Текст
                    НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Н. М. АМОСОВ
Член-корреспондент
АМН СССР
ИСКУССТВЕННЫЙ
РАЗУМ
<Н А У КО В А ДУМКА» КИЕВ - 1969

610. 1 А62 Возможно ли создать искусственный разум? Будет ли он спо- собен к полноценному мышлению, к творчеству? Кем предстоит ему стать — помощником или соперником человеческого разума? Эти вопросы давно уже обсуждаются многими учеными. Свою точку зрения по ним высказывает член-корреспондент АМН СССР Н. М. Амосов. В брошюре популярно описаны общие принципы переработки информации в сложных системах «типа живых» — организме, мозгу, обществе. Выдвинута гипотеза о механизмах психической деятель- ности — таких, как узнавание, понимание, сознание, чувства, эмо- ции, воля, творчество. Рассчитана на широкий круг читателей. 2—10—2 354-69М
ВВЕДЕНИЕ Что такое разум? Ответить на этот вопрос не просто. Пожалуй, способность целесообразно реагировать на сложную внешнюю обста- новку. Однако понятие «целесообразно» снова требует уточнения. Оно означает: с пользой для системы-субъекта или для вида. Правда, уже насекомые ведут себя так, что обеспечивают свое существование в сложных условиях, но наличия разума у них не признают, говорят лишь об инстинктах. Даже в том случае, когда они решают нелегкие лабиринтные задачи. Выходит, что разум — нечто большее, связанное с учетом весьма значительного количества фак- торов, с предвидением сложного переплетения событий. Понятие разумного связано с общественными нормами поведения, поскольку общество обеспечивает гораздо более сложную систему внешних воздействий на индивидуум, чем природа. Впрочем, преувеличивать не стоит: разум не имеет четких границ. Никогда нельзя сказать точно, в каком воз- расте ребенок становится разумным. По всей вероят- ности, это связано с овладением речью. Если пытаться сформулировать условия, которым должна удовлетворять машина, чтобы претендовать на разумность, то, видимо, нужно потребовать от нее ориен- тировки в круге человеческих понятий. В дальнейшем я постараюсь это уточнить. Разум—это, в частности, способность к выделению и пе- реработке информации. Чем выше смысловые «этажи» ин- формации, чем больше дополнительных кодов-качеств в отношении как воспринимаемых, так и отдаваемых воздей- 3
ствий, тем разумней поведение. Вполне мыслимо предпо- ложить существо более разумное, чем человек, поскольку возможности последнего в переработке информации довольно ограничены. «Неразумных» поступков люди совершают достаточно. Машина сможет избежать некоторых из них. Создание искусственного разума сводится к созданию программ для универсальных машин или конструирова- нию специальных устройств, могущих воспринимать воз- действия и выделять из них информацию, на основании которой обеспечивалось бы целесообразное воздействие на внешний мир. Целесообразное в человеческом понима- нии. Для этого нужно создать некую структуру, способ- ную к обучению как первому и необходимому этапу «ра- зумной» переработки информации. Следующим этапом являются сознание и творчество, уже чисто человеческие приобретения. Искусственный разум — это искусственная модели- рующая установка, претендующая на сравнение с естест- венной (мозгом) по объему переработки информации и по количеству этажей и дополнительных кодов-качеств. Такая установка должна состоять из некоторых эле- ментов и подсистем, составленных определенным образом. Именно в этих элементах и будут заложены качества, обес- печивающие выделение сложной информации. Элементы выделят простую информацию, а сочетания из них — сложную. Задача создания интеллекта сводится к проек- тированию элементов и созданию структур из них. Очевидно, эта искусственная система должна обладать рядом программ, соответствующих программам поведе- ния человека, главным образом интеллектуального пове- дения. К сожалению, поведение человека как разумного существа до сих пор описывается только словами, оно не определено с такой степенью точности, чтобы можно 4
