Как нейротехнологии позволяют мозгу общаться с компьютером. Что называют мозгом компьютера. Твой мозг делает тебя тем, кто ты есть

ЭВМ может хранить в памяти любое количество сведений (даже абсолютно бессмысленных) и производить с ними миллионы действий в секунду. Сперва надеялись, что эти достоинства уже гарантируют высокий интеллектуальный потенциал, но вскоре выяснилось, что во многой осведомленности не обязательно таится мудрость. Ведь, как мы видели, ум - способность не отбрасывать плохие варианты, а находить хорошие, чего примитивным перебором не достигнешь.

Человек не запомнит большой объем неорганизованной информации (вроде телефонного справочника), но зато знания у него в голове хорошо структурированы и взаимосвязаны. Они в наибольшей мере отражают существенные стороны реальности: наборы маршрутных "карт" увязаны между собой по вертикали и горизонтали, каждое понятие окружено его "ассоциативной аурой" (Д.С.Лихачев). Это богатство связей позволяет извлекать только относящиеся к делу сведения, а из них уже конструировать нужное решение.

Знаниями о мире, моделью мира необходимо наделить и компьютер. Для этого в него сейчас вводят набор "сценариев". Сценарий - это общий каркас, стереотип, который каждый раз должен наполняться конкретным содержанием. Распознав ситуацию, машина отыскивает соответствующий сценарий, после чего сама ставит вопросы и уточняет для себя недостающие детали.

Это нелегко сделать, если учесть, что запас таких шаблонов у человека поистине колоссален - в них кристаллизуется опыт всей предшествующей жизни. Каждое явление мы представляем во многих срезах и ракурсах, а некоторые вещи, например, пространственные соотношения, усваиваются бессознательно в раннем детстве.

Но самое главное отличие здесь в том, что мозг оперирует непосредственно теми емкими образами, которые в нем возникли, то есть ему не нужно каждый раз опускаться до простейших операций. Судя по всему, образное мышление не отделено от памяти, где эти образы как-то запечатлены, и одновременно с перестройкой памяти самоорганизуется, настраивается на вновь созданный язык и "процессор".

Это очень трудно воспроизвести прежде всего потому, что физические принципы нейрологической памяти не раскрыты. Сейчас популярна аналогия между оптическими голограммами и энграммами памяти (распределенность по носителю, огромная емкость, ассоциативность). На этом сходстве пытаются основывать думающие машины необычного типа - оптоэлектронные, в которых храниться и обрабатываться будут не числовые коды всех понятий, а образы - голограммы.

Другое направление - создание как бы аналога нейронной сети из большого массива простых ЭВМ. Хотя каждая из них выполняет несложную функцию, все вместе они манипулируют целыми комплексами состояний. Опять получается нечто похожее на образное мышление.

Так или иначе, но компьютеры должны научиться, выражаясь словами еще одного патриарха кибернетики, Клода Шеннона, "выполнять естественные операции с образами, понятиями и смутными аналогиями, а не последовательные операции с десятиразрядными числами".

Работа мысли направляется определенными целевыми установками, мотивацией. Сама цель становится тем вершинным образом, который направляет поиск средств для ее достижения. В нас заложена потребность получить новые впечатления (чувство информационного голода), а также сжать их, охватить одним взглядом. Вероятно, эти установки надо внести в машину, чтобы сделать ее активно познающей.

Наступит день, когда интуитивное мышление, связанное с неизвестными пока механизмами памяти, тоже будет реализовано в виде электронных или каких-то других схем. Постепенно искусственный интеллект начнет догонять, а затем и превосходить своего создателя в решении различных задач, игре в шахматы и тому подобное.

И будет становиться все более очевидным, что главное различие - не в свойствах мышления как такового, а в том, что человек наделен личностными свойствами, в первую очередь, сознанием. "Человек знает, что знает".

Сможет ли машина преодолеть и этот рубеж? Когда она научится сама образовывать новые понятия, то рано или поздно придет к понятию "компьютер". А после - эффект зеркала: зная, что такое зеркало и видя в нем свое отражение, она придет к пониманию своего "Я".

Прежде чем сравнивать мышление человека с искусственным ин­теллектом, необходимо сначала остановиться на некоторых общих чертах организации мозга и компьютера.

1. Обработка информации. Легко можно провести параллель между обработкой информации компьютером и человеческим мозгом. Дея­тельность компьютера, как и мозга, включает четыре этапа -кодиро­вание, хранение, обработку информации и выдачу результата.

