Информация. Подборка из книг. Мозг человека и искусственный интеллект. Напалков А. В., Прагина Л. Л.. Мозг человека, мышление и кибернетика.

Выявление алгоритмов работы мозга не решало всех проблем моделирования интеллектуальной деятельности. Открывались возможности для раскрытия механизмов таких явлений, как обучение ^[1], прогнозирование. Однако при попытках создать кибернетические системы, активно осуществляющие интеллектуальную деятельность, возникли трудности.

Жизнь человека, его деятельность определяются не только его опытом ^[2], системой знаний, но и формированием программ работы, обеспечивающих его приспособление к длительным сохраняющимся ситуациям. Например, студент, изучающий медицину, в процессе своей повседневной жизни работает в обстановке, специфической для данного института. Механизмы принятия решений, построения версий, формирования понятий используются, но они отходят на задний план, уступая место ситуационным программам деятельности, основанным на использовании выработанных понятий. Это один из основных уровней мыслительной деятельности, без изучения и моделирования которого было невозможно подойти к решению проблем «искусственного интеллекта».

В связи с этим большое значение в науке ^[3] приобрели идеи специального направления кибернетики — эвристического программирования. Ученые не ставили перед собой цель воспроизвести модель организации нервных клеток, т. е. субстрата информационной деятельности, Для того чтобы создать модели искусственного интеллекта ^[4], оказалось достаточным построить определенные алгоритмы и программы. Такие программы затем можно было реализовать на универсальной вычислительной машине, не заботясь о том, чтобы устройство машины в какой-то степени приближалось к работе нервных элементов мозга. Созданные таким образом эвристические программы доказывали теоремы в области геометрии значительно быстрее, чем человек, и часто находили такой путь доказательства, который не приходил в голову специалистам.

Это позволило говорить о том, что они обладают какими-то элементами творчества или элементами интеллектуальной деятельности. Оказалось возможным построение таких эвристических программ, которые осуществляли деятельность банкового служащего, балансирование конвейерных линий, отвечали на простейшие вопросы и т д.

При создании эвристических программ исследователи отказались как от идеи использования математического аппарата, так и от разработки теории работы мозга. Они выявляли определенные «эвристики», т. е. способы принятия решений, в результате которых человек приходил к принятию решений в какой-либо узкой области своей профессиональной деятельности, например при балансировании конвейерных линий, при работе диспетчера и т. д. Определенные типичные ситуации и некоторые -способы, при помощи которых человек мог решать возникающие перед ним проблемы, представлялись в виде программ для вычислительных машин.

За относительно короткий период времени в различных странах было создано большое количество эвристических программ подобного типа, некоторые из них получили практическое значение. Так, например, были созданы программы, которые могли осуществлять такую сложную деятельность, как работа исследователя, устанавливающего структурную формулу химических веществ Для этого была проведена работа с опытным специалистом в области химии. Последовательно изучая все используемые им методики и эвристики, кибернетики добились создания нужных программ для вычислительных машин.

Характерная особенность этих исследований заключалась в том, что обычно создатели новых эвристических программ не заботились не только о сходстве организации субстрата информационной деятельности машины и мозга человека, но и о раскрытии природы самих эвристик, их происхождения, не искали объяснения, почему именно они способствуют решению задачи. Для исследователя этого направления казалось достаточным «подсмотреть» какую-либо эвристику при работе мозга и воспроизвести ее в виде программы вычислительной машины. Такой подход обеспечил быстрое создание программ, имитирующих различные стороны интеллектуальной деятельности человека, но не мог полностью удовлетворить исследователей, так как не давал ответа на вопрос: почему именно эвристика приводит к положительному решению?

Часто в той ситуации, в которой человек осуществлял определенную эвристическую деятельность и Добивался результатов, с точки зрения ^[5] математики ^[6] отсутствовала какая-либо принципиальная возможность использования более рациональной тактики, чем тактика простого перебора всех возможных вариантов. Возникал естественный вопрос: как может использоваться эвристика в условиях, когда точное математическое описание и теоретическое рассмотрение приводят к выводу о невозможности существования каких-либо целесообразных способов действия?

