Сравним мозг с компьютером. Любопытные выводы

Мышление. Мозг и компьютер

Отличительное свойство мышления заключено, наверное, в способности достигать определенной цели, то есть находить нужный вариант среди других, в принципе допустимых, но не приводящих к требуемому результату. Например, если у обезьяны в клетке есть куча различных предметов, но достать банан она может, лишь выбрав из кучи ящик, чтобы встать на него, и палку, чтобы сбить банан, то мы судим об интеллекте обезьяны по тому, как она справляется с выбором.

Допустимые варианты — это комбинации некоторых элементов: действий в практических вопросах, умозаключений в доказательствах, красок и звуков в искусстве. Может быть, чтобы получить искомое сочетание, надо просто перебирать варианты один за другим и отбрасывать все негодные?

Бесплодность такого подхода следует из простого факта, называемого в кибернетике комбинаторным взрывом. Дело в том, что если элементы могут свободно группироваться друг с другом, то общий набор сочетаний растет (с увеличением числа элементов в наборе) крайне быстро, экспоненциально. Так, при алфавите всего из десяти символов можно составить 10100 текстов длиной по сто букв!

Машине, просматривающей даже миллиард миллиардов таких стобуквенных слов в секунду (конечно, это фантастическая скорость), для полного обозрения их понадобится около 1074 лет. Для сравнения, время, прошедшее после космологического Большого взрыва — «всего лишь» 1010. Поэтому испытать все варианты не под силу ни «медлительному» человеческому уму, ни сколь угодно совершенному компьютеру.

И все же каким-то образом возникают уникальные тексты из многих сотен и тысяч знаков (в музыке Моцарта нельзя тронуть ни одну ноту). В поиске таких новых и незаменимых комбинаций состоит суть творчества. «Но ведь где-то есть он в конце концов, тот — единственный, необъяснимый, тот — гениальный порядок звучащих нот, гениальный порядок обычных слов!» (Р. Рождественский).

Значит, должны существовать способы отыскания «иголки» нужного без полного перебора «стога сена» возможного. Концепция Л.И.Верховского позволяет определить подходы для формализации такого процесса.

1. Пирамида языков

Ясно, что построение искомой комбинации было бы невозможно, если б оно сразу начиналось на уровне тех элементов, на котором оно окончательно должно быть выражено — назовем этот уровень языком реализации. Ведь для сочинения романа недостаточно знания букв, а для того, чтобы добраться до нужного адреса, — правил уличного движения.

Поэтому мы всегда используем не один язык, а целый их набор. С помощью этого набора пытаемся решить проблему в общем, то есть свести ее к ряду подпроблем, те — к еще более мелким, и так до тех пор, пока каждая из них не будет настолько проста, что сможет быть выражена на языке реализации. Фактически мы одну сложную задачу последовательно разбиваем на все большее число все более легких. Как если бы при прокладке маршрута пользовались бы комплектом карт разного масштаба.

В самом деле, определяя путь, мы начинаем с самой грубой карты, охватывающей весь маршрут. От нее переходим к небольшому набору более подробных, от каждой из них — к нескольким еще более детальным. И всякий раз мы без труда находим нужное, так как каждая более общая карта уже по смыслу резко ограничивает дальнейший перебор. Таким образом, в иерархии языков заключено противоядие против комбинаторного взрыва.

Понятно, что успех всей многоступенчатой процедуры будет зависеть от того, насколько полон имеющийся набор «карт», нет ли там пропусков целых ярусов или отдельных экземпляров. Но такая завершенность возможна только в хорошо изученной области. Наиболее характерна именно нехватка знаний, требующая усилий для расширения и реорганизации языковых средств.

Чтобы разобраться в развитии таких средств, удобно обратиться к языкам программирования.

2. Программистские аналогии

В схеме обычной современной ЭВМ воплощен язык машинных команд, состоящий из простейших арифметических и логических операций. Примитивность этого языка — плата за универсальность: предполагается, что машина будет использована для разных целей, а из маленьких кирпичей как раз и можно строить дома самой витиеватой формы, чего не скажешь о крупных блоках.