было составить задание на проектирование машины. Сле- довательно, первая задача сводится к тому, чтобы попы- таться более или менее строго описать программы поведе- ния человека для того, чтобы выбрать из них нужные для искусственной личности. Без этого разговоры о модели- ровании интеллекта остаются беспредметными. Конечно, можно ограничиться сведениями психологов, но их словесные описания таких важных понятий, как мышление, сознание, вера, долг, совесть и пр., непригод- ны для моделирования. Одного только «внешнего» поведе- ния, когда человека рассматривают как «черный ящик», недостаточно для составления задания на модель. С дру- гой стороны, нейрофизиология, призванная описать внут- ренние процессы, определяющие психику, тем более не готова предложить модели, пригодные для воспроизведе- ния. Следовательно, остается одно — попытаться дать гипотезу, объясняющую «внешнее» поведение человека через структуру и функцию гипотетических элементов мозга. Эти искусственные нейроны и их комплексы должны в какой-то степени отражать физиологию истинных ней- ронов, но могут и отличаться от них. Гипотеза не претен- дует на точное описание мозга, а создает искусственный «мозг», деятельность которого должна обеспечить «внеш- нее» поведение человека. Если это удастся, то появится реальная, хоть и не близкая, возможность создать искус- ственный интеллект. Мы взяли на себя смелость предложить проект такой гипотезы, и в этой работе будут изложены его основные положения. Разумеется, гипотеза должна совершенство- ваться в процессе воспроизведения ее в реальных моделях. Однако прежде чем приступить к изложейию самой сути дела, нужно коротко представить наши взгляды на основные понятия кибернетики — информацию, модели, программы. 5
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ КИБЕРНЕТИКИ Всякая система представляет собой некоторое коли- чество разнородных или одинаковых элементов, объеди- ненных связями таким образом, что обеспечивается це- лостная функция. Сложная система отличается от простой количеством элементов и разнообразием их отношений, вместе определяющих сложную функцию. Кроме того, в сложных системах происходят процессы переработки информации, тогда как в простых — только обмен энер- гии и материи. Все эти понятия условны. Видимо, к слож- ным системам стоит относить только такие, точную структу- ру которые пока нельзя себе представить. Практически— это системы «типа живых». Предполагается,что системы состоят из неких простых частичек — элементов. Однако это понятие тоже условно, и элементы сложных систем сами представляют собой сложные системы. Все дело в том, что понятие «элемент системы» появляется при попытках ее моделирования, схематизации. Элемент организма — клетка, элемент об- щества — человек. Истинных конечных элементов пока не знает даже физика. При изучении как системы, так и элементов важны понятия структуры и функции. Первое интуи- тивно связывается с некоторой материальной конструк- цией, второе — с изменением энергии. Получается па- раллель: «материя — энергия» — «структура — функция». В действительности все выглядит сложнее. Функ- ция сложной системы — это сообщение каким-то внешним предметам не только энергии, но и некоторых материаль- ных структур. Примеры: функция нейрона — продуци- 6
рование нервного импульса. Это не только изменение электрического потенциала (то есть энергии), но и дви- жение ионов, материальных частиц. Одна из функций человека — его трудовая деятельность, которая сводится к сообщению механической энергии внешним предметам. Однако в результате появляются вещи — структурные единицы. Если взять еще более сложную систему — пред- приятие, то его функция выражается преимущественно в вещах. Таким образом, функция сложной системы — условное понятие, возникающее в процессе схематизации, моделирования и включающее изменение во времени и про- странстве как материальной структуры, так и энергии. Функция системы осуществляется по программе, представляющей собой определенную последовательность изменений во времени, которая заложена в самой струк- туре системы и реализуется при определенных внешних воздействиях. Функция — это деятельность. Програм- ма — порядок, последовательность функциональных ак- тов. Она «записана» в самой структуре системы как воз- можность выполнения функции и реализуется только при определенных внешних воздействиях или условиях. Воздействие— это получение системой извне или сообщение вовне энергии (а также иногда и материаль- ных частиц). Оно имеет определенные параметры — вид энергии, величину, скорость изменений, точку приложе- ния и т. д. При взаимоотношении сложных систем воздей- ствие — это функция данной системы или восприятие функции другой системы. Связь — возможность получать и передавать воздей- ствие. Она может быть представлена некоторой мате- риальной структурой, имеющей свою функцию и пре- образующей воздействие одной системы на другую. Понятие «структура» обычно относится только к си- стеме, а элемент ее представляется как «черный ящик», 7
