Рождение разума: Как интеллект зарождается в людях и нейросетях - Джей Макклелланд Страница 7

Главная цель этой книги – показать, как именно способность к мышлению возникает из совместной деятельности множества нейронов, порождающих опыт, мысль и действие. Нейронные сети станут ключевым инструментом в поиске ответа на этот вопрос «как».

Интерлюдия. Интеллект слизевиков

Сентябрь 1999 г. Токио. Тосиюки разглядывает плазмодиального слизевика. Вид, который он изучает, Physarum polycephalum, ярко-желтый, как Губка Боб, и немного напоминает коралл или лишайник. У него в буквальном смысле нет мозга. И все же Тосиюки, похоже, пытается выяснить, способен ли слизевик выбраться из лабиринта. Он нарезал одного polycephalum на кусочки и разместил их по всему пластиковому лабиринту. На двух концах лабиринта он положил корм для слизевика. Между источниками пищи есть только один прямой путь – все остальные ведут в тупик или петляют. Слизевик кажется совершенно неподвижным, да и Тосиюки тоже замер. Через несколько минут он засыпает. В комнату входит его дочь Марико, только что вернувшаяся из школы, и начинает разглядывать слизевика. Спустя некоторое время…

Тосиюки (просыпается, смотрит на дочь). Почему ты улыбаешься?

Марико. Ты проснулся как раз вовремя!

Тосиюки. В каком смысле?

Марико. Когда ты заснул, слизевик был только там, куда ты его поместил. Потом он разросся по всему лабиринту – заполнил каждый проход, включая тупики. Но теперь посмотри! Он остался только на кратчайшем пути между двумя кусочками еды! Твой эксперимент удался!

Тосиюки (кивает). Я много раз наблюдал это явление, но оно все равно меня поражает.

Марико. Как он вообще может знать, где кратчайший путь между двумя точками?

Тосиюки. Вот это, Марико-тян, правильный вопрос. Досадно, но мы пока точно не знаем ответа. Моя догадка – слизевик выделяет химический маркер в слизи, который помогает ему помнить, где он уже побывал.

Марико. То есть кусочки слизевика могут общаться друг с другом?

Тосиюки. Да, примитивным способом, через химические сигналы.

Марико. Ты хочешь сказать, что слизевик разумен?

Тосиюки. Давай подумаем, на что он способен. Ты видела, что он находит самый эффективный путь между двумя точками. Он выбирает условия, наиболее благоприятные для выживания, – по сути, принимает решения. Так что да, я бы сказал, что слизевик обладает своего рода интеллектом.

Марико. Как что-то может быть разумным, если ни одна его часть не обладает разумом?

Тосиюки. В природе такое происходит постоянно. Муравьиные колонии умеют находить кратчайший путь в обход препятствия, но отдельный муравей на это не способен. Пчелиные рои выбирают лучшие места для ульев, но одна пчела этого сделать не может. Со слизевиком та же история. Эти формы интеллекта возникают из взаимодействия элементов системы, которые сами по себе интеллектом не обладают.

Марико. Но это же просто иллюзия интеллекта! Группы, о которых ты говоришь, только выглядят разумными. Они не обладают разумом так, как им обладают люди.

Тосиюки. Почему же?

Марико. Хотя бы потому, что люди – не колония и не суперорганизм. Мы индивидуальности.

Тосиюки. А что, если представить человеческий мозг как своего рода колонию нейронов? Ни один нейрон не обладает разумом, но вместе…

Марико (после паузы). Мне все равно кажется, что это не так. Мы действуем через мышление. А слизевик не думает.

Тосиюки. Я понимаю твои чувства. Но природа как будто подсказывает нам, что пора пересмотреть наши представления о собственном мышлении.

Понимание разума через эмерджентность в нейронных сетях

Нейрон – это клетка. Базовый элемент нервной системы. В вашем мозге около 100 млрд нейронов, и еще миллиарды находятся в остальных частях тела. Многие нейроны мозга соединены между собой обширными связями. В этом смысле ваш мозг представляет собой нейронную сеть.

Как и муравей (или отдельная птица в примере с мурмурацией из главы 1), нейрон обладает довольно ограниченным репертуаром действий. В частности, он посылает другим нейронам короткие электрические импульсы – потенциалы действия, или спайки. Их можно записать с помощью электродов, введенных в мозг, и передать на динамик, где каждый импульс звучит как тихий щелчок. Без внешней стимуляции типичный нейрон генерирует импульсы с низкой частотой. Назовем это его базовой частотой активации. При возбуждении нейрон генерирует потенциалы действия с частотой выше базовой. При торможении его частота активации падает ниже базового уровня.

Некоторые нейроны способны напрямую активироваться сигналами из внешнего мира – это особые нейроны сенсорных рецепторов. Большинство же нейронов получают входные сигналы от других нейронов, с которыми они связаны. Эти сигналы могут либо возбуждать нейрон (повышая частоту его активации), либо тормозить его (снижая эту частоту).

Как же такая активация может образовывать целое? Оказывается, еще как может.

Рассмотрим один из первых примеров нейронной сети, способной делать то, что не под силу ни одному из составляющих ее нейронов. Этот пример взят из работ нейробиологов Дэвида Хьюбела и Торстена Визеля, которые с помощью сети нейронов объяснили, как мы начинаем выстраивать картину окружающего мира. В основу их модели легли новаторские наблюдения за зрительной корой кошки, перед которой они демонстрировали слайды. За свой вклад в науку Хьюбел и Визель получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1981 г.

Когда в 1950-х годах Хьюбел и Визель начинали свои исследования, уже было известно, что многие нейроны глаза реагируют на свет генерацией потенциалов действия. Как и следовало ожидать, частота их активации значительно превышает базовую, если световое пятно попадает в центр их рецептивного поля (участка пространства, к которому нейрон наиболее чувствителен), и остается на базовом уровне, если пятно находится вне этого поля. Удивительная особенность этих клеток состоит в том, что, если световое пятно располагается чуть в стороне от центра рецептивного поля, они не активируются чуть выше базового уровня, как можно было бы предположить. Напротив, их активность падает ниже базовой частоты. Иными словами, активность нейрона сетчатки подавляется, если световой стимул находится в его рецептивном поле, но смещен от центра (рисунок 2.4).

Все это было известно и понятно. Загадка, которую пытались разрешить Хьюбел и Визель, заключалась в другом: как разум способен распознавать осмысленные формы, если нейроны реагируют лишь на точки света? Глядя на окружающий мир, мы видим предметы разных цветов и форм, расположенные в пространстве. Но нейроны глаза не реагируют на объекты как таковые. Они активируются в ответ на точечные световые стимулы – пятнышки или точки. Хьюбел и Визель заключили, что распознавание объектов вроде лиц или домов должно происходить в мозге. Но как именно? Они решили начать с поиска нейронов, которые активируются в ответ на целые