Мозг как вычислительная машина

Теория автоматического регулирования оставила открытым ряд инженерно-психологических проблем, которые не нашли решения по причине отсутствия единой теоретической позиции. Решающую роль в создании такой позиции сыграла кибернетика – наука об управлении и связи в животных и машинах. В 1968 году в издательстве «Советское Радио» вышла в свет книга Норберта Винера «Кибернетика или управление и связь в животном и машине». Основной тезис этой книги – подобие процессов управления и переработки информации в машинах, живых организмах и обществах, будь то общества животных (муравейник) или человеческие. С идеями кибернетики связано использование методов точных наук в изучении психики и поведения человека, исследование целенаправленной деятельности людей в различных областях материальной и духовной жизни. В этой науке организм человека представлен как сложное кибернетическое устройство, которое воспринимает информацию из внешней и внутренней среды, перерабатывает ее и хранит необходимые сведения в системе памяти головного мозга. Типичными для кибернетических устройств являются быстродействующие электронные вычислительные машины. В отличие от большинства механических машин, которые заменяют мускульную работу человека, эти машины выполняют важные функции умственного труда. По словам Маркса, предвидевшего их появление, они являются «органами человеческого мозга, воплощенной силой науки».

В наше время постоянно приходится слышать об аналогии между человеческим мозгом и электронной цифровой вычислительной машиной. Реальное или воображаемое сходство между ними подчеркивают такие ходовые выражения, как «машинное мышление» и «электронный мозг». В обсуждениях аналогий между работой мозга и электронно-вычислительной машины речь идет, как правило, о функциональном изоморфизме, то есть определенном тождестве их функций. Специалисту по вычислительным машинам, в сущности, безразличны детали конструкции отдельных элементов машины; его, прежде всего, интересуют функциональные характеристики этих элементов как целостных единиц. Машине нужна память для сохранения информации, процессор для ее переработки, входные каналы для ее загрузки. Человеческий мозг также можно разделить на четко выраженные подсистемы, подобные счетному устройству, управляющему устройству, памяти и т.п. Еще в 1945 г. известный математик и теоретик кибернетики Джон фон Нейман наметил аналогию между памятью ЭВМ и памятью человеческого мозга. Он признавал их общецелевыми устройствами, несмотря на то, что в своей книге «Вычислительная машина и мозг» подсчитал, что объем памяти, необходимый мозгу, намного превышает возможности ЭВМ. Напрашиваются выводы, что вычислительные машины и мозг – это действительно механизмы одного типа – в том смысле, что они достигают сходных результатов с помощью сходных в своей основе средств.

В соответствии с кибернетическим описанием, нервная система представляет собой «машину с входом», в которой кодируется информация о процессах в организме и окружающей среде. Одна из важных особенностей нервной системы состоит в том, что она передает информацию с помощью электричества, и что используемый в ней род электрической передачи относится к типу «все или ничего». Дело обстоит так, как будто основным механизмом нервного проведения служит какой-то вид электрического двухпозиционного переключателя, применяемого в электронно-вычислительных машинах. Доктор Винер как-то заметил, что нервная система и вычислительная машина в основном подобны друг другу в том отношении, что они являются устройствами, принимающими решения на основе ранее принятых решений. Простейшие вычислительные устройства типа калькулятора принимают решения на основе выбора одной из двух альтернатив, как, например, включение или выключение переключателя. В нервной системе отдельная нервная клетка также делает выбор между передачей и не передачей импульса. Как в машине, так и в нервной системе имеется специальный аппарат для принятия будущих решений, зависящих от прошлых решений.