который, однако, обладает функцией, изменяющейся по определенной программе, то есть оказывает воздействие па другие элементы по некоторым линиям связей. Програм- ма деятельности целой системы складывается из простей- ших программ ее элементов и групп из них — подсистем. При этом не следует думать, что внутри сложных систем царит полная гармония: программы отдельных ее частей зачастую противоречивы и подавляют одна другую. Сложные системы «типа живых» создавались посте- пенно при случайном столкновении и взаимодействии более простых систем, имеющих собственные программы. Раз- витие сложной системы, рост и усложнение ее структуры, изменение функции идут через противоречивые изменения ее элементов и подсистем. На первый взгляд кажется, что деятельность сложных систем подчиняется тем же законам физики и химии, что и простых. Система получает извне комплекс физических воздействий — материальные частицы и энергию, внутри нее происходит сложный процесс движения их между элементами, и в результате система выдает вовне матери- альные частицы и энергию. Конечно, так оно и есть, однако этого недостаточно для понимания деятельности сложных систем. Кроме законов физики и химии, нужно привлечь еще законы переработки информации. Деятельность слож- ной системы определяется не только физическими воздей- ствиями, но и «сведениями» о них. Когда один человек подчиняется словесному приказу другого, то его сложная ответная мышечная деятельность (вплоть до самоуничто- жения) включается не физическими колебаниями возду- ха, а только их последовательностью, которая Сама по себе не имеет физической природы, хотя ее выделение и немыс- лимо без физических процессов. Вся деятельность сложных систем определяется переработкой информации в большей мере, чем превращением материи и энергии. Принципи- 8
ально возможно сохранить программу деятельности слож- ной системы, заменив одни физические и химические про- цессы, с помощью которых она реализуется, другими. Информация — сведения о системе, о ее струк- туре и функции, выраженные моделью. С другой стороны, модель — это система со своей структурой и функцией, отражающая структуру и функцию системы-оригинала. Модель всегда является упрощением оригинала и обычно тем или иным искажением его. Она может быть составлена из элементов сложной моделирующей установки либо представлять собой самостоятельную физическую систе- му — вещь. Модель отражает структуру и функцию системы-ори- гинала средствами структуры или функции тех элементов, из которых она строится. Возможны различные отношения: 1. Структурная модель отражает структуру системы. Пример: рисунок или фотография. 2. Функциональная модель отражает структуру. При- меры: возбуждение нейронов сетчатки глаза или свечение экрана телевизора, воспроизводящие структуру объекта, его вид. 3. Структура отражает функцию. Пример: электро кардиограмма, отображающая одну из частных функций сердца — изменение потенциала. 4. Функция отражает функцию. Скажем, та же элек- трокардиограмма на экране осциллоскопа. В двух послед- них примерах прибор является моделирующей установкой. Возможны и более полные модели, одновременно отра- жающие структуру и функцию. Прежде всего это отно- сится к физическим моделям (модель сердца). Однако они могут быть представлены и элементами моделирующих установок. Пример: «действующая» модель системы в виде программы ЭВМ, в которой отражены схема системы и из- менение функции ее элементов при различных внешних 9
воздействиях. Подобную же модель можно представить средствами киномультипликации. Понятие память имеет два значения: с одной сто- роны, это способность запоминать как свойство модели- рующей установки, а с другой — сами модели, отражение в моделирующей установке внешнего воздействия или си- стемы-объекта. Условно можно выделить два типа памяти: 1. Кратковременная (или функциональная) память, когда объект запечатлевается в моделирующей установке посредством повышенной функции элементов, составляю- щих модель. Пример: возбуждение нейронов сетчатки глаза или свечение участков экрана телевизора, исчезающее вскоре после прекращения воздействия, поступающего извне. 2. Длительная память, когда информация запечатле- вается в структуре элементов или в связях между ними, так что «возбуждение» некоторой части элементов, состав- ляющих модель, распространяется на все другие. Это отно- сится к моделям из нейронов в мозгу и к программе вы- числительной машины, в которой запечатлена модель в ви- де схемы связей и функции элементов. Можно себе представить и другие виды памяти с более стойкими моделями, являющимися результатом «считы- вания» й физического воплощения корковых моделей (на- пример, тексты и рисунки). Каждая сложная система, обладающая способностью моделировать внешний мир, имеет свои типы моделей и свою систему их запоминания. К примеру, клетка моде- лирует информацию средствами структур ДНК и РНК, причем последние, видимо, выполняют роль временной памяти. Общество, как система, имеет свои коды для выра- жения информации, для моделирования — книги, вещи. Как уже говорилось, в сложных системах действуют законы информации наряду с законами физики. Они охва- Ю
