Со времени публикации была проделана работа по развитию прототипа системы индивидуальной адаптивности Beast (fornit.ru/beast) и появилось много новых данных и материалов с которыми можно ознакомисться в трилогии «Основы фундаментальной теории сознания» и точки входа теории МВАП «Организации механизмов мозга человека».
Сразу проясню: это - не столько описание конкретного варианта искусственной реализации системы адаптивного поведения, сколько иллюстрация, позволяющая наглядно представить эти механизмы в зримом контексте попытки искусственного воплощения. Очень лаконичный текст с описанием структуры устройства, можно понять, не читая статей по приведенным ссылкам, если только имеются достаточно глубокие системные представления по нейрофизиологии: многое окажется узнаваемым потому, что показанная реализация использует все те функциональные принципы, что и природный мозг высших животных (конечно же, в интерпретации моего варианта обобщения этой функциональности). Но вряд ли удастся проникнуться пониманием дееспособности описываемой системы, если не понять суть принципов организации психических явлений, раскрываемую в приведенных ссылках. Этот текст - важное обобщающее представление всего того, что уже было рассказано в материалах О системной нейрофизиологии.
Здесь не будет использоваться словосочетание Искусственный Интеллект в виду невозможности определения понятия Интеллект (эта абстракция описывает некие отдельные проявления адаптивного поведения и многими понимается по-разному в соответствии с личными представлениями о сути этих проявлений и той же причине не определяема, что и абстракции Жизнь, Человек и т.п. см. Абстракции ).
Приложение теоремы Геделя О неполноте к задаче "о невычислимости функции сознания", строго доказанное Р. Пенроузом как следствие теоремы Геделя, последним считается аргументом невозможности искусственной реализации "разума". Это убеждение оспаривается многими (о чем, см. К проблеме вычислимости функции сознания - работа приводится в качестве иллюстрации и, на мой взгляд, содержит несколько некорректных исходных понятий, на которых основываются рассуждения: Смысл и Истина).
Но мы имеем уже множество реализаций адаптивного поведения в природе и если не считать, что разум в своей сути основан на духовной (трансперсональной) компоненте, то это - самое убедительное доказательство возможности его реализации. Теоремы Геделя и не утверждают ничего трансперсонального, а в приложении к адаптивной системе поведения имеют смысл невозможности их реализации алгоритмическим путем. Т.е. невозможно создать общую формализуемую программу, обеспечивающую адаптивное поведение.
Нужно оговориться, что адаптивное поведение отличается от жестко алгоритмизированного тем, что во втором случае функции распознавания ситуаций и всех составляющих признаков заранее уже созданы, хотя могут и иметь некоторую функциональную пластичность (насекомые), а в первом управление корректировкой функций распознавания осуществляется с помощью системы отношения к результатам текущего поведения. Проще говоря, во втором случае мы имеем автомат, а в первом - личность, знающую, что для нее хорошо, а что - плохо и поэтому способную корректировать свои ошибки и укреплять убеждения в том, что успешно получается.
Природой реализована сугубо не алгоритмическая адаптивная система, построенная как иерархически организованные по сложности элементы распознавания, начиная с анализа воздействующих явлений реальности до отдельных элементарных признаков восприятия, усложнения распознавателей (детекторов) до совокупности этих признаков, характерных при одновременном воздействии реальности в контексте существующих условий - распознавание ситуаций, распознавания личного отношения (значимости) включающая множество других "внутренних" рецепций (новизны, ошибок, определенности и т.п.), распознавателей фаз и целых программ наработанных ответных реакций - для организации этих ответных реакций в моменты максимальной их актуальности. Конечно, в этой фразе все смешано в одну кучу, но самое главное акцентирует то, что все построено на функциях распознавания с корректировкой этих функций сигналами успеха или неудачи, формируемыми так же функциями распознавания значимости результата (каждая из таких отдельно выделенных функций хорошо описывается моделью персептрона, но существенно отличатся способом корректировки весовых коэффициентов входных сигналов, которые в природе реализуется с помощью синапсов). Именно оценка значимости (положительной или отрицательной) позволяет реализовать личностное отношение, корректировку жизненного опыта и мотивацию адаптивное поведения.
В этом тексте не будут подробно и детально изложены механизмы реализации адаптивной системы поведения потому, что они уже были формализованы ранее в других статьях. В самой общей статье в стиле междисциплинарной популяризации, сопоставлены и обобщены сведения из большого реферативного сборника Обзор книг и статей про исследования психических явлений и с помощью текста с многоуровневыми ссылками формализовано общее представление О системной нейрофизиологии, где описывается принпип реализации системы адаптивного поведения и множество сопутствующих вопросов.
Здесь же будет предпринята попытка иллюстрации искусственной реализации системы адаптивного поведения, характеризующейся личностным отношением и основанной на нем мотивации. Причем всем, для кого строгость доказательства Р.Пенроуза ничего не значит, могут пытаться реализовать "интеллект на компьютере" и другими алгоритмическими способами. Но принцип анализа проявлений реальности (и в том числе собственного поведения) на отдельные признаки и их группировка по одновременности проявлений в символьные распознаватели, представляется единственно возможным. При этом система распознавателей, каждый из которых использует множество сигналов предыдущих уровней распознавателей (в природе каждый нейрон имеет до 10 000 таких входов) так же, возможно, безальтернативна. Реализация такой системы на компьютере любой сверхсветовой производительности в реальном масштабе времени невозможна. Те, кто занимается программированием знают, что пузырьковая сортировка начинает тормозить на любом компьютере с некоторой величины размера массива из-за квадратичной характеристики зависимости необходимых ресурсов от величины массива, а при реализации иерархии распознавателей уровня сложности личного отношения зависимость окажется неизмеримо более крутая. Поэтому реализация системы адаптивного поведения возможна в виде унифицированных стандартных элементов, образующих распознаватели: порогового сумматора (в природе нейрон) со входными коммутаторами (в природе синапс) с возможностью неспецифического воздействия на отдельные зоны.