Первый этап в случае компьютера -это ввод информации с клавиату­ры или с дискеты, на которой записана программа. Новейшие техни­ческие разработки позволяют осуществлять голосовой ввод или ввод с помощью светочувствительных элементов.

Второй этап, столь же важный для компьютера, как и для мозга, - это память. От ее емкости, которая может варьировать от нескольких тысяч до нескольких миллионов единиц 1 , зависит мощность компьютера. У компьютера имеются два вида памяти. В постоянной памяти запи­саны все программы, определяющие работу компьютера (язык, инструк­ции, конфигурации алфавитно-цифровых знаков и т.д.). Эту память можно сравнить с врожденным багажом животных того или иного вида -будь то звуки, которые они способны издавать, или механизмы функционирования интеллекта. Что касается оперативной памяти, то в ней, как

" Основная единица памяти в теории информации - это бит. Бит соответст­вует одному двоичному выбору, т. е. отражает тот факт, что некоторый элемент может находиться в одном из двух состояний - 1 или 0; например, определенный электронный контур в компьютере может быть открыт или закрыт, т. е. пропус­кать (1) или не пропускать (0) ток. Существует более крупная единица-байт, равная 8 бит. Емкость памяти карманных микрокалькуляторов составляет 1000 байт (1 килобайт, или Кбайт) или 2000 байт (2 Кбайт). Память очень мощных машин может достигать тысяч килобайт. Персональные компьютеры обычно обладают памятью в 128 или 256 Кбайт.

необходим_____________Глава 9 ____________________

совокупное и у человека, могут записываться или стираться данные. Именно данные для выполнения программы. симости о", важнейший блок-это процессор. Он представляет собой в компью-сть контуров и служит «корой головного мозга» компьютера.

Наконец осуществляет операции, указанные в программе, выдачу инструкций и данных, хранящихся в памяти или вводимых на экран, пpоцессep.

Из всегзодиться в речевой форме. Кроме того, устройство вывода мозга и к<ь связано с какой-то аппаратурой или роботами, исполняю-турна. Мосазы компьютера.

и машины о этого видно, что аналогия между основными структурами два примермпьютера совершенно очевидна, хотя и несколько карика-

2. Кибе"жно провести аналогии и на уровне деятельности мозга пьютер, ка. Чтобы проиллюстрировать эти аналогии, мы рассмотрим связи. Cai^a-из области кибернетики и решения проблем. жизни.Имрнетика. Речь здесь пойдет о саморегуляции, которую ком-окруж-.ющк и мозг, осуществляет с помощью отрицательной обратной изменяем 1Юрегуляция - это неотъемлемая часть нашей повседневной закона зф^енно благодаря той информации, которую мы получаем от

Возьметей среды, мы либо продолжаем, либо прекращаем, либо с помощы^аши действия. Собственно говоря, именно в этом сущность деляющий,>екта и принципа подкрепления. осуществлю простейший пример. Представим себе, что человек бреется тельность f3 электрической бритвы. В этом случае ввод данных, опре-тера. следует ли продолжать или прекращать эту операцию, будет

В языкепъся путем ощупывания кожи рукой. Таким образом, дея-товых ком^озга и руки можно сравнить с функционированием компью-струкции н

такую инс" Бейсик-самом простом языке, который используется в бы-причем тр1"пьютерах, - саморегуляция осуществляется с помощью ин-

1) пров»а английском языке „IF...THEN..." (если... то...). Используя

2) пров(фукцию, мы можем написать программу из пяти строк",

3) IF кс1 первые строки образуют цикл:

4) IF ксЭДение бритвой по коже;

5) прекрдение рукой по коже;

>жа не гладка, THEN 1;

.|жа гладка, THEN S ;

1 ^а ращение бритья.

инструкции i

женное в тре

чески прекрати, деде инструкция 4 излишняя, так как переход к очередной фоизойдет автоматически, если не будет выполнено условие, зало-тьей строке. В случае если кожа станет гладкой, бритье автомати-тится.

Адаптация и творчество 474

Сходные закономерности действуют и во многих других областях повседневной жизни. Подобные программы используются домохозяй­кой при мытье посуды, гитаристом при настройке гитары, лектором (или конферансье), следящим за вниманием аудитории, и т. п. Такие же программы действуют и при формулировании гипотез, позволяющих воспринять или распознать предмет либо животное. Нетрудно пред­ставить себе программы из инструкций „IF... THEN...", с помощью которой мозг ребенка будет отличать кошку от собаки или даже от львенка.

Разумеется, существует множество других инструкций, позволяющих формировать циклы или даже вкладывать их один в другой. Однако подробный разбор таких инструкций не входит в наши задачи.

