Высокие межполушарные отношения
Понимание механизмов обработки
информации в мозге и создание
искусственного интеллекта общего
назначения – главная проблема
перед учеными. Вадим Григорьев-Башун.
«Персонаж в извилинах», 2018.
Иллюстрация из альбома:
«RU.БАШ.КА/Второе пространство/», 2020
Как это ни парадоксально, но до сих пор не существует четкого определения понятия «интеллект», с которым были бы согласны все специалисты, работающие в этой и смежных областях. Естественно, это влечет за собой и некоторую неопределенность термина «искусственный интеллект».
Когнитивный конструктор
Впрочем, такая ситуация характерна и в случае некоторых других понятий. Например, для таких фундаментальных, как «жизнь» и «движение» – и это, однако, не мешает их использованию. Аналогичная ситуация сложилась и вокруг понятия «интеллект». Поэтому, приступая к конструированию систем искусственного интеллекта (ИИ), надо определиться, какое свойство является определяющим при решении людьми сложных и разнообразных задач и является признаком их интеллектуальности.
Способность машинных программ решать по отдельности сложные задачи по переводу с одного языка на другой, распознавание образов, доказательство теорем и проч., и проч. сама по себе не приближает нас к пониманию интеллекта как целого. Дело в том, что, когда человек становится способным решать сложные задачи, он уже располагает большим объемом сведений, которые позволяют по аналогии использовать их при решении самых разных задач. А эта способность приобретается благодаря встроенной в человека с рождения программе способности обучаться.
Понимание механизмов и принципов обработки информации в мозге и создание искусственного интеллекта общего назначения (ОИИ) – непреходящие устремления ученых и инженеров во всем мире. И хотя точное определение, что такое ОИИ, отсутствует, существует интуитивное понимание этого понятия, которое приближает его к представлениям о человеческом интеллекте.
Отличительные черты человеческого интеллекта – высокий уровень познания и контроля в различных взаимодействиях с внешним и внутренним миром, в том числе и с самим собой. Эти факторы не определены заранее и меняются с течением времени. Человеческий интеллект ассоциируется с решением сложных задач, последовательными рассуждениями, быстрой обработкой информации, социальным и эмоциональным мышлением, образными и пространственными навыками. Люди способны использовать один и тот же набор когнитивных ресурсов для решения широкого круга самых разнообразных задач.
Реализованный к настоящему моменту ИИ весьма далек от этого, хотя и очень эффективен в узко ограниченных и специализированных областях. А ОИИ, способный практически решать все задачи, которые может решить человек, пока по-прежнему остается трудно достижимой целью.
Ценность ОИИ, когда он будет создан, проявится не в том, чтобы воспроизводить шаблоны, на которых он был обучен, а в способности быстро учиться на новых данных и применять это знание в незнакомых ситуациях. И это, вероятно, приведет к коренным изменениям человеческого общества.
Адаптивное поведение
Создание человекоподобной интегративной искусственной когнитивной системы помимо прочего может стать отличным исследовательским эталоном для науки о мозге и когнитивных наук. Предполагается, что архитектура такой системы будет разрабатываться путем интеграции элементарных когнитивных модулей, отличительной особенностью которых является способность к непрерывному обучению.
Среди специалистов, занимающихся проблемами ОИИ, существуют разные точки зрения на возможности и перспективы его достижения. Некоторые полагают, что для того, чтобы исследования вышли за рамки узкоспециализированных реализаций, достижимых сегодня, необходимо в эти исследования и разработки включить те аспекты биологического поведения, которые традиционно не ассоциировались с интеллектом. В частности, кроме моделирования конкретных форм интеллекта (вербального, логического и др.), необходимо также воспроизвести такие особенности восприятия, как эмоции. Ведь именно аффективные процессы, в том числе эмоции и эмпатия, могут иметь решающее значение для ОИИ и организации адаптивного поведения.
Кроме того, моделирование аффективных чувств может помочь в понимании и способности выполнять умственные действия в целенаправленном воображении и творческом познании. А это необходимо для реализации архитектуры ОИИ.
По мнению известного специалиста в области ИИ Яна Лекуна, сегодняшние модели ИИ не умеют запоминать, думать, планировать и рассуждать так, как это делает человеческий мозг. По его мнению, этого можно достичь примерно за 10–12 лет, если принципиально поменять существующий подход к моделированию и начать использовать новый метод, называемый «моделью мира».
Справедливости ради надо отметить, что ИИ в том виде, в каком он существует сегодня, добился огромных успехов. У нас есть машины и программы, которые могут использовать язык, писать эссе, играть в стратегические игры, видеть и решать многие важные проблемы. Правда, только по одной задаче за раз. И то, как это реализуется, совсем не похоже на то, как это делают люди. Машинам и программам ИИ недостает таких принципиально человеческих качеств, как интуиция, здравый смысл, запоминание вещей.
Очень важным, по мнению того же Лекуна, является также понимание трехмерного мира и ориентация в нем. И опять становится ясным, что для реализации всего этого нужна другая архитектура нейронных сетей, позволяющая ориентироваться на цели и модель мира.