Сначала коротко остановимся на собственно обосновании выбора таких функциональных устройств, на обосновании рассмотрения функции нейрона как суммирующего порогового элемента, выполняющего функцию детектора признака с помощью системы входных коммутаторов - синапсов, проводимость которых оптимизирует функцию распознавания в точности, как это описывается моделью персептрона в соответствии с законом установления связи , образуя специфическую организацию памяти мозга .
Вот самые общие соображения, которые становятся тем более уверенными, чем более удается системно обобщить представления о работе мозга и которые уже были высказаны в обсуждениях.
От рецепторов всегда наблюдается стандартная импульсная активность (нет различия в параметрах импульсов не только одного типа рецепторов, но и в ообще любых рецепторов), которая не кодирует в себе сигнал, а имеет свой смысл только в том, что исходит из определенных рецепторов по выделенным волокнам. К эффекторам так же поступают совершенно те же стандартные пачки импульсов. И те же пачки обеспечивают внутренние перераспределения активности в нейронной сети. Вся импульсация имеет характер разряда релаксатора (релаксационного генератора) и передает только одно свойство: интенсивность (интенсивностью импульсации в пачке). Никакими спектральными или иными выделениями не возможно найти принципиальное отличие одних импульсов от других. Отличие одно: происхождение, откуда пришла пачка.
Синапсы могут не пропускать сигнал от предшествующего источника, могут пропускать с различным ослаблением или могут пропускать, вызывая на другой стороны щели обратное действие (обратную поляризацию мембраны, повышающую порог срабатывая, т.е. тормозное действие).
У нейронов мембрана разделяет две разные концентрации ионов по обе стороны: в теле нейрона и вне его (несколько упрощенно без вреда для понимания функциональности). В этом случае образуется так называемый концентрационный гальванический элемент и разность потенциалов по обе стороны мембраны (Понятно, что изменение концентрации ионов вне тел нейрона будет оказывать неспецифическое воздействие, изменяя поляризацию мембраны нейронов). Если любым способом начать изменять этот потенциал, то с некоторого значения деполяризации мембраны, нейрон ответит релаксирующим разрядом, т.е. нейрон обладает порогом срабатывания. Это можно сделать электродом, изменяя его потенциал, это можно сделать несколькими электродами (с достаточно высоким выходным сопротивлением, чтобы исключить взаимовлияние) и убедиться в суммарности их воздействия на поляризацию мембраны (что совершенно очевидно для поведения концентрационного элемента). Вот примерно как это делается: Нейроны под контролем полупроводниковой электроники К реальному же нейрону подходит до 10000 синоптических контактов от предшествующих нейронов, которые поначалу не проводят (говоря упрощенно о сложном механизме передачи сигнала через синапс), но по мере возникновения их проводимости начинают влиять на поляризацию мембраны нейрона.
Такое чисто схемотехническое описание, конечно же, часто вызывает сомнения: в работе В.Г.Редько Основные нейросетевые парадигмы: " Настораживает чрезмерная упрощенность понимания работы нейронных сетей " ведь ясно, что только этими процессами реальные механизмы не ограничивается. Конечно, в реальных нейронных сетях очень много неспецифических влияний: изменения концентрации медиаторов сильнейшим образом меняют баланс установившихся проводимостей синапсов, что используется в организме как метод модуляции стилей поведения, условия метаболизма так же способны изменить балансировку нейронных сетей (при гипоксии порог возбуждения понижается настолько, что возникает перемешивание образов, вызывая галлюцинации). В том числе оказывают влияние и "молекулярные механизмы внутри нейрона" потому, что так же влияют на свойства поляризации мембраны и функциональность порогового элемента.
На примере работы Ю.И. Александрова от 01 May 2004 Научение и память: системная перспектива можно проследить причины возникновения альтернативных вариантов понимания функциональности элементов нейронной сети (в самой статье по приведенной ссылке есть мои комментарии, здесь же выбрано только касающееся темы данной статьи).
... само существование индивида есть непрерывная модификация, а точнее - непрерывное созидание памяти. - это во введении. Чрезвычайно важно замечание, напрямую иллюстрирующее идею теорем Геделя о неполноте. В течение жизни происходит непрерывное возникновение новых и уточнение старых функций распознавания, активные элементы которых, сочетаясь в общем ансамбле дают текущий образ восприятия, интегрирующий в границах, выделенных внимаем, внешние в внутренние признаки восприятия, включая личное отношение. Поэтому сама личность, само личное отношение постоянно меняется с каждым соприкосновением с реальностью, выделенным вниманием.
... Решающий шаг на пути формирования системного подхода к пониманию активности нейрона был сделан П.К.Анохиным [12] . В концепции интегративной деятельности нейрона, предложенной им вместо традиционной "суммационной" концепции, рассматривающей нейрон как сумматор и проводник возбуждения в рефлекторной дуге, генерация потенциалов действия нейроном рассматривалась как обеспечение достижения результата системы и следствие внутринейронных химических процессов. Однако, хотя в этой новой концепции и подчеркивалась роль межклеточных контактов не в проведении возбуждения, а в обмене метаболическими субстратами между клетками, активность нейрона в ней все еще рассматривалась как реакция, следующая в ответ на стимул - импульсацию пресинаптических нейронов.