Эти проблемы нашли свое отражение в целом ряде дискуссий, в ходе которых математики выражали свое несогласие с направлением работы специалистов в области эвристического программирования и указывали на то, что эвристики не могут обеспечивать эффективного принятия решений. Со своей стороны специалисты в области эвристического программирования приводили, казалось бы, также достаточно убедительный и простой довод, который сводился к тому, что если бы математики были правы и действительно не существовало принципиальной возможности рационального принятия решений в описываемых условиях, то не только созданные модели в области эвристического программирования, но и реальные механизмы мышления ^[7] человека во внешней среде не могли бы существовать. В то же время факты говорят об обратном, об эффективности и большой продуктивности интеллекта человека.

Эвристическое программирование привлекает к себе серьезное внимание ^[8] исследователей различных специальностей: психологов, философов, математиков. Оно развивалось в условиях необходимости преодоления серьезных противоречий и трудностей. Некоторым проблемам эвристического программирования были посвящены специальные заседания международной конференции, созванной в Суханово (Московская обл.}. На эту конференцию собрались исследователи из многих стран мира, для того чтобы обсудить перспективы создания искусственного интеллекта. На ней выступил, в частности, американский исследователь Гелернтер. Свою критику методов эвристического программирования профессор Гелернтер построил в форме ответа на вопросы. Отвечая на вопрос, почему он прекратил свои исследования в области создания эвристических программ, доказывающих теоремы в области геометрии, он указывал, что используемые в таких программах принципы и механизмы не отражают основных процессов творческого мышления ^[9] человека. Они работают только в очень узких специализированных ситуациях и поэтому не могут служить основой для изучения психологии и физиологии мышления.

Недостатки эвристического программирования проявились также при попытках использования программ для решения практических задач. В некоторых случаях такие программы оказывались полезными. Однако в то же время выявились и существенные их недостатки. Дело в том, что, создавая кибернетические устройства, способные осуществлять проектирование, конструирование, решение задач управления производством, исследователи ставили перед собой цель построить системы, превосходящие способности мозга человека, системы, которые бы могли использовать новые, более эффективные алгоритмы. Между тем в том случае, если в виде программы были реализованы эвристики, используемые специалистами, создавалось впечатление ^[10], что программа повторяет только то, что делал раньше человек, и не может создать более рациональной системы принятия решения. Это существенным образом ограничивало возможности практического использования моделей искусственного интеллекта в этих областях производственной деятельности.

Эксперименты показали, что описываемые методы моделирования нельзя применять, при изучении механизмов работы мозга. Если используются понятия человеческого языка, например понятие, связанное с проектированием жилых зданий или проектированием автоматизированных систем управления, то каждое из этих понятий относится к некоторой области конкретной производственной деятельности человека, оно предопределяет круг решаемых проблем. Применение хотя бы одного такого понятия неизбежно влечет за

собой использование других конкретных понятий, так как все они связаны в мышлении человека в единую систему. Создатель искусственного интеллекта, которому кажется, что он может использовать только одно «базовое» понятие, а все остальные возникнут в процессе работы системы и будут общими для различных задач, «попадает в ловушку». В конце концов исследование приводит к созданию нового варианта частной программы.

Таким образом, мы подошли к ответу на один из вопросов, поставленных в нашей книге. Как могло получиться, что в условиях отсутствия понимания механизмов работы мозга удалось построить модели, имитирующие способности к интеллектуальной деятельности? Теперь мы видим, что такие модели в действительности не отражали основных механизмов высшей нервной деятельности ^[11], они воспроизводили только некоторые внешние проявления их работы. Вместе с тем анализ, проведенный при моделировании, оказал стимулирующее влияние на процесс изучения механизмов работы мозга, он прнвел к формированию новых идей и методов исследования. Стали вырисовываться контуры нового комплексного пути исследования, объединяющего изучение высшей нервной деятельности и построение кибернетических моделей.

Каким же образом следует подходить к изучению и воспроизведению в виде моделей основных истинных механизмов деятельности мозга? Можно ли использовать описанные подходы для того, чтобы добиться решения задач коренного усовершенствования систем управления, повышения эффективности творческой деятельности человека на основании использования вычислительной техники?