Однако каждый конкретный пользователь решает только свой узкий круг задач, и универсальность ему не нужна. Напротив, он хотел бы ворочать большими блоками, что позволило бы ему уменьшить перебор. Иными словами, он желал бы иметь язык, ориентированный именно на его проблемы. Как же его получить?

При составлении нескольких самых простых программ некоторые сочетания команд все время повторяются, они как бы слипаются между собой. Такой комбинации можно присвоить имя, ввести ее в память, и оператор языка более высокого уровня готов. (Это аналогично выработке условного рефлекса — повторяющиеся стимулы и реакции становятся единым целым.) Такой вариант действий можно назвать путем «снизу».

Но есть и другой путь — «сверху». Анализируют все множество решаемых задач и ищут набор как можно более крупных частей, из которых складывался бы любой нужный алгоритм. Проводя опять-таки параллель со строительством, можно сказать, что определяют комплект блоков, из которых удастся возвести все здания оговоренного типа.

Здесь человек использует свое преимущество перед машиной в разноплановости своих представлений о мире. Для компьютера этот крупноблочный язык совершенно непонятен, и ему надо перевести каждый блок в набор кирпичей — машинных команд. Для этого сочиняется программа-транслятор (опять же путем иерархического разбиения). В разных случаях будут свои наборы блоков; так возникают сотни алгоритмических языков — каждый из них по-своему членит мир.

В этих соотношениях проявляется общий принцип мышления — работать на верхних этажах языковой иерархии. Если в нашем распоряжении нет языка высокого уровня — то его надо создать. Главная цель при этом — избежать больших переборов вариантов.

Окончательный результат, например, обоснование какого-то утверждения, должен быть приведен к чему-то хорошо понятному: аксиомам в формальной теории, атомно-молекулярным представлениям в химии (это — язык реализации). Значит, задача состоит в том, чтобы спуститься до этого уровня, а затем идти в обратную сторону (снизу вверх), осуществляя логический вывод, строгую дедукцию.

Сравним мозг с компьютером. Любопытные выводы

Человеческий мозг очень похож на компьютер. Конечно, состав мозга уникален и незаменим, он полностью органический. Компьютер же состоит из деталей, произведенных на заводе. . Детали можно менять и совершенствовать. Они полностью искусственные. Но есть общие моменты между этими вычислительными организмами, и их немало.
И там, и там есть операционная система, центральный процессор. Память, состоящая из пресловутой операционной памяти и жесткого диска, на котором хранятся все важные данные.

Самая большая оперативная память компьютера сейчас составляет 128 Гб, а самые емкие жесткие диски вмещают сейчас до 14 Тб. Память же человеческого мозга оценивают в 2,5 Пб (а это 2500 терабайт). Много? Если считать в Гигах, то это миллион Гб, а в байтах это квадриллион

Много? Да, много, но компьютеры становятся мощнее каждые два года, так что через несколько десятилетий люди создадут компьютер с памятью равной человеческой. Интересен и тот факт, что мозг работает на 12 ваттах. Для того, чтобы работал компьютер такой же мощности, что и мозг человека, нужен гигаватт энергии,

А на какой частоте, на скольких мегагерцах работает мозг? , Мозг — гораздо более мощный, сделанный из более медленных процессоров. Тактовая частота нейрона около килогерца, что в миллион раз медленнее, чем гигагерц. Для сравнения скорость процессора смартфона составляет около 1 гигагерца. Потому компьютеры гораздо быстрее решают технические и вычислительные задачи, хотя не сравнятся по разнообразию функций человеческого мозга.
Представим теперь архив. Это хранилище информации нужной и не очень. Я думаю, в мозге, информация из архива не стирается, а хранится очень долго. Нужно только затратить усилия, чтобы вытащить ее. Некоторые вещи в архиве мозга кодируются и всплывают только при каком-то ключевом событии.

Замечали вы, как мы вспоминаем забытый сон, и не можем воспроизвести его детали, хотя говорим, что он крутится в голове. И вдруг нечто произошедшее наталкивает нас на яркое озарение. Вот. Вспомнил. Как же я раньше не мог. Такие мысли посещают после этого. Сон, как на ладони, предстает во всех подробностях и красках.

