное» в головной мозг – органический эквивалент компьютерного «железа». В компьютерах «железо» и программное обеспечение существуют по-рознь. Одна и та же программа может быть установлена на любой универсальной машине Тьюринга. В ваших силах установить WordPerfect на ПК, или на Macintosh, или на Cray supercomputer (несмотря на то, что перечислены три принципиально разные конфигурации). И конфигурация не имеет для вас значения, если вы осваиваете WordPerfect. Согласно нашей аналогии, мозг не может научить нас тому, что такое интеллект.
Защитники идеи искусственного интеллекта любят приводить в качестве примера исторические факты, когда научные открытия радикально отличались от биологических аналогов.
Например, как нам удалось создать летательные аппараты? Не путем ли имитации летательных движений крыльев птиц? Отнюдь. Крылья самолетов неподвижны, а летит он потому, что у него есть двигатель. Рукотворная конструкция, совсем не похожая на природную, работает – причем гораздо лучше, чем последняя.
И созданные нами наземные средства передвижения, способные обогнать гепарда, имеют не четыре конечности, а колеса. Несмотря на то что в процессе эволюции не было создано ничего, хотя бы отдаленно напоминающего колесо, последнее, тем не менее, является революционным изобретением, позволяющим великолепно передвигаться по ровным поверхностям.
Философы порой обращаются к метафоре «когнитивного колеса», отражающей возможное решение проблемы создания искусственного интеллекта, вероятно, принципиально отличное от того, как функционирует мозг. Другими словами, программа, благодаря которой машина воспроизводит (или даже превосходит) человеческое исполнение какой-либо задачи в узком, но полезном аспекте, подобна мозгу.
Я убежден, что данная интерпретация, которую можно было бы назвать «Цель оправдывает средства», вводит теоретиков искусственного интеллекта в глубокое заблуждение.
Как показал эксперимент Сирла «Китайская комната», поведенческого соответствия недостаточно. Поскольку интеллект изначально присущ головному мозгу, нам следует заглянуть внутрь, чтобы понять, что представляет собой разум.
В наших исследованиях мозга, и особенно неокортекса, нам следует соблюдать осторожность в определении того, какие особенности являются всего лишь рудиментами прошлого, потому что даже в машинах Руба Гольдберга можно найти кое-что полезное. Но, как мы убедимся далее, здесь, возможно, присутствует изящество, превосходящее по мощности лучшие компьютеры, и оно ожидает того, что его обнаружат в нервной системе.
Коннекционисты интуитивно чувствовали, что мозг – не компьютер, и разгадки его секретов не надо искать в сообщении нейронов между собой. Это хорошее начало, но обычно дело дальше не шло. Хотя тысячи разработчиков бились над созданием трехслойных нейронных сетей и продолжают заниматься этим по сей день, нам далеко до разработки такой их модификации, которая в полной мере отражала бы работу мозга.
На протяжении пятидесяти лет мы старались поместить интеллект в компьютер. На сегодняшний день мы имеем текстовые процессоры Word, базы данных, видеоигры, мобильные телефоны. Но до создания по-настоящему разумных машин нам еще очень далеко. Чтобы достичь успеха, нам надо отталкиваться от устройства биологического «двигателя» интеллекта – неокортекса. Нам надо отделить разум от мозга. Это единственно возможный путь к успеху.
3. Мозг человека
Но именно эти еретические рамки познания были правильными. То, что интуитивно казалось очевидным, на самом деле было ошибочным.
До Ч. Дарвина (1809—1882) казалось очевидным, что дифференциация живых видов жесткая и неизменная. Представление о том, что виды эволюционируют, противоречила не только религиозным учениям, но и здравому смыслу, ведь, принимая концепцию эволюции, нам следует согласиться с тем, что мы, люди, имеем общих родственников со всеми живыми существами на планете, включая червей и комнатные растения, цветущие на подоконнике.
Я привел все эти примеры, поскольку убежден в том, что созданию разумных машин мешает ряд интуитивных предположений, в действительности затрудняющих поиск. Когда вы задаете себе вопрос: «Что должна делать система, обладающая искусственным интеллектом?», то интуитивно ищете ответ на него в поведенческих терминах. Мы проявляем человеческий интеллект посредством устной речи, владения письменной речью и действий, не так ли? Да, но только в определенной степени. Интеллект – нечто, происходящее в нашей голове. Разумное поведение – это не обязательная составляющая. Данный факт нельзя назвать очевидным, но, с другой стороны, его не так трудно признать.
Весной 1986 года я дни и ночи напролет просиживал в своем кабинете, читая научные статьи и занимаясь разработкой моей теории интеллекта. Также я изучал существовавшие на то время теории искусственного интеллекта и нейронных сетей, пока наконец не погряз в деталях. Материалов по этой теме, которые следовало бы прочесть и изучить, было великое множество. Но у меня никак не складывалась цельная картина того, как функционирует головной мозг.