Информация в ЭВМ кодируется в цифровой форме. В ней использована двоичная система вычисления, которая состоит из нулей и единиц. При этом из таких простых элементов удается построить очень сложные комбинации. Цифровые вычислительные машины, способные производить математические операции, способны также к выполнению сложных логических операций. Они обрабатывают информацию по логическим правилам, оперируя длинными цепочками причинно-следственных связей. Если обратиться к вычислительным функциям мозга, они тоже, безусловно, имеют логическую природу. Мозг представляет собой информационную логическую систему, состоящую из сети взаимосвязанных вычислительных устройств, параллельно обрабатывающих большие массивы информации. Как было показано в работе «Логическое исчисление идей, присущих нервной деятельности», написанной нейробиологом У. Маккалоком и математиком У. Питтсом, нервные клетки выступают в роли логических элементов этой системы, взаимосвязи которых могут быть представлены в виде сложной сети двоичных переключателей. Сказанное означает, что вычислительные функции мозга в целом эквиваленты функциям электронно-вычислительной машины и могут объясняться общими техническими закономерностями. Единственное функциональное различие между ними может касаться только двух параметров – быстродействия и объема памяти.

Достижения кибернетики помогли воплотить в жизнь давние мечты человека о создании «мыслящих машин», которые смогут решать сложные интеллектуальные задачи. Инженеры-электротехники начали конструировать счетные машины, по своей интеллектуальности далеко превосходящие способности человеческого разума. Превосходство машины над человеком объясняется, в первую очередь, свойством ее организованности, перекрывающей своим потенциалом все имевшиеся до сих пор виды организованностей. Если бы каждый человек обладал определенной совокупностью правил действия, следуя которым он живет, он стал бы таким же совершенным, как машина. Кибернетика дает следующее определение машины: машина есть любая материальная система, деятельность которой полностью детерминирована внутренним ее состоянием и внешними для нее условиями. Иными словами, данные внешние условия и данное состояние однозначно определяют, какой переход в поведении системы должен произойти. Такая безотказность и предначертанность в поведении машины делает ее образцом технической рациональности в самом широком смысле слова «техника», под которым подразумеваются все способы действия, которыми человек пользуется для достижения намеченных целей.

Имея перед глазами образ машинной целесообразности, кибернетики стремились обнаружить аналогичные свойства в функционировании мозга. Они выяснили, что организация любых действий, направленных к достижению определенной цели, связана с выполнением операций. К типичным видам операций, способствующим оптимальной организации целенаправленных процессов человеческой деятельности, относятся операции планирования. План контролирует последовательность операций, выполняемых индивидом или коллективом индивидов, помогая технически правильно организовать свою деятельность. Знание плана позволяет с высокой долей вероятности предсказать получение требующихся результатов, оно помогает на производстве, в умственном труде, в экономической и политической сфере. Планы необходимы обществу для достижения результатов, которые могут быть осуществлены только совместными усилиями многих людей. Они кооперируют людей в своеобразные «социальные машины», объединяющие их определенными комбинациями действий. Система планов вошла в нашу жизнь в эпоху расцвета научно-технического прогресса. Это время также ознаменовалось приоритетом технического рационализма в человеческом мышлении. Достижения науки и техники наглядно показали, что создание планов является вершиной инженерной мысли, истинным воплощением рациональности.

Человеческое мышление руководствуется планом как последовательным набором инструкций, воспроизводимых в порядке выполнения. Специалист по вычислительным машинам должен увидеть в поведении этого типа нечто знакомое. Каждая ЭВМ способна выполнять определенный набор универсальных инструкций, называемых чаще всего машинными командами. Работа ЭВМ состоит в выполнении последовательности таких команд, подготовленных в виде программы. Без инструкции или программы счетная машина не может обрабатывать информацию. В ее памяти может храниться огромное количество всякого рода информации, но без программы с ней ничего не происходит. В общем смысле, программа – это способ представления знания о том, что и как нужно делать. Процесс составления программы называется программированием. Сущность программирования заключается в том, что в вычислительное устройство (процессор) вводится информация, представленная как набор чисел, а также набор команд – в виде программы. Мыслительные операции, производимые головным мозгом, также можно определить как обработку информации. Такого рода обработка информации иногда достигает большой сложности и носит «вычислительный» характер. Возникает четко сформулированный исследовательский вопрос: являются ли вычислительные операции, с помощью которых мозг перерабатывает информацию, такими же, как и операции, с помощью которых обрабатывают информацию ЭВМ?