При этом как-то забывалось все то, что собственно привело к рассмотрению нейрона как сумматора-порогового элемента, хотя он демонстрирует именно такие свойства в эксперименте (Нейроны под контролем полупроводниковой электроники ). Кроме того, на самом деле функционального обмена метаболическими субстратами между клетками через синоптические щели не происходит.
...на уровне отдельных нейронов, достижение результата выступает как удовлетворение метаболических "потребностей" нейронов и прекращает их импульсную активность.
Интересно то, что, в принципе, удовлетворить "метаболическую потребность" можно было бы сразу для всех нейронов разом. Для этого вовсе не нужно сложнейшее и динамическое распределение их активности. Почему именно рецепторы инициируют такие потребности, а в условиях сенсорной депривации эти потребности начинают замолкать по схеме затухания сновидений?
...В рамках традиционного подхода к пониманию нейрона как проводника возбуждения закономерно возникает вопрос, сформулированный Kandel E.: "Почему имеются разные нейротрансмиттеры, если лишь одного достаточно для того, чтобы опосредовать передачу всех электрических сигналов?" (см. в [27]). Сложность теоретических построений, необходимых для того, чтобы ответить на этот простой вопрос, впечатляет ([27] и другие статьи в том же номере журнала).
Точно так же как особенности внешней среды формируют функции распознавания ситуации, зависящие от особенностей ситуации, чтобы задать общий контекст понимания-поведения, так же это осуществляется когда сам организм переходит на тот или иной режим своего функционирования и с помощью неспецифического влияния обеспечивает выделение оптимизируемых только в этих условиях функций распознавания (см. Эмоции). При этом преимущество получают те связи, в которых повышается концентрация присущих им медиаторов. Но это можно было бы организовать в искусственных системах, не прибегая к такому способу.
Во всяком случае, очень стоит допускать естественнее дополнение специфичной функциональности нейронной сети как общей системы, обеспечивающей адаптивное поведение, еще и неспецифической функциональностью, которая различием нейромедиаторов не ограничивается. Хотя бы потому, что такому допущению ничего не противоречит.
С позиций представления о системной детерминации активности нейронов нейротрансмиттер больше не рассматривается как стимул, действующий на нейрон (или отдельный его локус) а он и не является стимулом, а является условием, а нейрон - не рассматривается как передатчик электрических сигналов однако он выполняет роль порогового элемента, срабатывающего именно от суммарного воздействия через синапсы входных импульсов и более никак. И игнорирование этого в данной работе вызывает недоумение.
Вместо этого нейротрансмиттеры рассматриваются как вещества необходимые для метаболизма клетки, которые вносят вклад в удовлетворение ее "потребностей" . тогда возвращается вопрос: а зачем такое их разнообразие? Многообразие и сложность этих потребностей таково, что разнообразие медиаторов само по себе не кажется удивительным. Очень притянутое "объяснение".
Нейрон, как отмечалось, может обеспечить "потребности" своего метаболизма, объединяясь с другими элементами организма в функциональную систему, извлекаемую из памяти. Что это за память, из которой можно извлечь функциональную систему???
П.В. Симонов считал окончательно доказанным существование у животных исследовательского поведения, которое побуждается "самостоятельной потребностью" в обеспечении контакта с объектами, "прагматическое значение" которых не выяснено [31]. Это - очень характерно для популистов типа Симонова, объявлять нечто окончательно доказанным в пользу своей теории. О механизмах исследовательского поведения есть альтернативные представления: Механизм ориентировочного рефлекса.
Итак, в данном случае, автор работы, увлеченный альтернативной идеей "организма в организме" и собравший большой литературный материал, который можно было бы так или иначе трактовать в пользу своей идеи, не пытается достаточно корректно рассматривать отличные от его идеи варианты, поспешив показать их упрощенно и, подчас, абсурдно. Из поля внимания выпало очень многое, что вообще не рассматривается никак, и, самое важное из этого - как реализуется личностная оценка происходящего, как формируется представление личности о значимости происходящего, что выступает мотивацией поведения и все с этим связанное, включая эмоциональный контекст поведения, регуляцию внимания, сон, сознание и бессознательное. В результате нет общей уверенной картины, способной определенно рассмотреть целостно механизмы психических явления, а есть построенное на очень слабых, подчас вообще необоснованных утверждениях обобщение, очень смутно и гротескно пытающаяся описать "системогенез" (уже здесь методологический прокол), но вместо этого все безнадежно запутывающая.
Уверен, что предположительные моменты в последующем обзоре варианта реализации системы адаптивного поведения нисколько не менее обоснованы, чем в любых других существующих попытках системного обобщения представления об организации психических явлений :)
Реализация механизмов адаптивного поведения
Элементы, из которых все будет сделано и их свойства
Создаем единственный универсальный функциональный элемент, из которого будет построена вся мозговая часть искусственного организма. Этот будет довольно необычное устройство - единственное, что будет следовать алгоритмизируемой функциональсти, а именно - персептрона почти во всем, за исключением способа установления весовых коэффициентов по его входам. Его основу составит пороговое устройство-сумматор для всех водящих сигналов - нейристор.
Характер его выходного сигнала не имеет значения и диктуется соображениями удобства схемотехнической реализации. Пусть это будет постоянный потенциал с низким выходным сопротивлением. У него будет два суммирующих сигналы входа: возбуждающий и тормозящий.