Сон, конечно это уникальное явление, которого с компьютером никогда не произойдет. Ведь во сне мозг работает и, сохраняя информацию из коры в глубокие отделы, еще и выдает нам короткий дайджест дня или ранних событий.
Антивирус. Его функцию в мозгу играет ГЭБ. Гематоэнцефалический барьер. Он отфильтровывает кровь, поступающую в головной мозг, и не допускает в него токсины, лекарства и вредные непредсказуемые вещества. Этакая печень мозга. Наша защита мозга от вируса. Но, конечно как и в компьютере, к сожалению, иногда заражение вирусом наступает. Как пример, энцефалитный клещ.

Иногда мозг, подобно компьютеру лагает, как выражается моя младшая дочь. Он сбоит. Дает сбои. Не это ли происходит у душевнобольных людей. Разговор с воображаемым собеседником, галлюцинации.

Согласно дофаминовой теории шизофрения это не что иное, как повышенный уровень выработки нейромедиаторов, называемых дофаминами. И как следствие душевное заболевание. Конечно сам механизм гораздо глубже, но здесь не будем углубляться в эту тему. И продолжим говорить в следующий раз

Мозг не равно компьютер. Почему наш мозг нельзя описать с помощью компьютерной метафоры?

Это всё зависит от того, какой компьютер мы имеем в виду.

Если имеются в виду те компьютеры, с которыми мы сейчас на Земле имеем дело, то есть цифровые, то это не так. Ежели имеют в виду теоретически возможный аналоговый компьютер, тогда, да, это так. То есть, если наш мозг и может быть описан с помощью компьютерной метафоры, то только в том случае, если мы согласны, что компьютер там не один, а, главное, они не одинаковые.

То есть один работает как левое полушарие, и он действует, как компьютеры современные, а другой — некий аналоговый компьютер, которых сейчас нет, и мы плохо представляем себе, как они могли бы выглядеть.

Если учесть тот факт, что компьютер был создан человеком, то даже подсознательно он может напоминать нас самих. Безусловно, мы уже “отстаём” от компьютеров по некоторым параметрам, например, человек не может вычислять со скоростью квадриллион ед/сек, да и объем оперативной памяти у нас меньше J. Однако, я, как человек, занимающийся психологическим консультированием, могу смело утверждать, что человеческий мозг намного сложнее любого существующего суперкомпьютера.

Так почему всё-таки сравнение всех наших психических умений с работой компьютера не уместно?

1. Огромная роль контекста.

Компьютер действует так, как запрограммирован, выбирая логический шаг по алгоритму. Человек же, прежде чем сделать этот шаг, оценивает обстановку с психологической стороны. Одно и то же слово, одно и то же понятие, одна и та же картинка, одна и та же сцена значат абсолютно разное в зависимости от того, кто говорит, кому говорит, что показывают, после чего это сказано, зачем это сказано, даже как образован этот человек!

Возьмем в качестве примера многими любимый в речи сарказм. Для одного человека это будет проявлением защитной реакции, для кого-то способом самовыражения, а для кого-то видом юмора.

2. Неожиданность и частотная непредсказуемость человеческого поведения,

когда он сопоставляет объекты или процедуры.

Человек, в отличие от компьютера, может прийти к одним и тем же целям/решениям многими путями. Разными. Мы можем использовать разные алгоритмы в разное время без видимых на то причин.

Сегодня решаем задачу одним образом, а завтра будем решать иначе. Что угодно всегда может быть сделано другим способом. Мы никому не обещали, что всегда будем вести себя обычным образом, то есть одинаково, как ваша стиралка, например. И это прекрасно.

Ни один даже самый скрупулёзно составленный план не будет гарантировать, что человек будет его точно выполнять. А вот компьютер – вполне себе.

3. Субъективное описание мира человека.

Описания мира, которыми обладает человек, размытые, неточные, приблизительные. И это не снижает эффективность поиска в памяти и не снижает эффективность построения алгоритма поведения.

Примером будет любой рецепт из поваренной книги: немножко поварить, по вкусу посолить, помешать и дать немножко остыть.