Причина заключалась в том, что сама наука о головном мозге погрязла в деталях. Мало что изменилось и сегодня. Ежегодно публикуются тысячи отчетов о проведенных исследованиях, но они лишь добавляют путаницы вместо того, чтобы внести ясность. До сих пор не существует единой теории, позволяющей досконально разобраться, в чем именно заключается работа головного мозга и как он осуществляет ее.
Я попробовал представить себе, каким может быть решение этой задачи. Должно ли оно быть крайне сложным, поскольку мозг – сложное устройство? Придется ли описывать работу мозга с помощью сотен страниц математических формул? Придется ли разработать сотни тысяч схем, прежде чем прийти к полезному выводу? Я так не думаю. Из истории нам известно, что лучшие научные открытия и решения просты и изящны. Хотя отдельные элементы знания могут выглядеть непостижимыми, а путь структурирования теории невероятно сложен, окончательная концепция обычно очень проста.
Без ключевого объяснения, которым можно было бы руководствоваться в поиске, ученые-нейробиологи не смогут связать отдельные факты и имеющиеся данные в цельную картину. Мозг – невероятно сложное, обширное образование. На первый взгляд, он напоминает кастрюлю, наполненную вареными спагетти. Можно его назвать и ночным кошмаром электрика, но при ближайшем рассмотрении мы обнаруживаем, что устройство мозга не столь беспорядочное, как клубок спутанных между собой проводов. Мозг имеет свою структуру, но она слишком сложна, чтобы рассчитывать понять ее на интуитивном уровне.
Мы терпим неудачу за неудачей не только потому, что нам не хватает данных или умения их сопоставить; больше всего на данном этапе мы нуждаемся в изменении перспективы. Сформулировав правильные рамки познания, мы убедимся, что непонятные ранее подробности легко складываются в цельную картину, подобно тому как разно-цветные кусочки стекляшек в калейдоскопе образуют поразительной красоты узор.
Ниже я привожу еще одну аналогию, благодаря которой вы осознаете смысл моих слов.
Представьте, что спустя тысячелетия человеческая раса вымрет. И однажды с другой планеты, на которой обитает высокоразвитая цивилизация, прибудут исследователи, которые захотят изучить, как жили люди. Наибольшее изумление у них вызвала бы наша сеть дорог. Для чего может быть нужна такая забавная система? Задавшись целью узнать ответ, инопланетяне начали бы скрупулезное изучение земного рельефа, подключив также изображения, получаемые со спутников. Будучи искусными археологами, инопланетные исследователи изучили бы каждый фрагмент асфальтового покрытия, каждый дорожный указатель, упавший и частично разрушившийся, каждую мелочь, оставшуюся от человеческой цивилизации. Они обратили бы внимание, что сети дорог отличаются друг от друга. Некоторые из них – извилистые, узкие и, похоже, расположены хаотично (вероятно, возникли сами по себе). Другие образуют строгую сетку, а на некоторых участках, становясь широкими и ровными, буквально разрезают пустыни.
Так инопланетные исследователи собрали бы множество сведений о дорогах, но все эти данные ровным счетом ничего для них не значили бы. Не теряя надежды, они продолжали бы собирать все новые и новые факты в надежде, что вот-вот найдут разгадку. Но все напрасно. Так продолжалось бы до тех пор, пока один из исследователей не воскликнул бы: «Эврика! Кажется, я понял. Эти существа не могли передвигаться с помощью телепортации, как мы с вами. Им приходилось передвигаться в буквальном смысле с места на место, возможно, на забавных подвижных платформах». Теперь, на фоне сделанного открытия, многое стало бы на свои места. Исследователи поняли бы, что узкие петляющие улочки сохранились с древнейших времен, когда средств передвижения было немного и они были медленными. Широкие дороги были предназначены для перемещения на большие расстояния с большими скоростями (наконец нашлось и объяснение, почему числа на знаках, расположенных на этих дорогах, были другими). Ученые начали бы различать жилые и промышленные зоны, очертили бы взаимодействие коммерческой и транспортной инфраструктур и т. д. С другой стороны, часть собранных исследователями данных оказались бы несущественными. Таким образом, при том же наборе сведений инопланетным ученым удалось бы увидеть общую картину.
Нет никаких сомнений в том, что подобного рода открытие позволит и нам разобраться в работе мозга и составить в цельную картину все имеющиеся о нем данные.