К каждому из этих входов будет подсоединено фантастическое (пока) микроустройство, обладающее способностью отращивать нити проводников в ту сторону, где есть в этот момент выходная активность других нейристоров. Конечно, можно было бы и не автоматически, а как-то "вручную" подключать проводники к предшествующим нейристорам, но таких контактов ожидается около 10 000 на один нейристор. Эта склонность к выращиванию проводников будет особенно интенсивно провоцироваться в момент первоначального "созревания" нейристора. Этот момент можно задавать по определенной программе поочередно для больших групп нейристоров и это будет реализовывать "критические периоды развития" мозга, в течение которых он приспосабливается ко все более сложному окружению. Затем свойство выращивание проводников станет намного менее важным, но не будем его убирать совсем.
Каждая нить на конце имеет контактное устройство, которое находит выходной контакт предыдущего нейристора и соединяется с ним. Оно пока не проводит ток. Это - коммутатор, сопротивление которого может быть изменено по простому закону: если возбуждены оба нейристора по обе стороны от него и есть общий для целой местной группы нейристоров сигнал, что можно образовывать связь, то в течение некоторого времени, около десяти минут, она станет настолько проводящей, насколько сильно были возбуждены связанные ею нейристоры.
Причем общий сигнал установления связей может быть двух видов: "положительный" - для установления контактов с возбуждающим входом нейристора и "отрицательный" - для установления контактов с тормозящим входом. Причем смысл положительного сигнала в том, что это - "хорошо", а отрицательного, что это - "плохо" мы не задаем специально, а он образуется как бы сам, в силу или установления стимулирующей активность связи или тормозящей активность. Области перекрытия воздействия этими общими сигналами на установления связи, не имеют некую четко очерченную границу, они могут быть довольно произвольны.
Общий сигнал установления связей действует для области, выделенной вниманием (системой, ограничивающей, фокусирующей возможности восприятия только значимой областью) так текущую активную зону восприятия-действия ( - зону осознания. В мозге это осуществляется выделением специфических нейропептидов в область, для которой активность была оценена как максимальная по значимости и новизне, см. ниже. Даже после перевода фокуса внимания на другую зону, в прежней остается активность за счет ее реверберации и там продолжается в синоптических щелях, разделяющих два активных нейрона, синтез белков, увеличивающий их проводимость.)
Общий сигнал установления связей различает контакты (синапсы), способные образовывать связь только возбуждающим или только тормозящим входом нейристора (в природе они сами обладают или возбуждающим или тормозным воздействием на тело нейрона). Это - очень важная неспецифическая регуляция будет управляться двумя главными центрами отношения к происходящему: верно или не верно (положительным и отрицательным, хорошо или плохо), о котором будет сказано ниже.
Особенностью "периода созревания" нейрона является то, что пока у него нет ни одного контакта, имеющего проводимость, т.е. нейристор изолирован и в этом "подвешаном" состоянии он обладает способностью к "спонтанной" активности. т.е. он попросту находится в возбужденном состоянии. Это - довольно важный инициирующий начало образования связей момент. И неважна "правильность" первой связи, важно, что она установится, после чего функция распознавания данного нейристора сможет начать формироваться уже адекватно.
Еще одна особенность межнейристорных контактов в том, что мы предусмотрим их, ну пусть 10 типов, для того, чтобы обеспечить развитие опыта 10 разных стилей поведения (эмоциональных состояний). Это будут аналоги нейромедиаторов. Каждый из 10 видов контактов образует связь по вышеописанному закону, но эта связь тем сильнее, чем больше общий для всех них уровень сигнала, модулирующего (функция перемножения) все связи этого типа.
Выходной сигнал нейристора будут выводится через отростки, по умолчанию небольшой величины, дающие возможность закрепляться контактам других нейристоров. Но будет существовать достаточно определенная схема, в которой отростки из некоторых слоев будут жгутоваться и уходить относительно далеко, но не так, как это происходит в случае нервов отводящих аксоны в сторону мышц или заводящих аксоны со стороны рецепторов. Для связи с удаленным терминалами будут использоваться обычные электрические шины управления и шины рецепторных датчиков.
Этим особенности функционирования нейристорного элемента с системой коммутаторов исчерпываются.
Полностью исключается возможность реализации описываемого ниже устройства как программных моделей на одном компьютере (выкладок даже не привожу). Но не исключается возможность реализации распараллеленной компьютерной реализации на основе большого числа специального организованных процессоров и сложнейшего программного обеспечения. Конечно же, реализация в виде функциональных схемотехнических элементов неизмеримо портативнее и вероятнее осуществима, хотя создание таких элементов само по себе не просто. Зато это - вопрос создания, фактически, всего одного функционального устройства: нейристора с входными регулируемыми проводимостями.
Входные и выходные терминалы (внешние устройства или рецепторы и эффекторы)
Количество элементов должно быть невероятно большим и укладывать их нужно слоями по определенному правилу. Но сначала займемся проектированием того самого важного, что определяет возможности понимания и поведения: рецепторами и эффекторами. И вот на этом этапе и будет наиболее эффективный апгрейд по отношению к существующему в природе и вот почему.
Органы чувств у животных хотя и отличаются чрезвычайной чувствительностью и эффективностью, но, все же, материал для построения оптических и звуковых приборов явно не самый лучший. Не идеальность оптических свойств глаза приходится компенсировать очень громоздкой обработкой в мозге, мало того, с возрастом оптические свойства значительно изменяются, что требует дополнительных коррекций.
И еще один важный момент. Во время развития входных "анализаторов" и формирования последовательности все более усложняющихся распознавателей элементарных и более сложных образов, большое значение имеет то, какие стимулы предъявлялись в критический период созревания слоев этих распознавателей. Потому как если не будут предъявляться некоторые признаки, то и не сформируется опыт их распознавания.