Многие существующие системы ИИ очень эффективны при решении конкретных задач, но теряют эффективность при смене областей использования, на которых они были обучены. То есть они обладают узким ИИ в отличие от людей, некоторых животных и птиц, которые обладают общим интеллектом или способностью использовать один и тот же набор когнитивных ресурсов для решения широкого круга различных задач.
Мы полагаем, что ОИИ, как понятие из информатики, в этом случае должен отражать ключевые черты интеллекта как психологического понятия, в частности, обучаемость и гибкость. Он должен обеспечивать способность использования методов обработки информации для гораздо более широкого набора задач, универсальность и приспособляемость и, значит, быть способным достигать своих целей в различных условиях и при столкновении с различными проблемами.
Расщепленная нейросеть
Не существует области человеческого восприятия, познания, эмоций или действий, на которые не влияла бы наша латерализованная нейронная организация, реализуемая в виде двуполушарности головного мозга. Асимметрия мозга является ключевым компонентом сенсорной, когнитивной и моторной систем человека и животных. Асимметрия полезна, так как увеличивает перцептивные и/или моторные способности за счет тренировки каждого из полушарий на протяжении всей жизни, уменьшает время реакции, а также обеспечивает параллельную обработку комплементарных когнитивных процессов в обоих полушариях. Возникновение асимметрии, вероятно, зависит от сочетания генетических, экологических и эпигенетических факторов, которые проявляются в разные моменты онтогенеза.
Для разных сенсорных модальностей асимметрия может проявляться по-разному. Например, в зрительных системах, как правило, визуальная категоризация в левом полушарии сосредоточена на локальных особенностях, в то время как эта же категоризация в правом полушарии зависит от конфигурации стимула. В слуховой модальности имеют место выраженные полушарные асимметрии для обработки спектральных и временных характеристик звука. Полушарная асимметрия имеет место также в отношении химических ощущений – вкуса и обоняния.
В совокупности асимметрия в полушариях является ключевой особенностью сенсорной обработки и была продемонстрирована во всем животном мире. И у человека психофизиологическая и нейрофизиологическая индивидуальность во многом определяется специализацией полушарий и межполушарными отношениями. Поэтому нам представляется, что учет этой специализации является одной из обязательных компонент при разработке ОИИ.
При относительно небольших морфологических различиях между правым и левым полушариями имеет место значительная разница в их функциях. В большом числе исследований было показано, что не только речь, но и сенсорное восприятие, эмоции, аналитические возможности и другие психологические феномены различны в правом и левом полушариях. Есть целый ряд твердо установленных фактов, связанных с функционированием правого и левого полушарий мозга, которые могут быть использованы для обоснования конструкций элементарных модулей и архитектуры квазинейронных сетей правого и левого полушарий.
Сенсорная асимметрия имеет место быть для всех сенсорных модальностей и проявляется в большей нейронной активации одного из полушарий. Например, у людей при составлении описания зрительных образов, инвариантных к преобразованиям сдвига, подобия и поворота, их распознавание осуществляется в основном нейронными структурами левого полушария, тогда как определение местоположения объектов в поле зрения, их величина и ориентация – нейронными структурами правого полушария.
По аналогии с техническими системами можно предположить, что в мозге животных и человека существует два метода обработки информации: дискриминантный, сводимый к выработке решающего правила, относящего предъявляемый объект к тому или иному классу. Этот метод предположительно закреплен за левым полушарием. И структурный, описывающий иерархическую структуру и закрепленный за правым полушарием.
Мы считаем, что мозг использует оба подхода, например, для опознания зрительных образов, и если это так, то конструкции элементарных модулей в правом и левом полушариях должны быть различны.
Нейроморфология диктует
Межполушарная асимметрия, которая с необходимостью должна быть использована при моделировании ОИИ, приведет к реализации новых возможностей по сравнению с узким ИИ. В частности, при этом моделировании оба полушария будут использовать разные признаки при опознании. В памяти правого полушария будут храниться характеристики конкретных изображений и вырабатываемый для их описания специфический язык. Левое полушарие сформирует для этого единое метрическое пространство, одинаковое в случае узнавания для разных лиц, а запоминать станет лишь границы между областями этого пространства, которые соответствуют разным классам зрительных образов.
В моделях ОИИ должны быть учтены разные типы инвариантности, связанные с двумя полушариями. В левом полушарии инвариантность по размеру и ориентации должна быть закреплена в архитектуре моделей нейронных сетей, а в правом такая инвариантность должна вырабатываться в процессе обучения таких сетей. Кроме того, в архитектуре левого полушария рецептивные поля должны быть больше, чем в правом, исходя из известных нейроморфологических данных.
В этом случае зрительный образ в левом полушарии будет представлен более коротким кодом и станет определять только, к какому классу принадлежит данный объект. Но если потребуются детали, будет работать правое полушарие. Зрительные образы левого полушария используются в мышлении при формировании понятий и обозначающих их слов. Зрительные образы правого полушария сохраняют все частные особенности и информационно богаче, чем то, что есть в левом полушарии.