3. Решение проблем. Из главы 8 мы уже знаем, что для решения проблем необходимо объединение и обработка информации, содержа­щейся в памяти и поступающей из внешней среды. Для этого можно использовать разные процедуры, различающиеся по тому, в какой степени используется память и в какой -манипулирование самой ин­формацией (Norman, Lindsay, 1980).

Типы процедур. Возьмем простой пример: предположим, что нам необходимо умножить 12 на 12. Для этого можно использовать по меньшей мере три типа процедур.

Первая из них -это метод последовательных преобразований. При этом наш расчет может быть осуществлен с помощью 11 сложений:

12 + 12 = 24; 24 + 12 = 36; 36 + 12 = 48 и т. д.

Такая процедура требует очень малого участия памяти, но большого манипулирования информацией.

Второй тип процедур основан на использовании таблиц. При этом в памяти необходимо хранить как можно больше столбцов из таблицы умножения, и тогда ответ, взятый из столбца с множителем 12, авто­матически появится в голове или на экране. В отличие от первого способа здесь требуется очень небольшая обработка информации, но весьма обширная память.

Третья разновидность процедур -это своего рода компромисс между первыми двумя типами. Она основана на применении правил и требует среднего объема памяти и манипулирования информацией. В нашем примере для этого достаточно знать таблицу умножения для первых 10 чисел, а затем произвести несколько операций. Схема расчета будет такой:

(10-10) + (2-10) + (10-2) + (2-2) = 144.

Типы процедур, используемых для решения проблем, зависят от имеющегося опыта, от необходимого числа повторений одной и той же операции и от емкости памяти.

Для того чтобы узнать, какое вино подходит к тому или иному блюду, мы можем последовательно перепробовать различные вина, использовать таблицу, в которой к каждому блюду рекомендуется

474 Глава 9

какое-то вино, или же использовать общие правила соответствия вин различным типам мясных блюд. Инженер, проектирующий мост, и астроном, отыскивающий на небе звезду, будут таким же образом выбирать нужный тип процедуры.

Можно провести еще одну параллель между работой человеческого мозга и компьютера при решении проблем. Речь идет о применении тех стратегий, которые мы рассмотрели в главе 8.

Поскольку компьютер может работать только по программе, рас­сматривать здесь случайный перебор бессмысленно. В случае если речь идет об игре, в которой такая стратегия не используется, было бы неэкономно «заставлять» компьютер искать решение задачи с помощью этой стратегии.

Остальные две стратегии используются как человеком, так и компью­тером.

Рациональный перебор соответствует эвристическому методу, при котором процессор занимается поисками частичных решений, чтобы максимально повысить вероятность нахождения приемлемого решения, сведя к минимуму время и усилия на его поиск.

Систематический перебор соответствует алгоритмическому методу; в этом случае систематически просматриваются все возможные (при имеющемся наборе данных) решения с целью найти то из них, которое, наиболее эффективно. Однако компьютер, так же как и человек, не использует эту последнюю стратегию для решения сложных задач. Например, при игре в шахматы алгоритмический метод потребовал бы того, чтобы компьютер для полной уверенности в выигрыше каждый раз просматривал 10 120 возможностей. В подобных случаях выгоднее ис­пользовать эвристический метод, позволяющий с помощью ряда подпрограмм ограничивать поиски решений конкретными «узкими» зада­чами, такими как захват центра шахматной доски или атака на короля противника.

Мозг любого человека является чем-то особенным, невероятно сложным чудом природы, созданным благодаря миллионам лет эволюции. Сегодня наш мозг часто называют настоящим компьютером. И это выражение используется отнюдь не зря.

И сегодня мы постараемся разобраться в том, почему человеческий мозг ученые называют биологическим компьютером, и какие интересные факты о нем существуют.

Почему мозг – биологический компьютер

Ученые называют мозг биологическим компьютером по вполне очевидным причинам. Мозг, как и главный процессор любой компьютерной системы, отвечает за работу всех элементов и узлов системы. Как в случае с оперативной памятью, винчестером, видеокартой и другими элементами ПК, мозг человека управляет зрением, дыханием, памятью и любым другим процессом, происходящим в организме человека. Он обрабатывает полученные данные, принимает решения и выполняет всю интеллектуальную работу.

Что же касается характеристики «биологический», то её наличие также является вполне очевидным, ведь, в отличие от обычной компьютерной техники, человеческий мозг имеет биологическое происхождение. Так и получается, что мозг – это самый настоящий биологический компьютер.