Есть еще одно ограничение. У разных организмов спецификой вида, а у одного вида спецификой индивидуальных различий предопределены конфигурации слоев, предназначенных для формирования распознавателей определенных входных признаков. Так, если слоев много и они с избытком обеспечивают распознавание для всех входных сигналов, то эффективность узнавания, его быстрота и точность будут высокими, что выражается как высокие способности в данной области восприятия. (Так, одни могут иметь "абсолютный слух" позволяющий точно идентифицировать ноту по ее звучанию, другие умеют моментально определять число рассыпанных предметов, точно распознают оттенки цветов и т.п.)
Апгрэйд системы восприятия будет заключаться в том, во-первых, что используемые объективы и фотоматрицы как в цифровых фотоаппаратах и точные анализаторы звуков, а так же приемники электромагнитных волн широкого диапазона и, может быть еще какие-то регистраторы в зависимости от желаемых способностей, будут обладать довольно постоянными свойствами и не потребуют частой корректировки, а во-вторых, заранее уже будут анализированы входные простейшие признаки опять-таки в зависимости от желаемых способностей. Это сильно упростит начальное обучение распознавателей и сделает более определенным результат.
Интересными терминалами для апгрейда могут быть компьютерные процессоры, что дает возможность обрабатывать информацию алгоритмическим способом и еще могут быть приемо-передающие устройства, по типу мобильных телефонов, но встроенные и имеющие шину для передачи в эфир адаптированных эффекторных сигналов коммуникации и воспринимающие эти сигналы в виде шины специализированных рецепторов, что обеспечит чрезвычайно эффективный обмен информацией.
Часть рецепторов должны обеспечивать распознавание фаз текущих поведенческих реакций. Это значит, что те выходные терминалы, с помощью которых будет реализовываться поведение, будут управляться не в слепую, а с контролем каждого важного момента их использования. Особенно это важно для всех механических манипуляторов. Поэтому контроль состояния силовых элементов, приводящих манипуляторы в действие, будет осуществляться с помощью датчиков-рецепторов, способных точно сигнализировать в виде. например, шины двоичного кода каждый параметр (т.е. каждый из сигналов будет иметь логическое значение да-нет). Это имитирует анализатор данного рецептора, когда сигнал по каждой шине имеет унифицированный вид и его смысл зависит только от того по какой шине он пришел. Все сигналы всех других рецепторных анализаторов должны кодироваться точно таким же образом: своим происхождением, а не формой сигнала.
Слои полей распознавателей признаков рецепторного восприятия и признаков фаз действия
Шины анализатора каждого рецепторного терминала, представленные уже детально разложенными на самые примитивные составляющие поля (по типу фотоматрицы, представляющей трехцветные точки поля видения), покрываем слоем нейристоров для того, чтобы могли образоваться различные самые примитивные сочетания отдельных элементов, призванные научиться распознавать наиболее часто встречающиеся и повторяющиеся сочетания (для зрительного поля - круги, полосы, квадраты и т.п.). Поэтому число нейристоров, покрывающих шину, должно быть значительно больше, чем выводов шины. Точного значения не привожу, это зависит от востребованности в реальных условиях, но, скажем, 1:10000. Затем требуется следующий слой, для образования повторяющихся сочетаний уже предыдущих примитивов. И так, скажем, около 10-20 слоев (количественные оценки приводились). Затем области перекрываются слоями, для которых входными сигналами являются распознаватели различных рецепторных полей. Пока не возникнут поля, использующие вообще все существующие предшествующие слои. Интересно то, что число элементов в последующих слоях вовсе не должно быть больше, чем в предыдущих. Так, что слои удобно будет располагать колонками.
Наболее сложные распознаватели будут настраиваться на узнавание смысла (значения данного признака для личности в категориях хорошо-плохо) сочетаний сигналов предшествующих распознавателей в зависимости от различных текущих условий за счет сочетания и с рецепцией системы значимости, так, что этот смысл может оказываться различным до противоположного и определяться только наличием определенных условий.
Когда шины рецепторных анализаторов будут покрыты первыми слоями нейристоров то в период их "созревания" будут установлены первые связи с теми ближайшими рецепторными выводами, которые окажутся активными в данный момент (в период созревания этих слоев нейристоры запуска силовых устройств так же еще не имеют связей и находятся в возбужденном состоянии). Таким образом, начнут формироваться первые уровни распознавателей фаз работы силовых элементов манипуляторов.
Точно так же будут формироваться и функции распознавания во всех других слоях, покрывающих другие выходные шины рецепторных анализаторов тогда, когда рецепторы окажутся активными из-за восприятия внешних признаков и рецепторов, сигнализирующих внутреннее состояние организма.
Затем настанет очередь покрывать слоями распознавателей предыдущие слои так, как если бы они являлись рецепторами для последующих.
Т.к. проводники из нейристоров начнут расти к соседним нейристорам, когда они окажутся возбужденными, то все соседние нейристоры будут взаимно перекрыты потенциальными связями. При формировании функции распознавания каждого из них сигналы соседей могут оказаться как верными и тогда образуется возбуждающая связь, так и ложными и тогда образуется тормозная связь. Т.к. большинство сочетаний окажутся ложными, то и большинство связей между соседними нейристорами будут тормозными. Это приведет к увеличению контраста реагирования из-за взаимного торможения (очень важное побочное свойство) и даст начало возникновению самого первого уровня регуляции внимания, которое в целом будет способно выделять преимущественные активности из всего поля.