тывают выделение, хранение, переработку и сообщение информации другим системам. Это означает, что сложные системы имеют структуры и программы, обеспечивающие моделирование внешних (и внутренних) воздействий и дей- ствия с моделями. Рассмотрим кратко эти законы. Выделение информации предусматри- вает прежде всего рецепцию, то есть восприятие воздей- ствия и кодирование его своим кодом. Иначе — выделе- ние первичной модели, обычно функционального типа. Рецептор воспринимает «порцию» воздействия в виде не- которого количества энергии — «чистой» либо вместе с материальными частицами,— накапливает, «запоминает» ее в виде функциональной модели и сравнивает эту модель с некоторым эталоном, постоянной моделью; при совпа- дении он выдает некоторую свою функцию, например в ви- де нервного импульса или потенциала датчика. После этого все повторяется сначала. Характер перекодирования определяется программой деятельности рецептора, его рабочей характеристикой. Обычно это выражается в следующем: а) рецептор (или датчик) воспринимает какой-нибудь один вид энергии — тепло, свет, звуковые колебания; б) ограничено простран- ство, в котором воспринимается энергия; в) есть пределы воспринимаемой энергии; г) существует количественная зависимость между входными и выходными сигналами рецептора — обычно она нелинейная; д) рецептору прису- ща инерционность, то есть зависимость характеристики от предшествовавшей функции — адаптация, привыкание. Возможны самые различные характеристики рецеп- торов, когда выходной сигнал соответствует не только сумме энергии, поступившей за некоторый промежуток времени, но и разности с каким-то порогом, производной от изменения во времени и пр. Многообразие внешнего мира улавливается сложной И
системой с помощью большого количества различных рецепторов, реагирующих на разные виды энергии и их пространственное распределение. Возможное количество выделяемой первичной информации можно условно опре- делить как суммарное количество сигналов, поступающих со всех рецепторов в единицу времени. Для такой систе- мы, как человек, оно огромно. Переработка информации заключается в превращении одних моделей в другие. Поскольку инфор- мация передается в виде сигналов, их можно снова вос- принять как физическое воздействие и выделить из него новую информацию, то есть создать новую модель. Как и всякая иная, эта модель («модель из модели») будет пред- ставлять упрощение и искажение первичной модели, но зато выделит еще более общее содержание из внешнего воздействия. Принцип (закон) переработки информации такой же, как и принцип ее выделения из физического воздействия. Он заключается в восприятии информации, запоминании ее в виде временной модели, сравнении с некоторой мо- делью-эталоном из постоянной памяти и в выдаче сигнала, соответствующего новой, обобщенной модели. Такой про- цесс можно назвать терминами «узнавание», «этажная пере- работка информации», «этажные модели». Он осуществ- ляется в разных вариантах. Проще всего это показать на примере нейроноподобных сетей: 1. Пространственная суммация. В этом случае «узна- ется» определенное пространственное расположение воз- бужденных рецепторов, так что в результате взамен целой картины возбуждается одна модель, в которой отра- жается содержание картины. Предположим, что существует некоторая моделирую- щая установка с набором этажных моделей и связей между ними, осуществляющая выделение, переработку и 12