Реализация каких функций характерна для каждого из полушарий. И к чему следует стремиться при моделировании ОИИ?
Левое полушарие (у нормальных праворуких) служит для смыслового восприятия и воспроизведения речи, письма, тонкого двигательного контроля пальцев обеих рук, самосознания, арифметического счета, логического, аналитического, абстрактного мышления, музыкальной композиции, пространства цветов, положительных эмоций. Оно обрабатывает информацию последовательно, хорошо понимает время, глаголы, способно на ложные «высказывания», а его выключение приводит к депрессии.
Правое полушарие – для пространственно-зрительных функций, интуиции, музыки, интонационных особенностей речи, грубых движений всей руки, эмоционально-целостного восприятия, синтетического, ситуационного мышления, отрицательных эмоций. Оно обрабатывает информацию одномоментно (холистически), почти не понимает глаголов, абстрактных терминов, не способно на ложные высказывания, а его выключение приводит к эйфории.
Проведенные исследования показали поразительную функциональную независимость деятельности двух полушарий. Перцептивная, когнитивная и волевая деятельность сохраняются в каждом полушарии, но в каждом случае могут протекать отдельно за пределами сферы осознания другого полушария.
Предположительно, как показали исследования на расщепленном мозге, правое полушарие может быть специализировано на выводе причинно-следственной связи из физических взаимодействий, в то время как левое полушарие может быть вовлечено в более абстрактный вывод причинности. Правое полушарие также лучше распознает знакомые лица людей. Оно понимает слова и, следовательно, легко представляет их семантическое значение. Что может сдерживать вербальные шлюзы правого полушария, так это то, что ему не хватает способности координировать мышечную активацию для производства разборчивой речи.
Когда пациент с расщепленным мозгом использует левое полушарие для речи, правое полушарие будет воспринимать как интонационные движения в грудной клетке, шее и лице, так и слуховой результат.
Остается вопрос, на который предстоит дать ответ: какой объем интеграции информации между специализированными модулями мозга необходим для того, чтобы вызвать наше квалифицированное поведение и создать уникальный опыт восприятия окружающего мира, имеющийся у людей?
Когда возникнет проблема моделирования эмоционального интеллекта, необходимо будет учитывать, что положительные и отрицательные эмоции преимущественно связаны с функционированием разных полушарий.
Биологически инспирированный ИИ
Как было отмечено выше, специализация полушарий и межполушарные отношения во многом определяют психофизиологическую индивидуальность человека. Несмотря на незначительные морфологические различия между правым и левым полушариями, имеет место значительное различие в функциях. В клинических наблюдениях на людях, у которых по медицинским показаниям было проведено расщепление мозга, показано, что не только речь, но также сенсорное восприятие, эмоции, аналитические возможности и многое другое различны в правом и левом полушариях. По существу, имеет место существование двух разных систем.
Экспериментально доказано, что реализация сенсорных механизмов, инвариантных к преобразованиям сдвига, поворота и подобия, осуществляется в основном нейронными механизмами левого полушария. В то же время определение местоположения объектов в поле зрения, их величины и ориентации – это функция нейронных структур правого полушария.
Существует достаточно обоснованная точка зрения, что полушария мозга при функционировании различаются по своей временной организации.
Сегодня разработки систем искусственного интеллекта находятся на переломном этапе. Ведущее место занимают проекты, направленные на внедрение сложных форм человеческого интеллекта в машины. При этом часть специалистов полагают, что это будет достижимо, как только мы преодолеем краткосрочные инженерные проблемы. На самом деле, это поверхностный и достаточно далекий от реальности взгляд.
Другая часть (и немалая) специалистов считает, что мы в принципе не сможем воспроизвести такие особенности человеческого поведения, как эмоции или эмпатию.
Сейчас уже созданы первые самообучающиеся системы ИИ, а значит, сделаны шаги по направлению к синтезу ОИИ. Такой интеллект предположительно будет реализован в форме разумного интеллектуального агента, который сможет понимать и изучать любую сложную задачу, доступную человеку. Пока это недоступно существующим системам ИИ, а имитация понимания реализуется за счет использования все больших и сложных наборов данных и машинного обучения.
Поэтому необходим переход на биологически инспирированный ИИ, реализующий алгоритмы, позволяющие моделировать абстракции. Это, в свою очередь, позволит отказаться от огромных наборов обучающих данных и требований к вычислительным мощностям. Необходимо также, чтобы ОИИ без изменения архитектуры мог работать с мультисенсорными входными и промежуточными данными для создания отношений между несколькими типами данных, что должно позволить включить окружающий мир в систему интерпретации, похожую на человеческую.
Отдельный вопрос – моделирование времени, которое позволит ОИИ учитывать, как каждое действие, которое он предпринимает сейчас, повлияет на результаты, которые он получит в будущем. А это не что иное, как способность к воображению, позволяющая выбирать наиболее разумные варианты действий.
Ростов-на-Дону