Будут предусмотрены нейристоры "обратного действия", когда их входные ветвления находятся не со стороны шин рецепторов, а наоборот, со стороны более сложных распознавателей. Образование связей с ними приведет к замыканию цепи циркуляции возбуждения к кольца, что сделает их негасимо поддерживающими активность данного "образа" - "кратковременная память". Длина охвата такими кольцами будет самая различная, вплоть до поддержания активности больших зон, охватывающих сразу все виды рецепторных распознавателей, кроме самых примитивных. Баланс активности, регулирующий оптимум поддержания активности, устанавливается как функция распознавания этого оптимума.
Активность реверберирующих колец сохраняется и после пропадания исходных рецепторных возбуждений, породивших и. Поэтому снять эту активность можно будет только специальной программой общего торможения "сон", призванной погасить чрезмерное количество накопившиеся активностей (может быть, постепенно повышая порог срабатывания нейристоров), которые начинают мешать друг другу точно распознавать ситуацию.
Важным рецепторным терминалом будут определители критических состояний организма, которые анализируют превышения жизненных параметров до их критического значения. Они обладают особенностью задания общего преимущества для образования тормозных связей пред возбуждающими. Все те активности нейронов, которые окажутся в зоне воздействия этих рецепторов, выделяемой вниманием (тормозными связями, блокирующими "второстепенное"), будут устанавливать тормозные, блокирующие связи.
В противовес критической рецепции, датчики, сигнализирующие динамику восстановления жизненный параметров, будут так же отличаться тем, то дают общий фон для преимущественного установления возбуждающих связей.
Регулятор преимущественного установления тормозных или возбуждающих связей в области, выделенной вниманием, находится в едином центре, выполняющим роль внутреннего терминала действия. К нему сходятся сигналы всех базовых анализаторов критических параметров и анализаторов избавления. Можно дать им названия центров рая и ада.
Это составит базовый уровень системы значимости - отношения, главная задача которой определять: стимулировать ли в будущем то, что привело к данному результату или избегать этого. Т.е. это - основной сигнал рассогласования с реальностью (насколько понимание и поведение оказалось адекватным реальности в том, чтобы приемлемо существовать в этой реальности) для формирования функций распознавания всех видов, начиная от оптимизации распознавателей самых примитивных признаков восприятия до распознавания ситуаций и выбора вариантов оптимального поведения - методом ошибок и удач (о том, как формируются функции распознавания - в статье Адаптивные механизмы распознавания).
В отличие от влияния на первые слои простейших распознавателей, где, в области, выделенной вниманием, только лишь изменяется характер устанавливаемых связей - возбуждающий или тормозной, слои распознавателей ситуаций, для которых рецепторами являются предшествующие слои, наравне с разными типами рецепторных сигналов, устанавливают связи и с рецепторами значимости. Поэтому общее влияние отклика системы значимости будет проявляться в виде стремления или избегания - в случае оценки ситуации и соответствующего "эмоционального фона" (одна из предусмотренных 10 типов контактов в нейристорной сети, определяющих особенности стилей реагирования, нарабатываемые жизненным опытом в этих состояниях так, что переключение состояния моментально переключает и стиль реагирования). Система значимости и слои ее распознавателей находятся так же в отдельной области устройства, как и выделенные области для всех других рецепторных зон. К ней протянуты жгуты отростков нейристоров последних слоев этих рецепторных зон. Поэтому установление связи с отдельными волокнами этих жгутов и входными волокнами нейристоров системы значимости не подчиняется общему воздействию задатчика типа устанавливаемых связей - возбуждающего или тормозного, действующего в зоне, выделенной вниманием.
Организация основной функции системы значимости - как распознавателя результата попытки действия (в том числе достижения определенности понимания - как внутреннего действия), требует некоторой не универсальности (не однородности) в структуре организации всей адаптивной системы. Центральная роль в оценке значимости активностей участков сети и влияния на тип устанавливающийся связей (тормозной или возбуждающий), выделение вниманием наиболее актуальных зон восприятия, и, в соответствии со всем этим - переключение типов (одного из 10) стилей восприятия-реагирования, требует возникновения среди полей ее распознавателей значимости дополнительных специализированных распознавателей, таких как распознаватели новизны в зонах выделенной вниманием активностей. Все это требует непростых продуманных решений, во многом находящихся опытным путем, в проведениях жгутов выводов буквально от всех отделов рецепторных распознавателей. Конечно же, в мои намерения не входит пытаться расписать все максимально точно и подробно. Во-первых, я просто не могу этого сделать корректно без этих самых опытных попыток, во-вторых, читать все стало бы еще более трудно :) но, главное, важно просто понять сами принципы организации адаптивного поведения, прочувствовать определенную возможность и способ его осуществления.
Очень важной составляющей системы оценки значимости является распознавание новизны ситуации. В простейшем случае оптимизации примитивных функций распознавания, отсутствие определенного отклика какого-то из распознавателей при наличии активности в зоне восприятия этой активности, говорит о новизне, что определяется специализированным распознавателем.
Появление знакомого признака тут же идентифицируется каким-то уже настроенным распознавателем, приводя к уже проторенным цепям ассоциаций к активации образа (совокупной активности всех связанных распознавателей) ситуации в контексте определенных признаков сопутствующих условий, вызывая узнавание (определенный опережающий прогноз, затрагивающий оценку значимости возможных последствий). Поэтому любая активность, не подтвержденная состоянием определенности, - новизна.
Механизм образования детекторов нового прост. Т.к. в область распознавателей системы значимости идут отростки со всех уровней детекторов восприятия, то они автоматически играют роль детекторов нового потому, что первоначально напрямую проводят возбуждение, но когда появляется распознаватель уровнем чуть выше, то за счет его ламинарного торможения (которое характерно для всех колонок детекторов и играет роль усилителя контрастности возбуждения) этот сигнал гасится, что говорит об распознавании значения данного сигнала.