Найти удовлетворительный ответ на этот вопрос удалось группе зарубежных ученых-кибернетиков. Г. Миллер, Е. Галантер и К. Прибрам в книге «Планы и структура поведения» показали, что планы человеческого поведения выполняют то же функциональное назначение, что и программы электронно-вычислительной машины. Они разработали модель целенаправленного поведения, обозначенную аббревиатурой Т.О.Т.Е. (Test-Operate-Test-Exit). В самой простой формулировке модель T.O.T.E. утверждает, что операции, выполняемые организмом, постоянно регулируются результатами различных проб. Планирование в этом случае может рассматриваться как составление перечня проб, которые следует произвести. На основе этой модели было сделано заключение, что «план – это всякий иерархически построенный процесс в организме, способный контролировать порядок, в котором должна совершаться какая-либо последовательность операций». Человеческие планы всегда иерархичны – жизненные идеалы определяют цели более низкого уровня, стратегические планы определяют оперативные. Если обсуждать иерархическую структуру поведения на языке счетно-решающих устройств, то центральным понятием становится понятие программирования. Программы поведения дают человеку систематизированный набор инструкций, которые он должен осуществить, чтобы реализовать свои жизненные цели, а программирование выступает средством этой реализации.

Создание программ для электронно-вычислительных машин совершается путем их записи в виде текстов – логических структур информации. Написанию программы предшествует разработка алгоритма. Алгоритм определяет совокупность правил, по которым совершается обработка информации вычислительным устройством. Он представляет собой однозначно определенную последовательность конечного числа шагов, необходимых для достижения цели. Любое целенаправленное поведение связано с вычислением алгоритмов. Когда человек решает логические задачи, выбирает рациональные способы решения своих проблем, он использует мыслительные алгоритмы. С помощью таких алгоритмов люди передают друг другу различные знания и умения. Наряду с их полезными свойствами, алгоритмы мышления могут приносить человеку вред, так как они строго фиксируют лишь те логические цепочки умозаключений, которые предлагаются, опираясь на избранное и незначительное число фактов. Однозначность алгоритма подразумевает полную определенность и точность указаний, содержащихся в алгоритме, чтобы процесс переработки информации в соответствии с заданным алгоритмом происходил всегда одинаково и независимо от лица (или машины), его осуществляющего.

Широкое применение в человеческом мышлении получили эвристические алгоритмы или эвристики. Эвристиками называются своеобразные подсказки – как вести себя в тех или иных ситуациях – вербально закодированные в инструкциях, указаниях, советах, а также, например, в пословицах и поговорках. Эвристические алгоритмы позволяют осуществлять трансляцию программ поведения из поколения в поколение. Они кодируют коллективный опыт в виде элементарных логических операций, предлагая инструкции на все случаи жизни. Дети получают багаж эвристических правил, выслушивая советы, которые им даются, и, пытаясь им следовать. Если первоначально эвристические правила могут быть использованы, чтобы направить по верному пути процесс принятия решений, то впоследствии найденные таким путем решения чаще всего принимаются «не задумываясь». Поскольку эвристики перестают быть простым результатом рассуждения и приобретают все характерные черты алгоритма, воспроизводимого в мышлении разных людей, они с тем же успехом могут быть переведены в программы электронно-вычислительных машин. Конкретное воплощение эта идея получила в эвристическом программировании, которое занимается разработкой стратегии решения задач на основе известных, заранее заданных эвристик.

