Краткая история биометрии: рождение термина и его внедрение в науку и жизнь

Биометрия в наши дни применяется довольно широко. Но она прошла долгий путь. Для начала надо вспомнить, что изначально биометрия была вовсе не тем, что сейчас мы вкладываем в это понятие. Первым попытался ввести этот термин в научный оборот немецкоязычный швейцарский демограф из Базеля Кристоф Бернулли (из известного семейства математиков Бернулли) в 1841 году. В своем «Handbuch der Populationistik: oder der Völker- und Menschenkunde: nach statistischen Ergebnissen» («Справочнике по популяционистике, или по народоведению и человековедению: по статистическим результатам») он девять раз употребил словосочетание Populationiſtiſche Biometrie (биометрия народонаселения), объясняя, как следует применять методы математической статистики в демографии: в оценке среднего роста населения, убывания населения, средней продолжительности жизни в данной популяции (города, региона, страны) и т.д.

Но этот его термин не прижился, как и другой его термин «Populationistik», вскоре замененный на «демографию». Удачливее оказался англичанин Фрэнсис Гальтон. Он тоже увлекался демографией, но рассматривал ее с точки зрения теории естественного отбора своего кузена Чарлза Дарвина и считал, что для населения цивилизованных стран далеко не лишним был бы еще и искусственный отбор, из-под пресса которого Homo sapiens вышел, как только стал sapiens. Поэтому сейчас Гальтона помнят прежде всего как отца-основателя науки евгеники, причем в самой нехорошей ее расовой разновидности. 

Гораздо реже вспоминают, что Гальтон увлекался антропометрией и даже устроил для посетителей Международной выставки здравоохранения в Лондоне в 1884 году показательную антропометрическую лабораторию. Желающие за четверть часа проходили там процедуру обмеров своего тела, очень похожую на бертильонаж, который в том же 1884 году ввели как обязательную процедуру в парижской тюрьме Санте. В 1892 году Гальтон опубликовал книгу «Finger Prints»  («Отпечатки пальцев»), где объяснил почему вероятность совпадения их у разных людей стремиться к нулю (сами расчеты вероятности этого он опубликовал в «Proceedings of the Royal Society» в 1891 г.). 

А еще раньше в 1888 году он журнале «Nature» он опубликовал программную статью «Personal identification and description («Идентификация личности и ее характеристики»), где помимо бертильонажа и дактилоскопии говорится о рисунке радужной оболочки глаза, который «никогда не изучался должным образом», а также об уникальности почерка людей, разветвлений и переплетений их поверхностных вен, узоров морщин на ладони и ступне («что давно используется в тюрьмах Китая», писал он). Чем это была не заявка на новую науку, которую мы сейчас называем биометрией? 

Но сам Гальтон отвел биометрии другую роль. Он в гораздо большей степени был озабочен проблемами наследственности, чем криминалистики. «Что касается меня, то я часто испытывал раздражение из-за неспособности на словах объяснить наследственное сходство, – пишет он. – Поэтому одной из причин, побудивших меня заняться вопросами идентификации личности, было стремление найти независимые признаки, пригодные для изучения наследственности. Вполне вероятно, что каждый человек может нести на своем теле явные свидетельства о своем происхождении и близком родстве с другими людьми, и стоит приложить усилия, чтобы выяснить это».  

Биометрией Гальтон назвал совсем другую науку и позже. В 1901 году вышла его статья «Biometry» («Биометрия»). Предметом науки, названной им «биометрией», было изучение микроэволюционных процессов при естественном отборе по Дарвину. В догенетическую эпоху и даже потом, уже при знании материального носителя наследственности – рибонуклеиновых кислот ДНК и РНК, – и вплоть до появления в 1980-е годы методов молекулярной генетики, уловить микроэволюционные изменения в той или ной популяции вида можно было только биометрическими методами, то есть в буквальном смысле «измерением жизни». В данном случае – измерением морфологии и анатомии: пропорций тела и скелета животного, его окраски и тому подобных характеристик того, что ученые биологи назвали в начале XIX века фенотипом, то есть тем, что получается в итоге реализации генотипа в результате индивидуального развития организма, и как раз то, что и служит материалом для естественного отбора по Дарвину.

«Основная цель биометрии, – писал в этой статье Френсис Гальтон, – предоставить материал, который должен быть достаточно точным для обнаружения зарождающихся изменений в эволюции, которые слишком малы, чтобы быть очевидными. Необходимо определить распределение любого данного признака внутри любого данного вида в любой данный момент времени, а также его связь с внешними воздействиями. Это дает стандарт, по которому можно измерять отклонения и определять направление и скорость их развития». 