Исследования в области создания искусственного интеллекта пошли по пути поиска. Так, была создана эвристическая программа, которая была названа «общий решатель проблем». Что значит слово «общий»? В него вложено достаточно большое содержание. Такая эвристическая программа должна решать проблемы, не только связанные с какой-то конкретной областью, одной профессией, одной ситуацией информационной деятельности. Она должна была быть применима к любым задачам, принимать решение в различных складывающихся в процессе жизни человека (или искусственного интеллекта) ситуациях. Для того чтобы решить эту проблему, ученые исключили из арсенала понятий, используемых машиной, такие слова, которые имели конкретное содержание (смысл). При создании- модели «универсальный решатель проблем» были использованы только абстрактные символы, например, сформулированные в виде букв, объединенных в слова. Все связи между буквами и словами носили также абстрактный характер. Так, был сделан вывод о том, что некоторые формы принятия решений могут быть представлены как переход от исходной ситуации к конечной. Первая отражает собой то, что имеется в распоряжении специалиста, решающего проблему, вторая — к чему он стремится в процессе своей деятельности. Обе конечные и начальные ситуации могут быть представлены в виде определенного набора символов (слова),

При построении такой абстрактной схемы нужно было добиться, чтобы каждая из букв могла отражать разные конкретные понятия. Вместо буквы могут быть подставлены различные понятия, определяемые такими словами, как «станки», «здания», «автомобили» и т. д. Программа должна решать задачи в общем виде. Однако имелось в виду, что на основе ее работы будут решены различные конкретные задачи, которые возникают в результате подстановки вместо букв конкретных понятий. Таким образом, программа должна была, по замыслу ее авторов, приобрести универсальное значение.

Обратимся к рассмотрению примеров. При решении какой-либо проблемы человек имеет представление о том, какие операции или действия над объектами возможны и какие невозможны. Например, специалист, принимающий решения, знает, что он может купить станки нужного типа. На этих станках он может производить определенную продукцию. Список таких возможных преобразований исходной ситуации был определен в виде комплекса «допустимых подстановок». Если определить решение проблем таким образом в виде абстрактной схемы, то можно было записать, что имеются ситуации, характеризующиеся наличием букв а₁ а₆, a₈, а₃, и конечные — а₄, a₁₅. Можно представить процесс, который будет заключаться и сравнении начальной и конечной ситуации и выявлении того, чем именно они отличаются друг от друга. Затем можно в списке допустимых подстановок найти такое преобразование, которое приводит к устранению ненужных букв и появлению нужных. Осуществляется подстановка, замена одной группы букв другой. Очевидно, что в результате такой замены ситуация приближается к той, которая поставлена в виде цели. Однако, в возникающей системе могут появляться новые ненужные буквы и исключаться те, которые нужны. Для этого может быть применена следующая подстановка и т. д.

Таким образом, рассматривая начальную и конечную ситуацию и возможные преобразования, можно сформулировать некоторые тактики осуществления подстановок, которые в конечном итоге приведут к желаемому результату. Такая идея формального представления процесса была реализована в различных вариантах, при разработке которых большое значение имело использование принципов логического мышления человека. Затем создавались программы для ЭВМ. Во многих случаях они оказывались эффективными. Были сделаны попытки использовать эти программы в различных конкретных задачах, например при игре в шахматы, в процессе доказательства теорем, в решении некоторых задач, связанных с организацией производства, и т. д. В целом были получены положительные результаты. Созданные кибернетические системы, которые в их конкретном варианте включали ряд дополнительных усовершенствований, показали свою эффективность во многих случаях. Но в то же время были обнаружены и их существенные недостатки. Программы оказались слишком элементарными, простыми по сравнению со сложным мышлением человека.

В чем же заключалась эта «тупость» программы «общий решатель проблем»? Чем она отличалась от реального мышления человека? Советские психологи О. К. Тихомиров и В. Н. Пушкин провели специальные исследования. Они сравнивали процесс принятия решений эвристической программой и человеком. Например, сравнивалась игра в шахматы, осуществленная программой и специалистом. При этом использовались достаточно интересные приемы психологического анализа, в частности регистрировалось движение глаз человека во время игры. На этой основе можно было понять, каким образом человек рассматривает шахматное поле, на какие элементы игры он обращает внимание, и подойти в конце концов к анализу тактик принятия решений человеком.

В этих работах было достаточно убедительно показано, что человек использует совершенно иные приемы исследования, которые было трудно сравнивать с характером принятия решений эвристической программой.