Рис. 1. Схема информационной сети сложной системы. С - «восходящие», D — «нисходящие» потоки информации; 1 — 7 — входы; R — их рецепторы: а, b — пространственные модели, а, р— временные модели (первый этаж); А— простран- ственные модели, /, II, III — временные модели (второй этаж); В', IV', Vпространственные и временные модели второго этажа; с', d', 7', б' — пространственные и временные модели первого этажа; е —эффекторы (мышцы); 1'— 6' — выходы. выдачу информации вовне (рис. 1). На первом этаже есть сеть входов рецепторов 1—7. Условно их можно назвать первичным «алфавитом». Предположим для простоты, что каждая первичная модель (рецептор) может быть только в двух состояниях — активности 1 или покоя 0. На втором этаже располагаются пространственные модели обобщен- ного алфавита а, Ь, каждая «буква» которого (модель) свя- зана с определенными моделями на первом этаже (разумеет- ся, количество последних должно быть во много раз боль- шим). На третьем этаже расположены еще более обобщен- ные модели А — это алфавит данного этажа. Если в какой-то момент возбуждаются извне рецепторы 7, 2, 3, 6, 7, иными словами, приходят в активное состояние и отра- 13
жают во временной памяти первичный образ, то энергия возбуждения переходит по связям на второй этаж и воз- буждает его модели а и t, которым далее соответствует модель А на третьем этаже. В ней одной представлена обобщенная пространственная модель всего образа. В этом примере сравнение осуществляется за счет постоянной «памяти связей», за счет структуры из связей. Разумеется, возможен и другой принцип сравнения, на- пример перебор таблиц-матриц для перекодирования с одного алфавита на другой. В таком случае постоянная память отражена в структуре матриц. Их можно заложить в память машины. 2. Временная суммация. При этом «узнаются» не про- странственные образы, а последовательность изменений возбуждения рецепторов во времени. Если мы говорили об этажных алфавитах, понимая под ними системы моде- лей, обобщающих определенные пространственные рас- положения возбужденных рецепторов, то теперь можно говорить об этажных словах, приняв для каждого этажа свой масштаб времени. Поясним это на примере. Последовательное возбуждение рецепторов <2, 5, 4 суммируется во временной модели а и выдается сигнал, заменяющий все слово. То же самое происходит в модели Р, которая возбуждается при последовательном возбужде- нии рецепторов 5, 4, 5, причем только в такой последо- вательности. На втором этаже есть модели I и II, в кото- рых представлены «слова» более высокого этажа. В мо- дели III сосредоточивается пространственно-временная суммация по такому же принципу. В правой части рисун- ка показана «нисходящая» часть модели, в которой пред- ставлена последовательность сокращения мышц 1'... 6', иначе —- программы деятельности модели. Разумеется, временная суммация — или, точнее, вре- менное узнавание, узнавание слов — может осуществ- 14
литься не только по одной букве, но и по многим рецеп- торам. Из каждого этажного алфавита пространственного узнавания можно составить слова — последователь- ность следования образов во времени. Так это в действи- тельности и делает человек. Узнавание слов можно осуществить с помощью мат- риц — перекодировочных таблиц, в которых запечатлены слова (последовательность букв) и «фразы» (последователь- ность слов). Я показал очень простые примеры. В них ограничено число рецепторов и этажей, «сила» возбуждения выражена лишь в состояниях 0 и 1, нет скорости и длительности воздействия, а есть только последовательность следования «букв». Эти примеры соответствуют наиболее простым жестко запрограммированным «автоматам с памятью», которые легко воспроизвести техническими средствами. В реальных живых системах все обстоит гораздо сложнее. Огромно число рецепторов, каждый из которых имеет сложные характеристики с нелинейным возбуждением в зависимости от интенсивности воздействий, изменяю- щихся во времени в больших пределах. Поэтому, хотя сохраняется принцип переработки информации с выделе- нием этажных моделей алфавитов и слов, временной памя- тью, выраженной их активным состоянием, и постоянной памятью, находящей отражение в связях между моделя- ми, имеют место значительные усложнения. В частности: 1. Сравнение временной и постоянной моделей осуще- ствляется не по тождественному, а по вероятностному принципу. Это значит, что одной модели на высшем эт&же соответствует не один, а множество сходных наборов букв или слов на низшем. При этом исчезает определенность в перекодировании, и обратный процесс точного восста- новления первичной информации по высшим этажам ста- новится невозможным. 16