С компьютером так разговаривать нельзя. Компьютер должен получить точное количество гр, точное время варки и охлаждения и тд. Для человека же размытое описание столь же хорошо, и, возможно, даже гораздо более хорошо, чем методы, которыми мы пользуемся в разговоре с компьютером.

Жена отправляет мужа-программиста в магазин:
— Купи батон хлеба, если будут яйца — возьми десяток.
Муж возвращается из магазина с десятью батонами.
— Ты зачем столько хлеба купил?
— Так ведь яйца были.

4. «Недефолтность» аристотелевского типа мышления или даже искусственного мозга.

Под недефолтностью я понимаю отсутствие обещания того, что наше мышление подчиняется логике Аристотеля. Более того, кросс-культурная психология, изучение мышления детей, представителей разных видов и так далее, показывает нам, что у нас есть разные типы мышления. Они определяются культурой, решаемой задачей, нашими привычками, нашим физиологическим типом. У нас очень большие кросс-культурные отличия.

Компьютер же таких вещей не понимает. Ему заложили программу, и он работает по этой программе. Встречали когда-нибудь компьютер с зависимостью от алкоголя? А от никотина или от сладкого?)

5. Способностью фантазировать.

Компьютер не способен мечтать и фантазировать, а мы можем.

Воображение-один из самых сложноорганизованных процессов психики человека. Тут стоит упомянуть, что для нашего мозга нет разницы между реальным или воображаемым событиями, между тем, что происходит здесь и сейчас и вашим воспоминанием из прошлого.

Представьте, что вы сейчас откусили лимон. Чувствуете? В мозгу сейчас задействовались те же рецепторы, что и поедании реального лимона. Это открывает огромные возможности воздействия на психику, как конструктивные (лечения неврозов), так и разрушительные (пропаганда, формирование общественного мнения, реклама, манипуляции). Но это совсем другая история J

Человеческий мозг способен, в отличии от компьютера, к восстановлению своих функций. Известно немало случав из медицинской практики, когда после операций по удалению части мозга, мозг восстанавливает многие функции при должной реабилитации. Мозг, условно говоря, перенастраивает свою работу, восстанавливая мириады нейронных связей в оставшейся части, что абсолютно невозможно при повреждении части программы или железа компьютера.

Кроме того, в мозге существуют несколько зон, где из стволовых клеток рождается около 1000 нейронов в день. Причем этот процесс не ограничивается возрастом. Согласно последним исследованиям, это происходит и в 80 лет. (Процесс превращения только что рожденного нейрона в рабочий и разветвленный продолжается 30 дней. Когда происходит нейронное развитие сети, отростки или “шипики“ выходят из соединительных контактов и ищут область электрических сигналов. Их направление способно постоянно меняться. Это именно то, что отличает наш мозг от статического компьютера. Сеть постоянно меняется за счет таких динамических процессов. На эту тему рекомендую посмотреть лекцию Анохина «Физика и Мозг» http://www.youtube.com/watch?v=jVjLpwfUeoUhttp://www.youtube.com/watch?v=jVjLpwfUeoU).

7. Способность творить искусство.

Под искусством я понимаю не просто механическое воспроизведение звука или картинки (это-то компьютер отлично умеет), а способность передавать через творчество свои переживания, чувства и эмоции. Музыка и живопись воспринимается компьютером исключительно как материальный, физический объект, однако человеческий мозг способен воспринимать продукт творчества как нечто большее, считывая информацию на эмоциональном уровне, отзываясь в свою очередь рефлексией.

У компьютера нет личности, он не способен к самоосознаванию, не может рефлексировать.

Всегда ли так будет?

Помню, какой для меня, как для профессиональной шахматистки, было трагедией, когда компьютерная шахматная программа Deep Blue обыграла Каспарова. Да ещё как изящно! Потом компьютер чемпиона по игре в го, владельца девятого дана.

Не смотря на все превосходство, который человеческий мозг сейчас имеет перед компьютером, мы, люди, свои позиции сдаем одну за другой.

Поэтому будущее на этом не закончено.

Появятся компьютеры, которые смогут делать то, что делаем мы. И это представляет, я бы сказала, для нас цивилизационную опасность.

Человеческий мозг и компьютер

Прежде чем сравнивать мышление человека с искусственным ин­теллектом, необходимо сначала остановиться на некоторых общих чертах организации мозга и компьютера.