Условия уже образовали контекст значимости, который сам по себе не вызывает никакого действия, но появление новизны привлекает к ее источнику тем большее внимание, чем больше была значимость текущего контекста (в состоянии полной апатии - никакого внимания). Поэтому результат описывается функцией модуляции уровнем сигнала новизны уровень контекста значимости, или попросту произведением новизны на значимость. Фактически источником сигнала новизны является внедренные повсеместно нейристоры, имеющие задачу лишь передать факт наличия активности в той зоне, где они находятся. Их выводы доходят до распознавателей значимости совместно с выводами от распознавателей признаков и активность вторых тормозит (латерально) активность первых.
Кстати, способ реализации функции распознавания новизны может быть несколько иным, и это не имеет никакого значения. Главное - сигнал из области, выделенной вниманием в случае появления там, но без определенности распознавая, или сигнал вне области, выделенной вниманием, но значительно более сильный, способный в текущем контексте значимости заставить перевести внимание на него, или сигнал, обрабатываемый в активностях (распознавателями известных критических ситуаций), возникших как необходимость следить за опасностью (сторожевые активности).
Те же самые цепи, что посылают сигналы на вход распознавателей нового, обеспечивают и распознавание узнанного в функциях распознавания того же слоя нейристоров системы значимости, только сигнал узнавания, определенности понимания вообще, возникает в ответ на активность как предшествующего слоя так и активность одного из распознавателей последующего, который оказался настроенным на специфику сочетания входных признаков. Такое состояние определенности, уверенности является по воздействию обратным сигналу новизны и, вместо неудовлетворенности существующим положением и потенцией к изучению, вызывает расслабленность и удовлетворенность в прогностических вариантах возможных действий для всех благополучных исходах прежнего опыта.
Для примера в простейшем случае предположим механизм как работает детектор нового при формировании распознавателя изображения цифры 1. Нейрон этого распознавателя пока не умеет различать 1. С его выхода есть тормозной синапс связи с детектором нового, а с входных цепей распознавателя (до его пока еще неактивных синапсов), идут возбуждающие связи к детектору нового. Теперь если в этот участок пришло изображение цифры 1, но распознаватель еще не обучен, т.е. нет на его выходе сигнала, то сработает детектор нового и начнут фиксироваться связи распознавателя 1. Когда в следующий раз пришло изображение 1, распознаватель уже сработает и тем самым затормозит детектор нового.
Подобным образом формируются и все другие распознаватели качества восприятия, например, ошибок.
Организация системы регулировки внимания
Очень рекомендуется прочесть популярно, интересно и доказательно написанную на основе большого фактического материала многих исследователей Элхононом Голдбергом, гле он описывает роль лобных долях мозга в организации эмоционального контекста мотивации - как основы прогностического управления вниманием в результате оценки результатов поведения и, соответственно - основы личностного адаптивного поведения: Управляющий мозг: Лобные доли, лидерство и цивилизация.
Система регулировки внимания это - основа "интеллекта" в смысле способности адекватно набирать жизненный опыт для определенных условий. Управление возможностью выбирать, какие сигналы распознавателей, подходящие в область системы значимости, будут влиять на эту систему значимости, - важно для организации явлений наблюдения. Наблюдение - это, фактически, прогностическая (см. Опережающее возбуждение) оценка текущего восприятия в контексте текущего "эмоционального фона", создаваемого системой значимости, наиболее актуальных (произведение новизны на значимость) из существующих одновременно активностей.
Нейристоры системы регуляции внимания - точно такие же распознаватели, как и все другие.
Они уточняют (в ходе выработки опыта наблюдений) функцию распознавания целесообразности подключения активности распознавателей к системе значимости в зависимости от актуальности тех или иных объектов внимания. Таким образом, внимание ограничивает, фокусирует возможности восприятия только актуальной областью в текущем контексте отклика системы значимости.
Это позволяет наблюдать объекты восприятия на уровне как самых простых примитивов (первичные образы), так и на уровне сложных совокупных образов, сочетающих активности многих рецепторных полей и самой системы значимости, относящейся к оценке воспринятого (мыслеобразов). В последнем случае роль объектов восприятия выполняют внутренние, "субъективные" модели, наблюдение которых означает "мышление", когда фокус внимания, фактически, является фокусом осознания - прогностической оценки. Вне этого фокуса могут оставаться множество реверберирующих активностей, которые могут привлечь внимание и начать осознаваться, если в них появятся признаки, приводящие к превышающему существующее значение произведения новизны на значимость.
Распознаватели системы регулировки внимания имеют тонко балансируемые жизненным опытом функции распознавания, определяющие когнитивные способности. При утрате такой балансировки (см. Психоделия) возникает эффект "поверхностного мышления".
Казалось бы, при выборе того, о чем мы "думаем", т.е. при выборе переключения внимания, мы проявляем некую "собственную" волю. Но тут весь вопрос сводится к тому, что понимать под этими словами. Нечто-то вполне конкретное, хотя и не всегда осознаваемое (находящееся не в фокусе внимания) заставляет получать преимущество в величине произведения новизны на значимость в той области, куда переключается внимание. И это - единственный критерий направления такого переключения, что и заложено в основу формирования функций любых распознавателей (кроме самых простейших, древних, для которых система значимости пока сама еще предельно упрощена вплоть до ее вырождения). Но ведь оценка значимости - есть проявления сущности нашей личности, нашего индивидуального опыта. Поэтому, можно сказать, что, конечно же, это мы и переключаем сами внимание :) это мы совершаем наши действия в момент их наибольшей актуальности (пусковой стимул) из всех возможных прогностически зримых вариантов, которые складываются к этому моменту, и делаем это каждый раз по иному потому, что мы сами изменяем свою личность с каждым нашим действием и в зависимости от различных условий, а условия - всегда различны (см. Мотивация).
