Мозг напрокат. Как работает человеческое мышление и как создать душу для компьютера - страница 24

 Теперь усложним задачу. Попробуем дать описание автомата, которому присущи основные свойства и способности, свойственные настоящему человеческому мозгу.

 Вообще, в теории автоматов «мозг», который управляет действиями агента, представляется следующим образом.

Рисунок 14. Схематическое изображение мозга в теории автоматов.

 Это автомат S (Se, Si, Ss, Sa, F). Здесь Se — множество элементов автомата, состояния которых определяются внешней по отношению к агенту средой; Si — элементы, определяющиеся внутренней средой агента; Ss — внутренние элементы автомата; Sa — элементы, определяющие действия агента; F — функция, при помощи которой вычисляются состояния элементов автомата. В каждый момент времени автомат описывается вектором состояний всех его элементов Sk.

Рассмотрим «мозг», изображенный на рис.15.

Рисунок 15. Общая схема работы мозга.

 Здесь не изображены отдельные нейроны и их связи. Блоки соответствуют сложным нейронным сетям, стрелками обозначены их взаимодействия. Напомню, что мы рассматриваем не реальный мозг, а «мозг» автомата, построенный на формальных нейронах, способный проиллюстрировать механизмы работы, присущие настоящему мозгу. В предыдущей главе мы описали несколько типов формальных нейронов, и сейчас также будем иметь в виду, что нейронные сети нашего автомата состоят из различных по своим свойствам нейронов.

 У человека всегда присутствует тяга к простому, универсальному объяснению, тяга к созданию универсальной модели. Конечно, применительно к моделированию мозга так же естественно первое желание — обойтись универсальным, простым по своей реализации формальным нейроном. Однако реализация такого подхода быстро приводит к пониманию, что простота нейрона приводит к громоздкости и «некрасивости» итоговых решений. Использование различных по своим функциям нейронов при моделировании мозга вполне естественно. Кстати, это уже оправдано и эволюцией. Так, человеческий мозг содержит несколько десятков различных типов нейронов.

 Многообразие нейронов имеет много аналогий в развитии инженерной мысли. Например, появление транзистора как нового типа электронных устройств не привело к созданию некоего универсального полупроводникового элемента, а наоборот, были созданы сотни специализированных транзисторов, различающихся не только по параметрам, но и по принципам работы.

 Итак.

 1. Вход (внешний). Внешняя среда формирует состояние нейронов входа, у человека за это отвечают органы чувств. Первичная сенсорная информация преобразуется специализированными нейронными сетями к виду, с которым «легче» оперировать. Структура таких сетей генетически предопределена и есть результат естественного отбора.

 Что такое «вид информации, которым легче оперировать», хорошо проследить на примере слуха.

Рисунок 16. Анатомия уха человека.

 Все мы знаем, что звук — это колебания воздуха. Колебания проще всего воспринять в виде значений уровня производимого ими давления в конкретный момент времени. Однако далее оперировать с таким потоком данных крайне неудобно. Гораздо проще что-либо делать, если применить преобразование Фурье и представить информацию о звуке в виде знания о том, какая амплитуда соответствует той или иной частоте звучания. При таком представлении легче выделять «существенную» информацию и проще ее классифицировать.

 По такому же пути пошла и эволюция. Звуковые колебания, доходя до слуховой улитки, вызывают колебания находящейся там жидкости. Структура улитки такова, что при различных частотах начального сигнала максимальная амплитуда изменения давления жидкости в ней будет регистрироваться на определенном расстоянии от ее основания. Низкие звуки вызывают прогибание мембраны у верхушки улитки, а звуки высокой частоты — в области основного завитка улитки. Внутренняя поверхность улитки покрыта ресничковыми клетками-рецепторами, которые напрямую соединены со слуховым нервом и воспринимают информацию о давлении жидкости в определенной точке улитки.

 Человек имеет в своем распоряжении огромное количество нейронных сетей, которые выполняют предварительную обработку поступающей информации. Эти «природные фильтры» — результат длительной эволюции. Способностью тонко распознавать изображения, звуки, вкус, запахи мы обязаны тому, что информация проходит мощнейшую предварительную подготовку, и далее мозг оперирует «удобными данными».