В работах, указывающих на недостаточность эвристических программ, справедливо отмечалось, что во многих случаях при принятии решений человек не может определить четко той конечной ситуации, к которой он стремится, в то время как при работе программы «общий решатель проблем» такое определение было необходимо. Так, если конструктор проектирует новое техническое устройство, то он рассматривает различные варианты и в конечном итоге может прийти к совершенно новому представлению о принципах организации создаваемого им уникального изделия. Для него важно не конкретное описание результата, а реализация некоторых более общих принципов, которые определяются заказчиком при создании новой машины, В процессе поиска решения конструктор использует интуитивное представление о легкости или сложности реализации того или иного проекта, у него возникают определенные ориентиры поиска. Каким образом этот более сложный процесс принятия решений может быть реализован в виде модели?

В работах психологов было указано также на то, что человек в процессе своей деятельности не только стремится к достижению цели, но и ставит новые «подцели», осуществляется так называемый процесс «целеполагания» Ученые подробно изучили различные случаи возникновения новых целей, обстоятельства, при которых они возникают. Они указали на то, что программы, создаваемые специалистами в области эвристического программирования, не реализуют этих особенностей мышления человека

Конечно, можно было сказать, что программа «общий решатель проблем» в каком-то смысле ставит подцели, например она ставит перед собой задачу устранить какую-либо букву, которая присутствует в начальной ситуации и отсутствует в конечной. Однако этот процесс имеет примитивный характер и не отражает сложную систему возникновения мотивов деятельности, которая свойственна человеку. Наконец, человек, как правило, не просто решает задачи. Он так преобразует саму постановку проблемы, приводит ее к такому виду, который допускает эффективное решение.

Человек способен обнаружить скрытую внутреннюю сущность проблемы и определить истинные задачи, увидеть их сквозь «оболочку» маскирующих факторов. В наши дни большой интерес ^[12] вызывает головоломка «венгерский кубик», или «кубик Рубика». На первый взгляд головоломка кажется неразрешимой. Перебор всех вариантов настолько велик, что трудно рассчитывать на успех. Работа мозга в этой ситуации основывается на том, что человек в своей интуитивной деятельности находит возможность для выявления скрытых структур и объективно существующих постановок новых задач, которые допускают решение. Эвристические программы этого делать не могут.

Подобные же трудности возникли и в области построения программ, связанных с распознаванием образов и выработкой ^[13] понятий. Первоначально казалось, что такие модели сделать не так уж трудно. Достаточно создать программу, которая будет статистически обрабатывать все признаки и выделять те из них, которые присутствуют в опознаваемых объектах. Определенным образом группируя эти признаки, можно создать абстрактные понятия, которые затем будут использоваться для анализа вновь возникающих перед «взором» эвристической программы ситуаций.

Однако попытки создать такие системы, которые на первых стадиях работы приводили к положительным результатам, указали на недостаточность этих общих принципов. Психологи справедливо’ отметили, что понятия, формируемые человеком, определяются не на основании сходства многих объектов и выявления таким образом общих признаков, а в результате работы более сложных механизмов.

Интересные выводы сделаны советским исследователем-психологом С. Л. Рубинштейном. Согласно его представлениям первоначальным этапом создания понятий является построение информационных конструкций, в которых определяется их значение и место в общей системе. Только на втором этапе начинается обобщение и анализ признаков тех объектов, которые соответствуют уже созданной «мыслительной структуре». Такая идея тесно связывает процесс формирования понятий с использованием определенной организации внешнего мира. Понятие вырабатывается только потому, что во внешней среде имеются факторы, определяющие возможность и целесообразность их формирования для решения проблем, возникающих в окружающей человека действительности.

Каким же образом осуществляется этот процесс? Ведь пока не выработаны отдельные понятия, нельзя говорить о формировании структуры более высокого уровня, а пока не создана структура, нельзя начать построение отдельных понятий. Возникает как бы замкнутый круг, из которого не видно выхода. Эти рассуждения привели некоторых ученых к выводу о том, что эвристическое программирование не может стать основой, приближающей к разгадке тайн мышления человека.