Как и у большинства современных компьютеров, у мозга человека присутствует огромное количество функций и возможностей. И некоторые наиболее интересные факты о них мы предлагаем ниже:

• Даже в ночное время, когда наш организм отдыхает, мозг не засыпает, а наоборот – находится в более активном состоянии, чем днем;
• Точный объем места или памяти, которая может храниться в человеческом мозге, на данный момент неизвестен ученым. Однако они предполагают, что этот «биологический жесткий диск» способен вместить в себе до 1000 терабайт информации;
• Средняя масса мозга – полтора килограмма, и его объем увеличивается, как и в случае с мышцами, от тренировок. Правда, в данном случае тренировки подразумевают получение новых знаний, улучшение памяти и т.д.;
• Несмотря на то, что именно мозг реагирует на любые поражения тела, отправляя в соответствующие участки тела болевые сигналы, сам он не чувствует боли. Когда мы чувствуем головную боль, это лишь болевые ощущения в тканях и нервах черепной коробки.

Теперь вы знаете, почему мозг называется биологическим компьютером, а значит – произвели небольшую тренировку своего мозга. Не останавливайтесь на этом, и систематически узнавайте что-нибудь новое.

Человеческий мозг и компьютер

Сравнение человеческого мозга с электронным компьютером несостоятельно по двум обстоятельствам. Во-первых, мозг по сравнению с детерминированной памятью компьютера не является закрытой системой. Мозг человека, как и его организм в целом, представляет собой открытую систему, сформированную собственной историей и находящуюся в непрерывном взаимодействии с природной и общественной окружающей средой, которая изменяет ее, но и сама система при этом подвергается изменению. Такая открытость приводит к неопределенности в работе мозга и поведении его «владельца». Мозг обладает способностью изменять свою структуру, физические, химические и физиологические процессы, свою реакцию в результате приобретения опыта и случайных обстоятельств в процессе развития. Недетерминированность на уровне нейронов и синапсов человеческого мозга по сравнению с компьютером показывает, что понимание работы мозга и разума лежит не в анализе работы отдельных его элементов, реакции которых непредсказуемы по своей природе, а в восприятии их на уровне целого. Сознание, разум, память возникают как свойства мозга в целом, а не как свойства отдельных его компонентов.

Не касаясь здесь специально проблем сознания человека, отметим все же, что организационным принципом сознания является язык. Изменение слов - это изменение понятий, а изменение понятий - это изменение поведения. Вербальное оформление понятий является первым шагом осознания ощущений и «мыслей» из бессознательного и подсознательного (по К. Юнгу). И, может, поэтому, по Библии, «в начале было Слово...» - как первичное осознание человека человеком? В сознании человека появился образ того, что он видит, и, чтобы осознать это, он ввел (произнес) «Слово» как способ передачи своих ощущений другим людям, способ вербального общения и освоения представлений и понятий природы. Заметим, что в условиях России, ее замкнутости, самодостаточности и информационной недостаточности русский человек очень чуток к слову как носителю информации. Следующим шагом осознания и передачи этого осознания другому было написание слова. Заметим, однако, что до сих пор отсутствует полная идентичность сказанного и написанного. В целом же сознание отражает законы и, как сказал М. Планк, «человек мыслит законами природы».

Во-вторых, мы уже знаем, что в процессе жизни каждая клетка многократно заменяется, одни гибнут, рождаются новые, рвутся старые связи между ними и устанавливаются новые, причем это происходит миллионы раз. И при этом всеобъемлющем самоорганизующемся процессе, который и составляет существо биологической жизни, память сохраняется. Разве можно представить компьютерную память при постоянной смене человеком деталей компьютера? Человеческая же память, связанная со структурами его мозга и происходящими в нем процессами, сохраняется так же, как сохраняются формы тела, несмотря на непрерывный круговорот его молекулярных компонентов.

Синергетические представления о сложных механизмах процессов мышления подтверждают расширение числа подходов к решению жизненных проблем человека, которые «перебираются» в мозгу перед их принятием. Как сказал российской писатель В.В. Конецкий, «настоящий командир, беря на себя всю ответственность, не принимает окончательного решения до самого последнего момента».

В заключение приведем еще один пример отличия компьютерной памяти от человеческой. Компьютер помнит информацию в виде дискретной цифровой последовательности. Человек же запоминает информацию по смыслу, причем смысл подразумевает динамическое взаимодействие между мозгом человека и информацией. Это процесс, несводимый к количеству информации. Получается, что мозг человека работает не с информацией в компьютерном понимании этого слова, а со смыслом или значением, а значение - это исторически формируемое понятие, оно находит выражение в процессе взаимодействия человека с природной и социальной средой. Компьютер же просто (и быстро) перебирает всевозможные логические варианты, но не понимает и не оценивает их по смыслу. Иначе не было бы, например, таких «перлов» машинного перевода библейского изречения «The spirit is sound but the is weak» (плоть немощна, но дух бодр), как «водка крепкая, но мясо размокло»!