Эта статья Гальтона открывала первый номер журнала «Biometrika», созданного специально под новую науку Гальтона – «биометрию». «Первое условие, необходимое для того, чтобы любой процесс естественного отбора мог начаться среди расы или вида, – это существование различий между ее представителями; и первый шаг в исследовании возможного эффекта процесса отбора на любой признак расы должно быть оценка частоты, с которой встречаются особи, демонстрирующие любую заданную степень аномалии в отношении этого признака, – написано там. – Объектом исследование должна быть не сама раса, а статистически репрезентативная выборка представителей расы; и результат должен быть представлен в виде числовое математическое выражение, отражающее относительную частоту встречаемости различных типов особей, составляющих расу». 

Журнал «Biometrika» выходит до сих пор, и до сих пор студентам зоологам, ботаникам, антропологам и экологам преподают в университетах основы биометрии в ее понимании Гальтоном. Пишут для них учебники по биометрии и преподают им эту науку остепененные доценты и профессора. Правда, свои диссертации на соискание ученых степеней кандидатов и докторов физико-математических, биологических и медицинских наук они защищают теперь по научной специальности ВАК 03.01.09 «Математическая биология, биоинформатика». Научной специальности «биометрия» в классификации ВАК нет. Нет ее там потому, что название науки «биометрия» еще в прошлом веке утратило свое первоначальное название в результате семантической деривации, как выражаются лингвисты. 

А говоря попросту, его бесцеремонно, без спроса присвоили своей науке те ученые, кто занимался идентификацией личности, поленившись придумать ей свое собственное имя. Но корить их за это едва ли можно, попробуйте сами придумать ей столь же краткое и выразительное имя как «биометрия». Случилось это уже в компьютерную эпоху, когда на фоне утомительной вековой госбюджетной возни с уголовниками на горизонте нарисовался большой бизнес на автоматизации аутентификации личности, ее подписи и т.п. в финансовой секторе, сфере безопасности и прочая, и прочая. 

В итоге, сейчас в русском языке существуют две «биометрии» и по-хорошему надо уточнять, о какой идет речь. Причем, наш «великий и могучий» в этом плане отнюдь не исключение. Точно такая же ситуация с Biométrie во французском языке, Biometrie в немецком, Biometría в испанском и итальянском, и бог знает в скольких еще языках. Лишь в англоязычных странах, словно договорившихся не обижать память Фрэнсиса Гальтона, его биометрию продолжают называть по-старому – Biometry, а науку об идентификации личности – Biometrics. У нас же в последнее время все чаще в слове «биометрия», особенно когда речь идет об идентификации личности ставят ударение не как в слове «геометрия», а на последний слог – биометрИя. И похоже, что это уже стало нормой, во всяком случае так его произносят дикторы центрального телевидения, а в толковых словарях последних изданий часто указываются сразу два варианта ударения.

Казалось бы, зачем тут огород городить, ведь методы идентификации личности тоже биометрия, то есть «измерение жизни». Так-то оно так, но между этими двумя «биометриями» есть кардинальная разница. Хронологически первая, инструмент исследования микроэволюционных процессов, построена на теории вероятностей, пользуется ее математическим аппаратом и оценивает результаты по среднеквадратичному отклонению от их математического ожидания. Для второй биометрии ее вероятностная суть, как говорится, нож острый. Кто понесет свои кровные в банк, если идентификация личности вкладчика там вероятностная. 

Например, как показала проверка Института стандартов и технологий министерства торговли США (NIST), проведенная в 2020 году лучший на тот момент алгоритм идентификации лица работал с вероятностью 99, 92%, то есть совершал 8 ошибок на 10 тысяч лиц. И это был большой прогресс, шестью годами раньше этот показатель был 400 ошибок на 10 тысяч. Системы такой биометрии продолжают совершенствоваться, и, как обещают ее идеологи, «с помощью алгоритмов нейронной сети скоро достигнут еще большей точности». Словом, нынешняя биометрия всегда всеми силами стремилась стать подобием евклидовой геометрии, где, образно говоря, параллельные линии нигде и никогда не пересекаются и используется математика того же Евклида, где 2 + 2 всегда 4. Вероятность в этой биометрии при публичных ее обсуждениях не то чтобы табу, но о ней говорят ее разработчики между собой, а с посторонними, то есть с пользователями их разработок и изобретений, крайне неохотно. 

Но как бы там ни было, а начиналась современная биометрия человека с классической эволюционной биометрии и средних характеристик представителей разных человеческих рас, причем не только по цвету кожи, но и по краниологическим характеристикам пропорциям тела и расовым типам лица. Данных накопилось столько, что появление «научного расизма» было лишь делом времени. В наше политкорректное время эту науку иначе как лженаукой не называют. Но с таким же успехом лженаукой можно назвать гелиоцентрическую теорию Галилея или классическую механику Ньютона только потому, что на самом деле Вселенная расширяется и поэтому ацентрична, а Ньютон злонамеренно проигнорировал релятивистскую и квантовую механику. У каждого времени свои науки.