Обучение
Обучение должно строго следовать последовательности "созревания" слоев распознавателей от самых простейших к более сложным. Созревания будут инициироваться в определенные периоды искусственно, когда будет понятно, что предыдущий уровень сложности распознавателей вполне оптимизирован множеством ошибок и удач в столкновении с реальностью, с максимально возможным количеством проявляемых ею качеств. Понятно, что вообще-то чем дольше каждый из периодов последовательного развития, тем точнее специализируются распознаватели. В природе длительность периодов задаются в прямой зависимости от сложности нервной системы организма и у человека он составляет наибольшую длительность. Поэтому длительность периода развития - очень неплохой критерий для оценки относительной сложности психики организмов.
Фактически, для каждого из слоев полей распознавателей должен быть свой период развития и чем более поздний слой, тем его период развития больше, а последние вообще развиваются в течение всей жизни.
Каждый из слоев, начиная с самого первого, поначалу не имеет связей с предшествующими нейристорами и обладают спонтанной активностью, образуя первые связи с активными нейристорами (а первый - непосредственно с полями рецепторных выводов). Затем их специализация уточняется так, что они начинают настраиваться на повторяющиеся сочетания признаков.
Что заставляет считать "правильным" отклик функций распознавания при их оптимизации?
Понятно, что каждый из слоев эволюционно был специализирован для все более сложных поведенческих реакций. Если самые первые слои могли предназначаться для непоследственых сочетаний в двигательными функциями и верность их функции распознавания оптимизировалась непосредственно удачами и неудачами, то в случае развития последовательно сразу многих слоев, их превоначальная специализация оказывается все более спонтанной и размытой и уточняется уже на стадии созревания последних слоев, когда и двигательная активность приобретает соответствующую сложность.
Довольно короткий периоды созревания первых слоев нужны лишь для предварительного выделения наиболее повторяющегося из сочетаний признаков, что осуществляется как простая суперпозиция входных возбуждений, одного за другим, когда повторяющиеся усиливается, а не повторяющееся, случайное ослабляется. Затем вступает в действие подоспевшая в развитии система значимости, и распознавание осуществляется в условиях выделения вниманием конкретных участков восприятия, и личностная оценка успеха или неудачи (я не говорю про сознательную оценку) уже точно корректирует формирование распознавателя.
Большую определенность предварительному обучению придаст то, что мы искусственно уже организовали самый первый уровень выделения примитивов в наших супер-рецепторных полях.
Здесь очень многое, что можно и нужно было бы сказать и уточнить, но, естественно, в ущерб краткости статьи :)
В результате обучения распознаватели приобретают специализацию, и поэтому их нейристоры возбуждаются только в случае определенной картины входной активности и пассивности (т.е. только если сигнал поступает только к определенным возбуждающим и тормозным входам нейристора одновременно). Просто так возбудить случайно нейристор оказывается не просто и нейристорная сеть с научением обретает большую устойчивость к спонтанному возбуждению (рассматривать причины возникновения эпилептических возбуждений здесь не буду).
Эффект апгрейда
Поскольку в нейристорных сетях нет проблем влияния метаболизма, подвода питательных веществ и кислорода, то система постоянно будет находиться в режиме максимальной "энергетики", в режиме гениальности, и только накапливающиеся активности реверберирующих зон будут заставлять время от времени (возможно как у человека раз в сутки) погружаться в сон для восстановления. Конечно, можно было бы гасить активность одномоментно, но этого делать нельзя: будет потерян опыт в плане возможного его использования в прогностических передающих возбуждениях с симптомами когнитивной недостаточности, которые возникают при приеме снотворных, подавляющих фазу сновидений. Кроме того, будут погашены и те наиболее важные, доминирующие активности, которые позволяют поддерживать контекст пока нерешенной проблемы. Поэтому система сна должна постепенно и достаточно медленно увеличивать общее торможение в нейристорной сети до некоторого уровня, приводя к возникновению всех сопутствующих стадиям сна явлениям (см. Сновидения).
Развитие высокоэффективных рецепторных и эффекторных терминалов придаст совершенно немыслимые для людей способности с любыми специализациями.
Придание чисто социальных, коммуникативных рецепторов и эффекторов (встроенный процессор и радиосвязь) на недостижимом пока уровне связала бы отдельные индивиды между собой в общую культуру при сохранении индивидуальностей. Это, не полет фантазии, а минимально прогнозируемый эффект от новых встроенных коммуникативных функций :) которые, с развитием понимания механизмов психических процессов и технологических приемов создания связей между электронными устройствами и нейронами, можно было бы организовывать и на базе развивающегося человеческого мозга.
Вот некоторые гипотетические последствия возможности описанного моделирования: Фасеточный разум :)
20.01.2007
Создан действующий прототип природной реализации адаптивного поведения:
Об авторе:Статьи на сайте Форнит активно защищаются от безусловной веры в их истинность, и авторитетность автора не должна оказывать влияния на понимание сути. Если читатель затрудняется сам с определением корректности приводимых доводов, то у него есть возможность задать вопросы в обсуждении или в теме на форуме. Про авторство статей >>.
Обнаружен организм с крупнейшим геномом Новокаледонский вид вилочного папоротника Tmesipteris oblanceolata, произрастающий в Новой Каледонии, имеет геном размером 160,45 гигапары, что более чем в 50 раз превышает размер генома человека.