Принципы эвристического программирования немало помогли разработчикам систем с искусственным интеллектом. Этот подход принято считать одним из ведущих направлений в моделировании «машинного мышления». Стоит отметить, что возможности моделирования мышления на практике ограничиваются лишь такими мыслительными операциями, для которых можно найти однозначную систему правил. Но это не препятствует постепенному повышению «коэффициента умственных способностей» последовательных «поколений» вычислительных устройств. Вполне вероятно, что в неотдаленном будущем мыслящие машины достигнут уровня развития, на котором границы между естественным и искусственным интеллектом сделаются очень расплывчатыми. В настоящее время модели искусственного интеллекта стали общедоступной иллюстрацией того вполне достоверного факта, что если машина может мыслить как человек, значит, и человек может демонстрировать все характерные признаки машинного мышления. Возьмем в пример человеческий рассудок – чем не модель искусственного интеллекта? Он создается на базе аппаратного обеспечения головного мозга и занимается, преимущественно, бесконечной переработкой абстрактных правил, алгоритмов, шаблонов, эвристик. Закладывание эвристических алгоритмов в человеческий рассудок является начальным этапом создания сложных поведенческих программ, которые могут быть составлены в соответствии с общими принципами эвристического программирования.

Поговорим о том, как и для чего используются мыслительные алгоритмы в человеческом рассудке. Прежде всего, следует указать на то, что они играют важную «экономическую» роль в процессах мышления. Все алгоритмы мыслительной деятельности экономят мышление человека, облегчая, а порой автоматизируя его важнейшую функцию – функцию выбора. Разумеется, речь здесь идет не о серьезных жизненных решениях, которые тщательно анализируются человеком, а об обыденных выборах, так сказать выборах на каждый день. Сделанный однажды выбор избавляет человека от необходимости изобретать новые алгоритмы, потому что он обладает способностью «принимать решения на основе ранее принятых решений», иначе говоря – мыслить заготовленными шаблонами, штампами. Мышление штампами экономически выгодно и практически целесообразно. Штампы представляют собой удобные ярлыки для типичных задач обработки данных, которые можно извлекать по мере надобности из банков памяти. С помощью ярлыков мыслительные алгоритмы легко распаковываются в логически завершенную последовательность операций.Естественно, что процессы распаковки жестко связаны с системой адресации и структурой памяти операционной системы. На основе образованных таким образом мысленных шаблонов делаются логические выводы и обобщения, которые соединяют причины со следствиями и посылки с предпосылками. В результате, в силу повторения и подкрепления этих связей, формируются такие объединенные в сложные системы ассоциации, актуализация которых и представляет рассудочную деятельность.

Примечательной особенностью алгоритмов мышления является то, что они передаются от человека к человеку. Как в мире техники, так и в мире человеческих отношений алгоритмы и составленные из них программы реплицируются – то есть копируются, перезаписываются из одного запоминающего устройства на другое. Можно сказать, что люди, задавшиеся целью передать свой опыт, свой индивидуальный набор шаблонов для совершения тех или иных операций, в действительности обучают других мыслить по собственной программе (перезаписывают в других прошитый в них набор программ). В масштабах общества репликация таких обучающих программ происходит серийно. Разработкой программ для серийного пользования занимаются специализированные социальные институты – так называемая система образования. По своему роду деятельности система образования предназначена для закладывания мысленных шаблонов в память искусственного интеллекта. Она загружает в головы обучающихся уже готовые и проверенные опытом знания. Педагогическая практика «человеческого использования человеческих существ» (Винер) рассчитана на применение интеллектуальных способностей обучающихся в качестве процессоров для обработки данных. Они должны заполнять объем своей памяти, пока коэффициент их интеллектуальности не достигнет институционально установленных величин. Для серийной репликации программ также хорошо подходят средства массовой информации. СМИ занимается разработкой алгоритмов мышления для разных возрастных групп и слоев населения. Информация из каналов СМИ заносится в вычислительные системы мозга и обрабатывается там по правилам обработки, заложенным каналом.