К сожалению, не все верят в то, что мы сможем познать работу мозга. Поразительное число людей, включая ряд нейробиологов, полагают, что мозг и интеллект непознаваемы по сути. А некоторые уверены, что даже если мы поймем глубинные процессы, то все равно не сумеем создать машины, которые работали бы по принципу мозга, поскольку интеллект невозможен без человеческого организма, нейронов и непостижимых законов физики.
Выслушивая приведенные аргументы, я представляю «интеллектуалов» прошлого, которые возражали против исследований (скажем, пытались запретить анатомам вскрывать трупы с целью изучения того, как устроен человеческий организм). «Даже не пытайтесь познать это, все равно не получится ничего хорошего, и если даже вы разберетесь в том, как оно работает, это не принесет вам никакой пользы» – подобные увещевания привели к развитию функционализма — философского направления, последней нашей остановки в этой короткой истории размышлений о мышлении.
Согласно положениям функционализма, наличие интеллекта или обладание разумом – исключительно свойство организации, не имеющее ничего общего с составными элементами. Разум присущ любой системе, составные части которой, будь то нейроны, кремниевые чипы или что-то еще, взаимодействуют друг с другом.
По правде говоря, подобный взгляд заслуживает того, чтобы его придерживался какой бы то ни было разработчик разумных машин. Только подумайте! Стала бы шахматная игра менее реальной оттого, что утерянную фигуру коня заменили бы солонкой? Очевидно, нет. Функционально солонка полностью соответствует настоящему «коню», поскольку ее можно переставлять по клеточкам доски согласно тем же правилам, что и «коня». Таким образом, шахматная партия остается шахматной партией, а не чем-то иным. Подумайте также, изменился бы смысл этого предложения, если бы я прошелся по нему курсором, удаляя, а затем восстанавливая каждый символ.
Приведу еще один пример. Известно ли вам, что каждые несколько лет ваше тело полностью обновляется, вплоть до последнего атома. Несмотря на это, вы остаетесь собой, а роль атомов не меняется, хотя меняются они сами. То же самое справедливо и в отношении головного мозга: если бы какой-то сумасшедший ученый вздумал заменить каждый из ваших нейронов функционально эквивалентной микросхемой, вы остались бы сами собой и даже не ощутили бы, что нечто в вас изменилось.
Согласно изложенному принципу, искусственная система, имеющая ту же архитектуру, что и биологическая (например, построенная по образу и подобию живого мозга), будет по-настоящему разумной. Защитники идеи искусственного интеллекта, коннекционисты и я сам являемся функционалистами, поскольку все мы уверены в том, что интеллект обеспечивает человеку нечто отнюдь не мистическое в головном мозге.
Все мы уверены в том, что научимся когда-то создавать разумные машины, возможно, не очень скоро.
Но существуют разные определения функционализма. Наряду с тем, что я только что представил вам как роковую ошибку, приведшую к провалу идеи искусственного интеллекта и парадигмы коннекционистов, – ошибка, основанная на последовательности «входящий-исходящий сигнал», – следует назвать еще несколько причин, по которым мы на сегодняшний день не способны создавать разумные машины. Пока сторонники идеи искусственного интеллекта придерживались подхода, определенно обреченного на провал, коннекционисты, на мой взгляд, преимущественно оставались в тени. Ученые, занятые в сфере искусственного интеллекта, спрашивают: «Почему мы, инженеры, должны ограничивать себя решениями, которые случайно возникли в ходе эволюции?!» В некотором роде они правы. Биологические системы, такие как головной мозг и гены, неизящны. Общеизвестная метафора – механизм Руба Гольдберга, названный в честь выдающегося американского карикатуриста (инженера по образованию), лауреата Пулитцеровской премии Рэувена (Руба) Люциуса Гольдберга. В машинах Гольдберга (разумеется, вымышленных) соединенные причудливым образом десятки блоков, рычагов, белок в колесе, электрических вентиляторов, противовесов, воздушных шариков и клеток с канарейками взаимодействуют сложным образом, чтобы, например, заточить карандаш или надеть шляпу на изобретательного хозяина.
Существуют, однако, энтузиасты, которые строят, так сказать, настоящие машины Гольдберга в металле, и последние потом выставляются на всевозможных конкурсах и выставках.
Среди инженеров-разработчиков программного обеспечения распространен термин клудж, которым обозначают программы, созданные случайным образом, содержащие массу неточностей, бесполезных, усложняющих аспектов, часто непонятных самим программистам, создавшим их. Ученые, работающие в сфере искусственного интеллекта, опасаются того, что мозг представляет собой такой клудж, которому уже несколько миллионов лет и который полон рудиментов. Если так, рассуждают они, то почему бы не отбросить всю ерунду и не начать сызнова?!