1. Обработка информации. Легко можно провести параллель между обработкой информации компьютером и человеческим мозгом. Дея­тельность компьютера, как и мозга, включает четыре этапа -кодиро­вание, хранение, обработку информации и выдачу результата.

Первый этап в случае компьютера -это ввод информации с клавиату­ры или с дискеты, на которой записана программа. Новейшие техни­ческие разработки позволяют осуществлять голосовой ввод или ввод с помощью светочувствительных элементов.

Второй этап, столь же важный для компьютера, как и для мозга, — это память. От ее емкости, которая может варьировать от нескольких тысяч до нескольких миллионов единиц 1 , зависит мощность компьютера. У компьютера имеются два вида памяти. В постоянной памяти запи­саны все программы, определяющие работу компьютера (язык, инструк­ции, конфигурации алфавитно-цифровых знаков и т.д.). Эту память можно сравнить с врожденным багажом животных того или иного вида -будь то звуки, которые они способны издавать, или механизмы функционирования интеллекта. Что касается оперативной памяти, то в ней, как

‘ Основная единица памяти в теории информации — это бит. Бит соответст­вует одному двоичному выбору, т. е. отражает тот факт, что некоторый элемент может находиться в одном из двух состояний — 1 или 0; например, определенный электронный контур в компьютере может быть открыт или закрыт, т. е. пропус­кать (1) или не пропускать (0) ток. Существует более крупная единица-байт, равная 8 бит. Емкость памяти карманных микрокалькуляторов составляет 1000 байт (1 килобайт, или Кбайт) или 2000 байт (2 Кбайт). Память очень мощных машин может достигать тысяч килобайт. Персональные компьютеры обычно обладают памятью в 128 или 256 Кбайт.

совокупное и у человека, могут записываться или стираться данные. Именно данные для выполнения программы. симости о’, важнейший блок-это процессор. Он представляет собой в компью-сть контуров и служит «корой головного мозга» компьютера.

Наконец осуществляет операции, указанные в программе, выдачу инструкций и данных, хранящихся в памяти или вводимых на экран, пpоцессep.

голоса вьпп, в компьютере имеются механизмы вывода, ответственные может бьпрезультатов операций. Эти результаты могут выдаваться на щими припечатываться на принтере или же с помощью синтезатора.

и машины о этого видно, что аналогия между основными структурами два примермпьютера совершенно очевидна, хотя и несколько карика-

2. Кибе’жно провести аналогии и на уровне деятельности мозга пьютер, ка. Чтобы проиллюстрировать эти аналогии, мы рассмотрим связи. Cai^a-из области кибернетики и решения проблем. жизни.Имрнетика. Речь здесь пойдет о саморегуляции, которую ком-окруж-.ющк и мозг, осуществляет с помощью отрицательной обратной изменяем 1Юрегуляция — это неотъемлемая часть нашей повседневной закона зф^енно благодаря той информации, которую мы получаем от

Возьметей среды, мы либо продолжаем, либо прекращаем, либо с помощы^аши действия. Собственно говоря, именно в этом сущность деляющий,>екта и принципа подкрепления. осуществлю простейший пример. Представим себе, что человек бреется тельность f3 электрической бритвы. В этом случае ввод данных, опре-тера. следует ли продолжать или прекращать эту операцию, будет

В языкепъся путем ощупывания кожи рукой. Таким образом, дея-товых ком^озга и руки можно сравнить с функционированием компью-струкции н

такую инс’ Бейсик-самом простом языке, который используется в бы-причем тр1’пьютерах, — саморегуляция осуществляется с помощью ин-

1) пров»а английском языке „IF. THEN. » (если. то. ). Используя

2) пров(фукцию, мы можем написать программу из пяти строк’,

3) IF кс1 первые строки образуют цикл:

4) IF ксЭДение бритвой по коже;

5) прекрдение рукой по коже;

>жа не гладка, THEN 1;

.|жа гладка, THEN S ;

1 ^а ращение бритья.

чески прекрати, деде инструкция 4 излишняя, так как переход к очередной фоизойдет автоматически, если не будет выполнено условие, зало-тьей строке. В случае если кожа станет гладкой, бритье автомати-тится.