Стремительное распространение искусственного интеллекта в наши дни начинает вызывать опасения, что этот процесс в скором времени может привести к подмене шаблонами мышления (само) мышление как таковое. В массовом сознании самостоятельное мышление давно перестало быть идеальной меркой, уступив статистическим нормам. Среднестатистические люди не умеют мыслить самостоятельно не только и не столько потому, что у них отсутствуют какие-то встроенные механизмы обработки данных, сколько из-за того, что они сами являются «логическими звеньями» – проводниками информации в социальных машинах. Подготовленная для них роль в системе общественных отношений заведомо предопределяет шаблоны их мышления. По наблюдениям авторов книги «Планы и структура поведения», каждый человек вовлечен во множество общественных планов, и даже его индивидуальные планы являются, по преимуществу, производными от них. Общественные планы задают алгоритмы, воспроизводимые человеком в его поведении, мышлении. Они закрепляют за ним социальные функции, которые становятся фундаментом в иерархии его будущих планов. Для выполнения типичных общественных планов играют значимую роль традиционные шаблоны мышления, связанные с передачей и усвоением социальных образцов, обеспечивающих социальное воспроизводство. Традиции – это наиболее устойчивый и консервативный тип социальных машин, которые движутся во времени за счет того, что вбирают в себя существование отдельных индивидов.

Общественная система испытывает необходимость в воспроизводстве целого комплекса поведенческих программ, которые обеспечивают бесперебойное функционирование социальных машин. «Прошивка» «программного обеспечения» в структуре человеческого мозга происходит онтогенетически, то есть в общем плане она соотносится с фазами развития индивидуального организма. В мире животных, где присутствуют зачатки социальной организации, такое воспроизводство осуществляется на генном уровне, иначе говоря, социальные программы являются для них врожденными. Животная особь с момента своего рождения воспроизводит поведенческие программы, закрепленные в филогенезе – генетически записанной истории развития ее вида. Имеется множество данных о наличии фиксированных, наследственных форм поведения у различных видов животных, находящихся на разных ступенях эволюции. Все эти врожденные программы – от простых рефлексов до сложных последовательных действий, осуществляемых под влиянием специфических стимулов – «релизеров» – обладают многими характерными признаками тех программ, которые могут храниться в памяти электронной вычислительной машины, и приводиться в действие заранее установленным сочетанием данных, поступающих в машину через вводные устройства.

Идеал социальной организации, выраженный в терминах технической рациональности, был достигнут в колониях насекомых. По своему телесному и нервному устройству насекомые представляют собой существ в совершенстве приспособленных к выполнению, без предварительного упражнения, чрезвычайно сложных поступков в определенных заданных условиях. Наиболее высокое развитие этого типа мы находим у общественных насекомых, у муравьев, пчел и ос. Муравьи развились в отдельные виды с определенными инстинктами, создающими поведение, которое на поверхностный взгляд похоже на различные формы хозяйственной деятельности человека. Так, есть виды муравьев, которые ведут существование кочевых хищников; другие разводят травяных вшей, как люди разводят коров для тех же целей; третьи культивируют в подземных рассадниках грибки, которыми и питаются; четвертые похищают детенышей (личинок) других муравьев и выращивают себе из них рабов; пятые, наконец, живут паразитами в гнездах муравьев других видов. Несмотря на такое поверхностное сходство с людьми, поведение муравьев полностью подчинено голосу наследственности и, следовательно, их действия всегда детерминированы условиями среды и общими задачами социальной организации. Насекомые имеют минимальные степени свободы поведения в кибернетическом понимании. Проблемы свободы нет, выбор отсутствует.

Наиболее приближенными к человеку по типу своей социальной организации считаются высшие виды общественных животных или стайных. Существование в стае требует жесткой регламентации поведения отдельных особей, но по сравнению с насекомыми эти существа, безусловно, обладают значительно большей степенью свободы действий. Говоря языком технической кибернетики, они являются «адаптивными». Основная задача общественных животных – приспособление к окружающей социальной среде – реализуется посредством сохранения в памяти адаптивных программ поведения. Адаптивные программы возникли как расширение базовой системы инстинктов и наделили животных способностью к обучению и адаптации к меняющимся условиям среды. Зоологам известно несколько механизмов «записи» таких программ в структуре мозга. Одним из них является феномен «импринтинга». Импринтинг выступает частью наследственной программы, которая активируется только при появлении видоспецифического стимула, запечатлеваемого нервной системой в качестве образца поведения. Он происходит в особые сенситивные периоды развития животного организма, когда тот готовится к выполнению предназначенных ему биосоциальных функций. Базовые социальные программы, управляющие поведением стайных, обусловлены иерархической структурой их социальной организации, и по существу сводятся к нескольким пунктам: конкуренция, кооперация, доминирование, иерархия.