Многие философы и психологи, придерживающиеся когнитивной традиции, соглашаются с таким видением. Они принимают метафору, описывающую разум как программное обеспечение, «установленное» в головной мозг – органический эквивалент компьютерного «железа». В компьютерах «железо» и программное обеспечение существуют по-рознь. Одна и та же программа может быть установлена на любой универсальной машине Тьюринга. В ваших силах установить WordPerfect на ПК, или на Macintosh, или на Cray supercomputer (несмотря на то, что перечислены три принципиально разные конфигурации). И конфигурация не имеет для вас значения, если вы осваиваете WordPerfect. Согласно нашей аналогии, мозг не может научить нас тому, что такое интеллект.
Защитники идеи искусственного интеллекта любят приводить в качестве примера исторические факты, когда научные открытия радикально отличались от биологических аналогов.
Например, как нам удалось создать летательные аппараты? Не путем ли имитации летательных движений крыльев птиц? Отнюдь. Крылья самолетов неподвижны, а летит он потому, что у него есть двигатель. Рукотворная конструкция, совсем не похожая на природную, работает – причем гораздо лучше, чем последняя.
И созданные нами наземные средства передвижения, способные обогнать гепарда, имеют не четыре конечности, а колеса. Несмотря на то что в процессе эволюции не было создано ничего, хотя бы отдаленно напоминающего колесо, последнее, тем не менее, является революционным изобретением, позволяющим великолепно передвигаться по ровным поверхностям.
Философы порой обращаются к метафоре «когнитивного колеса», отражающей возможное решение проблемы создания искусственного интеллекта, вероятно, принципиально отличное от того, как функционирует мозг. Другими словами, программа, благодаря которой машина воспроизводит (или даже превосходит) человеческое исполнение какой-либо задачи в узком, но полезном аспекте, подобна мозгу.
Я убежден, что данная интерпретация, которую можно было бы назвать «Цель оправдывает средства», вводит теоретиков искусственного интеллекта в глубокое заблуждение.
Как показал эксперимент Сирла «Китайская комната», поведенческого соответствия недостаточно. Поскольку интеллект изначально присущ головному мозгу, нам следует заглянуть внутрь, чтобы понять, что представляет собой разум.
В наших исследованиях мозга, и особенно неокортекса, нам следует соблюдать осторожность в определении того, какие особенности являются всего лишь рудиментами прошлого, потому что даже в машинах Руба Гольдберга можно найти кое-что полезное. Но, как мы убедимся далее, здесь, возможно, присутствует изящество, превосходящее по мощности лучшие компьютеры, и оно ожидает того, что его обнаружат в нервной системе.
Коннекционисты интуитивно чувствовали, что мозг – не компьютер, и разгадки его секретов не надо искать в сообщении нейронов между собой. Это хорошее начало, но обычно дело дальше не шло. Хотя тысячи разработчиков бились над созданием трехслойных нейронных сетей и продолжают заниматься этим по сей день, нам далеко до разработки такой их модификации, которая в полной мере отражала бы работу мозга.
На протяжении пятидесяти лет мы старались поместить интеллект в компьютер. На сегодняшний день мы имеем текстовые процессоры Word, базы данных, видеоигры, мобильные телефоны. Но до создания по-настоящему разумных машин нам еще очень далеко. Чтобы достичь успеха, нам надо отталкиваться от устройства биологического «двигателя» интеллекта – неокортекса. Нам надо отделить разум от мозга. Это единственно возможный путь к успеху.
3. Мозг человека
В чем состоит принципиальное различие между человеческим мозгом и программируемым искусственным интеллектом, а также нейронными сетями? Как мы увидим в последующих главах, архитектура мозга может многое рассказать о его функционировании и о принципиальных отличиях от компьютера.
Предлагаю начать наш анализ с рассмотрения самого органа. Представьте, что перед нами на столе лежит мозг, и мы его разрезаем пополам. Первое, что вы отметите, – внешняя оболочка мозга выглядит очень однородной. Она напоминает головку цветной капусты, испещренную многочисленными извилинами и бороздами. Это кора головного мозга, в которой преобладает неокортекс (около 90%) – новая кора, которая впервые появилась у млекопитающих. Тончайшая ткань нейронов обволакивает более старые филогенетические отделы головного мозга. Наше внимание будет приковано в первую очередь к неокортексу. Все функции, связанные с работой разума (восприятие, речь, воображение, способности к математике, искусству, музыке, прогнозированию и так далее) связаны с этим отделом головного мозга. Чтение данной этой книги – тоже отражение одного из процессов, происходящих в неокортексе.