Так ли это на самом деле? Конечно, в настоящее время не вызывает сомнения, что описанные выше программы отражали только очень простые механизмы информационной деятельности. Человек в целом мыслит не так, как «мыслит» эвристическая программа. Но имеются ли существенные доказательства того, что в качестве определенного компонента такая программа не входит в арсенал мышления человека? Ведь различие в конкретных экспериментах могло быть результатом того, что помимо принципов, используемых программой «общий решатель проблем», мышление человека могло использовать и другие алгоритмы. Это не исключало актуальности рассмотрения эвристической программы как определенного компонента мышления.

Большая трудность в оценке результативности этого метода связана с тем, что психологические исследования не отвечали на вопрос, а какие же собственно механизмы лежат в основе мышления человека. Изучая движение глаз человека, регистрируя биоэлектрические явления головного мозга и кожно-гальванические реакции ^[14], которые отражают возникновение эмоциональных реакций, исследователи все же не могли проникнуть в тайны информационной деятельности. В каждом конкретном случае общая картина поведения ^[15] человека, например при игре в шахматы перенесение взгляда с одной части поля на другую, имела специфический характер. Различные тактики рассмотрения фигур трудно было сопоставить друг с другом. В каждой ситуации человек действовал по-разному, и поэтому не было предпосылок для выявления каких-то универсальных общих правил и закономерностей.

Метод статистической обработки экспериментальных данных не приводил к положительным результатам. Статистически можно было обрабатывать какие-то однородные данные. А при анализе мышления человека каждый раз испытуемый формулировал различные целостные планы и тактики, действия. Например, в одном случае он стремился осуществить выгодный ‘ размен фигур, в другом — выиграть пешку.

Не приводили к положительному результату и многочисленные попытки исследователей настолько упростить экспериментальные ситуации, чтобы можно было получить простые однозначные результаты. Применение простых опытов приводило к исчезновению тех сложных задач, которые определяли сущность интеллектуальной деятельности. Поэтому полученные результаты нельзя было использовать для объяснения механизмов мышления.

Таким образом, с одной стороны, были доказаны недостатки эвристических программ, а с другой — не удалось наметить эффективных путей преодоления трудностей и организовать тесной связи исследования в области психологии с развитием работ по построению искусственного интеллекта.

Приведенные выше сведения о работе алгоритмов и о путях их выявления позволят нам глубже понять – сущность разногласий, возникших между психологами и создателями эвристических программ. Действительно, на первый этапах развития кибернетики не удалось построить моделей, отражающих сложные формы работы мозга. Исследователи, создающие модели «искусственного интеллекта», не только не имели сведений о сложных алгоритмах работы мозга, но и не использовали тех методических приемов исследования, которые могли бы привести к их раскрытию.. Не были известны трудности, которые возникают при попытках раскрытия сложных информационных механизмов высшей нервной деятельности. В связи с этим созданные программы были весьма примитивны. Вместе с тем означало ли это, что эвристическое программирование полностью дискредитировало себя? Видимо, нет. Если методы моделирования использовать в тесном содружестве с экспериментальным изучением алгоритмов, если в основу исследования поставить разработку теории высшей нервной деятельности, основанной на построении абстрактной системы, то, вероятно, можно добиться положительных результатов.

Оценивая роль эвристического программирования и его место в общей системе исследований, ведущих к созданию «искусственного интеллекта», следует подчеркнуть важность ряда введенных новых положений. В этой области науки была четко определена и доказана, на основе построения моделей необходимость изучения информационных систем как самостоятельного явления. Была продемонстрирована необходимость рассмотрения более сложных систем взаимодействия между информационными системами и реализующим их функционирование физико-химическим субстратом. Большое значение имела идея о возможности представления сложных информационных систем как результата объединения элементарных информационных процессов.

Эти выводы, полученные при развитии эвристического программирования, совпадают с теми описанными нами ранее результатами, к которым пришли исследователи на основе разработки учения И. П. Павлова. Однако при сравнении обеих тенденций развития науки следует отметить и существенное различие. Разработка теории высшей нервной деятельности обеспечила научный анализ различных сложных форм работы мозга. Эвристическое программирование не располагало такими методами. Этим определялись отмеченные выше трудности в его развитии. Были построены только очень простые модели процесса принятия решений. Не удалось организовать исследования механизмов более сложных форм работы мозга, для того чтобы можно было построить элементы «искусственного интеллекта».