Социальные программы у человека обладают выраженной пластичностью и вариабельностью, хотя сохраняют связь со своей инстинктивной основой и во многих случаях действуют в контуре «доминирование-подчинение». Особенно четко эта связь прослеживается в консервативных иерархических типах социальных машин. Несмотря на то, что такие рудименты все еще имеют место в общественной жизни, в ходе общественно-исторического развития над ними были надстроены куда более значительные и изощренные символические системы программирования. Среднестатистический человек подчиняется не каким-то конкретным вышестоящим лицам, он подчиняется социальным авторитетам – закодированным в символической форме образцам поведения. Социальный авторитет, к какой бы сфере деятельности он не принадлежал, становится символом успешного осуществления социальных программ. Воздействие этой символики на человеческое сознание равнозначно воздействию биологически значимых стимулов на поведение животных. Это сравнение имеет под собой вполне достоверный нейрофизиологический факт, установленный еще И. Павловым, который по аналогии с сигнальной функцией биологических стимулов выделил «вторую сигнальную систему» в головном мозге, оперирующую знаковыми символами.

Чтобы охватить вниманием символический мир, окружающий человека в горниле общественной жизни, нам пришлось бы существенно отклониться от раскрываемой здесь темы. Мир социальных символов предстает перед нами во всем многообразии знаковых систем, на языке которых записываются поведенческие программы людей, подобно тому, как символьная информация в ЭВМ принимает вид различных машинных языков, предназначенных для написания разного рода программного обеспечения. Человек общественный в каждый момент времени может находиться под воздействием самых разнообразных поведенческих программ, от самых простых, аналогичных правилам уличного движения, до наиболее сложных, таких как культурно обусловленные правила статусно-ролевых отношений. Обладая ограниченным ресурсом оперативной памяти, он в принципе не способен отследить все поступающие в его мозг входные потоки символьной информации. Он видит, как все само собой включается и выключается, как запускаются и выполняются определенные операции, но черный ящик собственного сознания, подобно внутреннему устройству компьютера, зачастую остается недоступным его пониманию. Позволим себе небольшой совет в адрес читателя. Для того чтобы идентифицировать встроенные в вас социальные программы, вам нет нужды заниматься вычислением алгоритмов своего поведения, просто приостановите на время целенаправленную деятельность по осуществлению намеченных планов и попытайтесь отключиться от процессов переработки социальных символов. Дайте проявиться присущей вам сознательности.

Попробуйте задаться вопросом: какими программами ваше сознание обусловлено в настоящий момент: культурными, моральными, социополовыми, классово-видовыми, родо-семейными; добавьте к этому списку индивидуальные варианты. Проведите инвентаризацию вашего программного обеспечения, и вы убедитесь, что многие из этих программ достались вам в наследство от ваших сородичей и предков, существовавших в различные периоды эволюции мозга. При таком пристрастном самоанализе нужно быть предельно откровенным с самим собой, поскольку любое оправдание собственной автоматичности может выступать простым следствием этой автоматичности, которая не оставляет вам свободы выбора. Только сознательное отношение к своей машинальности может остановить автоматическую деятельность вашего мозга и предоставить возможность эффективно использовать степени свободы вашего поведения. Подлинная сознательность всегда дает свободу выбора, которая отличает ее от искусственного интеллекта, бессознательно выполняющего заложенные в него программы. В довершение всего сказанного процитируем слова французского философа Блеза Паскаля. Когда Паскаль сконструировал первую в истории счетную машину, он передал свои впечатления о ней в следующих словах: «Действия счетной машины, по-видимому, более напоминают мышление, чем все то, на что способны животные… Однако она не делает ничего, что могло бы навести на мысль о наличии у нее свободной воли».