Должен сознаться, что меня можно обвинить в шовинизме в отношении неокортекса. Отдавая себе отчет в том, что далеко не все разделяют мои взгляды, хочу обосновать свою позицию, пока мы еще не углубились в дебри. У каждой части человеческого мозга есть поклонники, посвящающие свое время ее изучению, поэтому гипотеза о том, что вся сущность разума может быть постигнута благодаря изучению только лишь неокортекса, будет встречена критикой со стороны инакомыслящих. Они возразят: «Вы не разберетесь в работе неокортекса, не включив в свой анализ некую зону X человеческого мозга, потому что они тесно взаимосвязаны, а зона X выполняет такие-то и такие-то функции». Не могу не согласиться. Безусловно, все отделы головного мозга важны для того, чтобы быть человеком. (Любопытно, что исключением из этого правила является часть мозга, которая включает наибольшее количество клеток, – мозжечок. Человек, у которого поврежден или от рождения отсутствует данный отдел мозга, все равно сможет вести практически полноценную жизнь. Большинство других зон мозга жизненно важны для человека.) Мой контраргумент – я же не собираюсь создавать людей! Моим намерением является понять разум и создать мыслящий компьютер. Существует огромная разница между тем, чтобы быть человеком и обладать интеллектом. У разумного компьютера нет пульса, мускулов, человекоподобного тела, сексуальных потребностей, он не чувствует голода и не испытывает эмоций. Человек – это намного больше, чем разумный компьютер. Мы являемся биологическими созданиями со всем необходимым, иногда нежелательным, багажом, собранным за многие годы эволюционного развития. Если вы захотите создать разумные механизмы, деятельность которых была бы неотличима от человеческой, способные без малейших трудностей пройти тест Тьюринга, тогда вам придется воссоздать и другие признаки, совокупность которых делает человека человеком. Если же ваша цель – создание мыслящей машины, не обязательно во всем подобной человеку, тогда имеет смысл сосредоточиться на изучении той части мозга, которая отвечает за разум.
Всем оскорбленным моей однобокой заинтересованностью неокортексом хочу сказать следующее: я с готовностью признаю важность других составляющих человеческого мозга (таких, как ствол, подкорковые узлы или миндалевидное тело), но настаиваю на том, что зоной действия интеллекта является именно неокортекс, а также две других значимых для моего исследования области мозга – таламус и гиппокамп (мы обсудим их немного позже). В долгосрочной перспективе нужно понять функциональную роль всех зон мозга. Однако начать следует с неокортекса, к чему мы и приступим.
Возьмите шесть визитных карточек (или игральных карт) и сложите их в стопку. (Лучше всего, если вы действительно выполните это задание, а не просто прочтете описание.) В руках у вас простейшая модель коры головного мозга. Толщина вашей стопки будет составлять около двух миллиметров и поможет вам составить представление о толщине слоев коры головного мозга. Как и стопка визиток или карт, кора головного мозга имеет толщину около двух миллиметров и состоит из шести слоев, каждый из которых имеет примерно такую же толщину, как одна визитная карточка или игральная карта.
Площадь коры головного мозга примерно составляет около 2200 см², что вдвое превышает площадь поверхности стандартной клавиатуры или соответствует размеру большой салфетки. У других млекопитающих кора головного мозга имеет гораздо меньшие размеры: у крысы она размером с почтовую марку, у обезьяны – как конверт. Независимо от размеров, общей чертой, характерной для коры головного мозга большинства млекопитающих, является шестислойное строение. У человека слои коры головного мозга ничуть не толще и не содержат каких-то особенных «разумных» клеток. Все дело в соотношении площадей неокортекса и тела. Это соотношение у человека гораздо выше, чем у других млекопитающих.
Кроме того, для размещения такого большого мозга в теле человека природа была вынуждена модифицировать его общее анатомическое строение. Чтобы зрелый плод мог появиться на свет через родовые пути, у женщины в процессе эволюции изменилось строение таза. (Палеоантропологи считают, что это произошло также по причине перехода предков человека к прямохождению – передвижению на двух конечностях.) Однако этого было недостаточно, поэтому эволюция свернула неокортекс в черепной коробке, подобно тому, как лист бумаги можно скомкать и поместить в бокал.
Кора головного мозга образована нервными клетками, или нейронами. На площади, равной крошечному квадрату со стороной один миллиметр (вдвое меньше, чем буква о в этом тексте), содержится примерно сто тысяч нейронов. Подсчитать точное количество нервных клеток в коре головного мозга практически невозможно, тем не менее некоторые анатомы утверждают, что их число составляет порядка 30 млрд., хотя никто не удивился бы, если фактическая цифра оказалась намного меньшей или большей.