Научный расизм был вполне прогрессивной наукой своего времени. Тем более, что после публикации Дарвином своей теории эволюции в 1859 году, отпали причины считать все остальные расы продуктом деградации белой расы, как считал, например, вполне уважаемый и адекватный ученый академик многих европейский академий наук Бюффон, или, наоборот, вести их начало от разных предков, как не менее уважаемый академик Кювье. Очень кстати оказался и откопанный в 1856 году в Германии неандерталец, и с 1859-го по 1871 год научные антропологические общества появились во Франции, Англии, России, Германии, Италии, а их члены если не сами занимались биометрическими обмерами людей разных рас и разных климатических зон, то интерпретировали результаты своих коллег и строили теории эволюции человека. Потом эту биометрию назовут физической (или биологической) антропометрией, занимаются ей ученые и поныне.

Не остался в стороне от бума расовой биометрии и всем известный доктор Чезаре Ломброзо. В 1871 году он публикует свой труд «Белый человек и цветной человек: размышления о происхождении и разнообразии человеческих рас». И только потом, пять лет спустя, в 1876 году, выходит первое издание его знаменитого трактата «Человек преступный; с точки зрения антропологии, юриспруденции и психиатрии». А в его переиздании 1897 года появилось «Приложение о достижениях криминальной антропологии», где на с.637 изложены, как пишет Ломброзо, «только самые важные данные антропометрии, которые не могли быть оставлены без внимания как последнее направление этой новой науки».

К ним Ломброзо отнес рисунок швов черепа у дегенератов, преступников, алкоголиков и проституток, неровности небного свода, врожденные аномалии пальцев кисти и стопы (микромелия, макродактилия, полидактилия, синдактилия) и костей плечевого пояса, форму ушной раковины, не говоря уже о деформациях лица и нижней челюсти у 68% его клиентов. Иными словами, Ломброзо предлагал метод биометрической идентификации потенциального преступника еще в раннем его, преступника, детстве. А пока он этим занимался, чиновник префектуры полиции Парижа Альфонс Бертильон уже вел поголовную биометрию реальных преступников, сидевших в парижской тюрьме Санте с более практичной целью – на тот случай, если они попадутся полиции снова, но уже под другим именем с изменившейся внешностью – пополневшие, исхудавшие, облысевшие, отрастившие усы и бороду и т.д. Рецидивисты, кстати, составляли тогда половину заключенных во Франции.

Кому интересны детали процедуры обмера тела заключенного Бертильоном, может полистать его книгу «Identification anthropométrique» 1893 года или просто глянуть на ее титульный разворот с рисунком пошаговой биометрии преступника (см. ниже). Помимо результатов его обмера на персональной карточке заключенного были его словесное описание, фотографии в фас и правый профиль, потом добавились и отпечатки пальцев. А потом, в начале XX века бертильонаж тихо скончался. От него остались только фотографии (не только в фас и профиль, а полная опознавательная, или сигналетическая, как ее назвали криминалисты, фотосъемка) и дактилоскопия. 

Вероятностная природа биометрии на сегодня имеет только одно исключение. Это дактилоскопия, которая считается абсолютно, стопроцентно надежным методом биометрии для идентификации личности. Такая уверенность основана исключительно на пятитысячелетней практике ее использования для этой цели, а в прошлом веке стало ясно, что папиллярные рисунки различаются даже у однояйцевых близнецов. Более того, в позапрошлом году, когда при сравнении отпечатков пальцев с помощью многослойной искусственной нейросети в дактилоскопии появилась-таки вероятность, но касалась сравнения дерматоглифики на разных пальцах одного и того же человека. 

Составляла она 99,99%, и таким способом можно сильно сузить круг подозреваемых, когда на месте преступления отпечаток оставлен не теми пальцами подозреваемого, которые уже были зарегистрированы и хранятся в базах данных. Как научно выразились авторы этого исследования, два солидных IT-профессора из Колумбийского университета и университета Нью-Йорка в Буффало и их аспиранты, их метод «позволяет найти зацепки по “висякам”».

Спор о вероятностной природе дактилоскопии давно перешел в область юриспруденции, где адвокаты защиты требуют от прокуроров обвинения доказать стопроцентную надежность индивидуальной неповторимости отпечатка пальца и апеллируют к вышестоящим судебным инстанциям, которые, понятное дело, не способны решить этот вопрос хотя бы в силу отсутствия соответствующего образования и знаний, но вынуждены что-то ответить. Словом, решение по существу давно подменяется юридическим крючкотворством.

Данная статья первая в цикле материалов, посвященных истории биометрии (в том числе патентной). В следующем мы подробнее расскажем о дактилоскопии.