Адаптация и творчество 474

Сходные закономерности действуют и во многих других областях повседневной жизни. Подобные программы используются домохозяй­кой при мытье посуды, гитаристом при настройке гитары, лектором (или конферансье), следящим за вниманием аудитории, и т. п. Такие же программы действуют и при формулировании гипотез, позволяющих воспринять или распознать предмет либо животное. Нетрудно пред­ставить себе программы из инструкций „IF. THEN. «, с помощью которой мозг ребенка будет отличать кошку от собаки или даже от львенка.

Разумеется, существует множество других инструкций, позволяющих формировать циклы или даже вкладывать их один в другой. Однако подробный разбор таких инструкций не входит в наши задачи.

3. Решение проблем. Из главы 8 мы уже знаем, что для решения проблем необходимо объединение и обработка информации, содержа­щейся в памяти и поступающей из внешней среды. Для этого можно использовать разные процедуры, различающиеся по тому, в какой степени используется память и в какой -манипулирование самой ин­формацией (Norman, Lindsay, 1980).

Типы процедур. Возьмем простой пример: предположим, что нам необходимо умножить 12 на 12. Для этого можно использовать по меньшей мере три типа процедур.

Первая из них -это метод последовательных преобразований. При этом наш расчет может быть осуществлен с помощью 11 сложений:

12 + 12 = 24; 24 + 12 = 36; 36 + 12 = 48 и т. д.

Такая процедура требует очень малого участия памяти, но большого манипулирования информацией.

Второй тип процедур основан на использовании таблиц. При этом в памяти необходимо хранить как можно больше столбцов из таблицы умножения, и тогда ответ, взятый из столбца с множителем 12, авто­матически появится в голове или на экране. В отличие от первого способа здесь требуется очень небольшая обработка информации, но весьма обширная память.

Третья разновидность процедур -это своего рода компромисс между первыми двумя типами. Она основана на применении правил и требует среднего объема памяти и манипулирования информацией. В нашем примере для этого достаточно знать таблицу умножения для первых 10 чисел, а затем произвести несколько операций. Схема расчета будет такой:

(10-10) + (2-10) + (10-2) + (2-2) = 144.

Типы процедур, используемых для решения проблем, зависят от имеющегося опыта, от необходимого числа повторений одной и той же операции и от емкости памяти.

Для того чтобы узнать, какое вино подходит к тому или иному блюду, мы можем последовательно перепробовать различные вина, использовать таблицу, в которой к каждому блюду рекомендуется

какое-то вино, или же использовать общие правила соответствия вин различным типам мясных блюд. Инженер, проектирующий мост, и астроном, отыскивающий на небе звезду, будут таким же образом выбирать нужный тип процедуры.

Можно провести еще одну параллель между работой человеческого мозга и компьютера при решении проблем. Речь идет о применении тех стратегий, которые мы рассмотрели в главе 8.

Поскольку компьютер может работать только по программе, рас­сматривать здесь случайный перебор бессмысленно. В случае если речь идет об игре, в которой такая стратегия не используется, было бы неэкономно «заставлять» компьютер искать решение задачи с помощью этой стратегии.

Остальные две стратегии используются как человеком, так и компью­тером.

Рациональный перебор соответствует эвристическому методу, при котором процессор занимается поисками частичных решений, чтобы максимально повысить вероятность нахождения приемлемого решения, сведя к минимуму время и усилия на его поиск.

Систематический перебор соответствует алгоритмическому методу; в этом случае систематически просматриваются все возможные (при имеющемся наборе данных) решения с целью найти то из них, которое , наиболее эффективно. Однако компьютер, так же как и человек, не использует эту последнюю стратегию для решения сложных задач. Например, при игре в шахматы алгоритмический метод потребовал бы того, чтобы компьютер для полной уверенности в выигрыше каждый раз просматривал 10 120 возможностей. В подобных случаях выгоднее ис­пользовать эвристический метод, позволяющий с помощью ряда подпрограмм ограничивать поиски решений конкретными «узкими» зада­чами, такими как захват центра шахматной доски или атака на короля противника.