Стало быть, в вашей голове живут 30 млрд. нейронов, хранящих ваши знания, навыки, накопленный жизненный опыт. После 25 лет размышлений о мозге данный факт кажется мне не менее поразительным, чем раньше. Тончайшая пленка, состоящая из нервных клеток, видит, чувствует, творит наше мировоззрение. Это просто невероятно! Наслаждение теплотой летнего дня и смелые мечты о будущем – все создается этими клетками. Много лет спустя после публикации статьи в журнале Scientific American Фрэнсис Крик написал книгу под названием Поразительная гипотеза. Поразительная гипотеза состояла в том, что разум создается нейронами. Ничего другого не существует: никакой магии, никакого специального соуса, только нейроны, исполняющие информационный танец. Надеюсь, вы прониклись тем, насколько важным было это открытие. Существует большой философский канал, соединяющий нервные клетки и опыт нашего сознания, однако разум и мозг – это одного поля ягоды. Называя свой тезис гипотезой, Крик просто проявил политическую корректность. То, что клетки мозга – эти тридцать миллиардов нейронов – творят разум, совсем не предположение, а научный факт. Чтобы разобраться в том, как кора головного мозга формирует сознание, мы рассмотрим ее структуру более подробно.
Давайте вернемся к нашему секционному столу и еще раз взглянем на мозг в разрезе. Осматривая кору головного мозга невооруженным глазом, мы отметим, что она довольно однородна. Лишь большая продольная борозда разделяет два полушария головного мозга, а глубокая центральная борозда – его лобную долю и теменную. Других различимых разграничительных линий не существует. Одинаков и цвет всех видимых невооруженным глазом отделов мозга.
Тем не менее людям давно известно, что такие границы все же существуют. Еще до того как нейрологи обнаружили наличие обратных связей в коре головного мозга, им было известно, что за разные психические функции отвечают определенные отделы головного мозга. Человек, у которого повреждено правое полушарие, может лишиться чувствительности левой половины своего тела или способности воспринимать внешнюю среду слева от себя. При поражении левой лобной доли, где расположен центр Брока, возникает афазия Брока, которая характеризуется невозможностью объединения отдельных речевых движений в единый речевой акт (при этом словарный запас и способность понимать слова остаются неизменными). Поражение веретенообразной борозды, пролегающей по нижней поверхности височной доли, может лишить человека способности распознавать лица – он не узнает свою мать, жену, детей и даже свое собственное лицо на фотографии. Наблюдая за такими трудно вообразимыми мозговыми расстройствами, нейрологи пришли к осознанию того, что кора головного мозга состоит из многих функциональных зон. Каждая зона полунезависима и специализируется на определенных аспектах восприятия или мышления. Возникает ассоциация с лоскутным одеялом, причем почти одинаковым у большинства людей. Функциональная организация головного мозга имеет форму отраслевой иерархии.
Понятие «иерархия» очень важное, поэтому я хочу обсудить его подробнее и дать ему четкое определение, на которое буду ссылаться в последующих главах книги. Любая иерархическая система характеризуется тем, что одни элементы расположены выше, а другие – ниже. В иерархии делового мира, например, менеджер среднего звена расположен выше клерка и ниже вице-президента компании. Иерархическое расположение и физическая позиция в пространстве не тождественны: даже если кабинет менеджера находится этажом ниже той комнаты, в которой работает клерк, последний все равно стоит ниже в иерархической структуре компании. Я подчеркиваю это различие, чтобы в дальнейшем у вас не возникало сомнений, что я имею в виду, когда говорю, что какая-либо функциональная зона является высшей или низшей. Физическое местонахождение в структуре мозга в данном случае роли не играет. Все функциональные зоны головного мозга обитают в одной и той же ткани коры. Одна зона будет «выше» или «ниже» другой в зависимости от того, как они связаны и взаимодействуют друг с другом. Так, низшие зоны поставляют информацию в высшие через определенные нейронные каналы связи. В свою очередь, высшие зоны используют совершенно другие нейронные каналы связи для передачи обратных сигналов[7]. Кроме этого, еще существуют вторичные связи между отдельными областями иерархии – по аналогии с коммуникацией коллег одного уровня, но работающих в разных филиалах одной и той же компании. Двое ученых – Дэниэль Феллеман и Дэвид ван Эссен разработали схему коры головного мозга обезьяны, на которой изображены десятки областей, связанных между собой в сложную иерархию. Можно предположить, что похожая иерархия существует и в коре головного мозга человека.
Предлагаю начать наш анализ с рассмотрения самого органа. Представьте, что перед нами на столе лежит мозг, и мы его разрезаем пополам. Первое, что вы отметите, – внешняя оболочка мозга выглядит очень однородной. Она напоминает головку цветной капусты, испещренную многочисленными извилинами и бороздами. Это кора головного мозга, в которой преобладает неокортекс (около 90%) – новая кора, которая впервые появилась у млекопитающих. Тончайшая ткань нейронов обволакивает более старые филогенетические отделы головного мозга. Наше внимание будет приковано в первую очередь к неокортексу. Все функции, связанные с работой разума (восприятие, речь, воображение, способности к математике, искусству, музыке, прогнозированию и так далее) связаны с этим отделом головного мозга. Чтение данной этой книги – тоже отражение одного из процессов, происходящих в неокортексе.