С появлением и постоянным усовершенствованием электронно-вычислительных машин, в просторечии именуемых компьютерами, интеллектуальные способности человека как венца творения постоянно ставятся под сомнение. Высказываются даже предположения, что со временем компьютер сможет превзойти человека, особенно если будет завершена работа по созданию искусственного интеллекта. Так ли это на самом деле и чем отличается мозг человека от компьютера? Попробуем разобраться.

Определение

Мозг человека – орган тела, выполняющий функции регулировки и контроля всех жизненно важных систем организма.

Компьютер – электронное устройство для обработки информации, имеющее примитивный «мозг» (центральный процессор) и функционирующее согласно заданной программе.

Сравнение

Передача сигналов в компьютере основана на электрических импульсах. Для этого используется простой двоичный код, при котором сигналы имеют всего два значения: или «1», или «0». А вот в мозге ведется сложная работа, основанная на множестве химических сигналов, причем каждый из них имеет свою индивидуальную характеристику. Интересно, что скорость проводимости нервного импульса из нейрона в нейрон может меняться в зависимости от существующих обстоятельств. В мозге не предусмотрено функциональных блоков.

Компьютер не признает «полутонов». В нем всё четко – существует или значение «1», или значение «0»; либо то, либо другое. Сила сигнала идет дискретно – только с одним или же только с другим значением. В мозге, в отличие от компьютера, сигнал способен передаваться ускоренно или плавно, также как может изменяться и чувствительность нейрона, принимающего данный сигнал.

Основной объем памяти в ЭВМ сохраняется в специально для этого предназначенных запоминающих устройствах. В мозге же не существует участков, в которых отдельно хранятся наши воспоминания. В запоминании и распознавании субъектов или каких-либо событий участвуют одни и те же нейроны.

Мозг человека обладает очень большим запасом прочности, что позволяет ему функционировать даже при опасных травмах. Это неудивительно, учитывая, что одновременно в нем обычно задействованы не более 2-3% нервных клеток. Современные компьютеры лишены способности восстанавливаться и работать при серьезных повреждениях, тогда как мозг человека от природы наделен удивительной компенсаторной способностью: при поражении даже обширных его участков работу продолжают выполнять оставшиеся неповрежденными части. Если же в программе компьютера испортить даже несколько бит или всего лишь один транзистор в процессоре – устройство мгновенно потеряет возможность функционирования, иногда даже без возможности восстановления. Мозг же способен выживать и работать, даже если ему перед этим на пять-семь минут перекрыть кислород.

Мозг, в отличие от компьютера, способен сосредотачиваться на важной для него в данный момент времени информации и не принимать во внимание несущественную. Мозг отыскивает информацию не по адресу, как компьютер, а по содержанию. Для компьютера нет никакой связи между адресом, по которому находится информация, и самой сутью этой информации, а для мозга – есть. Мозг человека способен восстанавливать информацию лишь по ее отрывочной части или же извлекать данные вследствие ассоциативного ряда. Человек мыслит, компьютер же просто обрабатывает информацию на основе алгоритмов. Компьютер работает с абстрактными символами, а мозг человека – с образами конкретных объектов. Мозгу человека присущи интуиция и воображение, а еще – желание все время получать новые впечатления, творческая активность, которая тесно связана со сном (во сне упорядочивается полученная извне информация). Компьютеру всё это недоступно. Скрытые возможности мозга поистине безграничны, в отличие от изначально заданных определенным образом системных параметров компьютера.

Выводы сайт

1. Для передачи сигналов компьютер использует простой двоичный код. В мозге человека работают множество нейронов, которые обмениваются разнообразными сигналами, меняющимися в зависимости от обстоятельств.
2. В компьютере есть специальное устройство, в котором хранятся данные. В мозге человека нет конкретного участка, отвечающего за память, — и запоминание, и распознавание свойственно всем нейронам.
3. Мозг человека, в отличие от компьютера, обладает огромной компенсаторной способностью: он может работать даже при серьезных повреждениях.
4. Мозг ищет информацию по содержанию и ассоциациям, компьютер – по определенному адресу. Мозг работает с образами, а компьютер – с символами.
5. Мозгу человека свойственны творческая активность, жажда знаний, интуиция и воображение.
6. Возможности мозга человека безграничны, в то время как компьютерный «мозг» зависит от заложенных в него параметров.