Должен сознаться, что меня можно обвинить в шовинизме в отношении неокортекса. Отдавая себе отчет в том, что далеко не все разделяют мои взгляды, хочу обосновать свою позицию, пока мы еще не углубились в дебри. У каждой части человеческого мозга есть поклонники, посвящающие свое время ее изучению, поэтому гипотеза о том, что вся сущность разума может быть постигнута благодаря изучению только лишь неокортекса, будет встречена критикой со стороны инакомыслящих. Они возразят: «Вы не разберетесь в работе неокортекса, не включив в свой анализ некую зону X человеческого мозга, потому что они тесно взаимосвязаны, а зона X выполняет такие-то и такие-то функции». Не могу не согласиться. Безусловно, все отделы головного мозга важны для того, чтобы быть человеком. (Любопытно, что исключением из этого правила является часть мозга, которая включает наибольшее количество клеток, – мозжечок. Человек, у которого поврежден или от рождения отсутствует данный отдел мозга, все равно сможет вести практически полноценную жизнь. Большинство других зон мозга жизненно важны для человека.) Мой контраргумент – я же не собираюсь создавать людей! Моим намерением является понять разум и создать мыслящий компьютер. Существует огромная разница между тем, чтобы быть человеком и обладать интеллектом. У разумного компьютера нет пульса, мускулов, человекоподобного тела, сексуальных потребностей, он не чувствует голода и не испытывает эмоций. Человек – это намного больше, чем разумный компьютер. Мы являемся биологическими созданиями со всем необходимым, иногда нежелательным, багажом, собранным за многие годы эволюционного развития. Если вы захотите создать разумные механизмы, деятельность которых была бы неотличима от человеческой, способные без малейших трудностей пройти тест Тьюринга, тогда вам придется воссоздать и другие признаки, совокупность которых делает человека человеком. Если же ваша цель – создание мыслящей машины, не обязательно во всем подобной человеку, тогда имеет смысл сосредоточиться на изучении той части мозга, которая отвечает за разум.
Всем оскорбленным моей однобокой заинтересованностью неокортексом хочу сказать следующее: я с готовностью признаю важность других составляющих человеческого мозга (таких, как ствол, подкорковые узлы или миндалевидное тело), но настаиваю на том, что зоной действия интеллекта является именно неокортекс, а также две других значимых для моего исследования области мозга – таламус и гиппокамп (мы обсудим их немного позже). В долгосрочной перспективе нужно понять функциональную роль всех зон мозга. Однако начать следует с неокортекса, к чему мы и приступим.
Возьмите шесть визитных карточек (или игральных карт) и сложите их в стопку. (Лучше всего, если вы действительно выполните это задание, а не просто прочтете описание.) В руках у вас простейшая модель коры головного мозга. Толщина вашей стопки будет составлять около двух миллиметров и поможет вам составить представление о толщине слоев коры головного мозга. Как и стопка визиток или карт, кора головного мозга имеет толщину около двух миллиметров и состоит из шести слоев, каждый из которых имеет примерно такую же толщину, как одна визитная карточка или игральная карта.
Площадь коры головного мозга примерно составляет около 2200 см², что вдвое превышает площадь поверхности стандартной клавиатуры или соответствует размеру большой салфетки. У других млекопитающих кора головного мозга имеет гораздо меньшие размеры: у крысы она размером с почтовую марку, у обезьяны – как конверт. Независимо от размеров, общей чертой, характерной для коры головного мозга большинства млекопитающих, является шестислойное строение. У человека слои коры головного мозга ничуть не толще и не содержат каких-то особенных «разумных» клеток. Все дело в соотношении площадей неокортекса и тела. Это соотношение у человека гораздо выше, чем у других млекопитающих.
Кроме того, для размещения такого большого мозга в теле человека природа была вынуждена модифицировать его общее анатомическое строение. Чтобы зрелый плод мог появиться на свет через родовые пути, у женщины в процессе эволюции изменилось строение таза. (Палеоантропологи считают, что это произошло также по причине перехода предков человека к прямохождению – передвижению на двух конечностях.) Однако этого было недостаточно, поэтому эволюция свернула неокортекс в черепной коробке, подобно тому, как лист бумаги можно скомкать и поместить в бокал.
Кора головного мозга образована нервными клетками, или нейронами. На площади, равной крошечному квадрату со стороной один миллиметр (вдвое меньше, чем буква о в этом тексте), содержится примерно сто тысяч нейронов. Подсчитать точное количество нервных клеток в коре головного мозга практически невозможно, тем не менее некоторые анатомы утверждают, что их число составляет порядка 30 млрд., хотя никто не удивился бы, если фактическая цифра оказалась намного меньшей или большей.
Стало быть, в вашей голове живут 30 млрд. нейронов, хранящих ваши знания, навыки, накопленный жизненный опыт. После 25 лет размышлений о мозге данный факт кажется мне не менее поразительным, чем раньше. Тончайшая пленка, состоящая из нервных клеток, видит, чувствует, творит наше мировоззрение. Это просто невероятно! Наслаждение теплотой летнего дня и смелые мечты о будущем – все создается этими клетками. Много лет спустя после публикации статьи в журнале Scientific American Фрэнсис Крик написал книгу под названием Поразительная гипотеза. Поразительная гипотеза состояла в том, что разум создается нейронами. Ничего другого не существует: никакой магии, никакого специального соуса, только нейроны, исполняющие информационный танец. Надеюсь, вы прониклись тем, насколько важным было это открытие. Существует большой философский канал, соединяющий нервные клетки и опыт нашего сознания, однако разум и мозг – это одного поля ягоды. Называя свой тезис гипотезой, Крик просто проявил политическую корректность. То, что клетки мозга – эти тридцать миллиардов нейронов – творят разум, совсем не предположение, а научный факт. Чтобы разобраться в том, как кора головного мозга формирует сознание, мы рассмотрим ее структуру более подробно.
Давайте вернемся к нашему секционному столу и еще раз взглянем на мозг в разрезе. Осматривая кору головного мозга невооруженным глазом, мы отметим, что она довольно однородна. Лишь большая продольная борозда разделяет два полушария головного мозга, а глубокая центральная борозда – его лобную долю и теменную. Других различимых разграничительных линий не существует. Одинаков и цвет всех видимых невооруженным глазом отделов мозга.
Тем не менее людям давно известно, что такие границы все же существуют. Еще до того как нейрологи обнаружили наличие обратных связей в коре головного мозга, им было известно, что за разные психические функции отвечают определенные отделы головного мозга. Человек, у которого повреждено правое полушарие, может лишиться чувствительности левой половины своего тела или способности воспринимать внешнюю среду слева от себя. При поражении левой лобной доли, где расположен центр Брока, возникает афазия Брока, которая характеризуется невозможностью объединения отдельных речевых движений в единый речевой акт (при этом словарный запас и способность понимать слова остаются неизменными). Поражение веретенообразной борозды, пролегающей по нижней поверхности височной доли, может лишить человека способности распознавать лица – он не узнает свою мать, жену, детей и даже свое собственное лицо на фотографии. Наблюдая за такими трудно вообразимыми мозговыми расстройствами, нейрологи пришли к осознанию того, что кора головного мозга состоит из многих функциональных зон. Каждая зона полунезависима и специализируется на определенных аспектах восприятия или мышления. Возникает ассоциация с лоскутным одеялом, причем почти одинаковым у большинства людей. Функциональная организация головного мозга имеет форму отраслевой иерархии.
Понятие «иерархия» очень важное, поэтому я хочу обсудить его подробнее и дать ему четкое определение, на которое буду ссылаться в последующих главах книги. Любая иерархическая система характеризуется тем, что одни элементы расположены выше, а другие – ниже. В иерархии делового мира, например, менеджер среднего звена расположен выше клерка и ниже вице-президента компании. Иерархическое расположение и физическая позиция в пространстве не тождественны: даже если кабинет менеджера находится этажом ниже той комнаты, в которой работает клерк, последний все равно стоит ниже в иерархической структуре компании. Я подчеркиваю это различие, чтобы в дальнейшем у вас не возникало сомнений, что я имею в виду, когда говорю, что какая-либо функциональная зона является высшей или низшей. Физическое местонахождение в структуре мозга в данном случае роли не играет. Все функциональные зоны головного мозга обитают в одной и той же ткани коры. Одна зона будет «выше» или «ниже» другой в зависимости от того, как они связаны и взаимодействуют друг с другом. Так, низшие зоны поставляют информацию в высшие через определенные нейронные каналы связи. В свою очередь, высшие зоны используют совершенно другие нейронные каналы связи для передачи обратных сигналов[7]. Кроме этого, еще существуют вторичные связи между отдельными областями иерархии – по аналогии с коммуникацией коллег одного уровня, но работающих в разных филиалах одной и той же компании. Двое ученых – Дэниэль Феллеман и Дэвид ван Эссен разработали схему коры головного мозга обезьяны, на которой изображены десятки областей, связанных между собой в сложную иерархию. Можно предположить, что похожая иерархия существует и в коре головного мозга человека.