2. Сами модели-эталоны постоянной памяти, то есть связи в сети или места в таблице-матрице, не строго по- стоянны и определенны, а изменяются со временем и в за- висимости от состояния системы — в этом отражается «субъективность» переработки информации. 3. «Сила» возбуждения моделей, их функций, изменя- ется в больших пределах, и это является дополнительным фактором в переработке информации, так же как и «ско- рость» изменения. В связи с этим существуют специальные модели, отражающие «качества» в противоположность «смыслу». Главными из них являются определение «силы» внешнего воздействия и его «скорости». Они возбуждаются параллельно с основными, смысловыми моделями и отра- жают дополнительную информацию. Иногда последняя играет большую роль: припомним, насколько по-разному воспринимается смысл произносимых фраз в зависимости от интонации, темпа речи, громкости голоса и т. д. Элементы силы и скорости можно перевести и на язык простых автоматов, примеры которых показаны. Их можно отразить в структуре, превратив непрерывные ве- личины в дискретные. Для этого, например, достаточно в представленной на рис. 1 схеме каждый рецепторный нейрон заменить несколькими:aY, Ьг, съ ..., отразив этим зависимость выбора рецептора не только от вида, но и от «силы» возбуждения или внешнего воздействия. То же самое можно сделать и моделью первого этажа а — за- менить одну букву этажного алфавита несколькими: аъ а2, а.и ••• Так же поступим и при выделении слов: в за- висимости от длины интервалов времени между 1—0—1... можно переписать 11—00—11, и тогда количество слов резко увеличится. При таком усложнении структуры все модели будут иметь только два значения — 0 и 1, но число их чрезвычайно возрастет, если понадобится перерабо- тать большой объем информации, отразив и осмыслив раз-
нообразие внешнего мира. В последующих главах это будет показано подробнее на примере моделей мозга. Значение интенсивности функции, «силы» возбуждения этажных моделей слов и букв очень велико, так как через них осу- ществляются сложные процессы взаимоотношений между одновременно возбужденными моделями. В общем суть процессов переработки информации состоит в возбуждении активности этажных моделей букв, слов и качеств. Вместе взятое, это отражает понимание смысла, то есть выделение содержания из воздействий окружающего мира. Можно отметить несколько законо- мерностей, характеризующих этажную переработку ин- формации: 1. Чем выше этаж модели, тем больший круг событий она осмысливает. 2. Чем выше этаж, тем большее число возможных мо- делей он содержит. 3. Поскольку характер этажного перекодирования ве- роятностный, потери информации возрастают по мере повы- шения этажа модели и уменьшения «жесткости» переко- дирования. 4. По этой же причине по модели высшего тажа нель- зя точно восстановить первичную информацию. Дополни- тельные модели качеств помогают частично восстановить потери. 5. Из одной и той же первичной информации можно выделить много систем высших моделей (алфавитов и сло- варей), применяя различные эталоны и способы сравнения. Системы моделей отражают «субьективность» моделирую- щей системы. 6. Наибольшая полнота сведений об объекте дости- гается при наличии моделей низших и высших этажей. 7. Этажная переработка информации — единственно возможный путь для познания сложных систем, так как 17
она требует меньшего объема памяти и облегчает поиск нужных сведений. Хранение информации — это память. Как уже гово- рилось, каждая система имеет свой код моделей. Сообщение информации, передача ее вовне осуществ- ляется у человека и животных через движения, с помощью которых производится передача механической энергии в окружающее пространство для воздействия на людей или предметы. Возможны и иные физические средства для передачи информации, например выделение химических веществ. Рабочим органом является эффектор, трансфор- мирующий химическую энергию в механическую. Проис- ходит процесс, обратный восприятию и переработке инфор- мации: этажные модели двигательных актов управляют энергией сокращения мышц. Более всего здесь подходит слово «программа». Программы эти очень разнообразны, и я не буду пока их описывать. Самый главный принцип заключается в этажности: возбуждение модели верхнего этажа прямо распространяется на нижние этажи (что пред- ставляет собой процесс, обратный пространственной сум- мации при выделении этажных моделей) или распреде- ляется во времени, создавая определенную последователь- ность сокращения мышц. Простейшая схема этого явления показана в правой части рис. 1. При возбуждении модели с' происходит одно- временное сокращение мышц 2' и 2', а при возбуждении модели у' — последовательное сокращение мышц 2', 3' и 4'. Таким образом осуществляется управление сложны- ми движениями в пространстве и времени. «Нисходящее перекодирование» также осуществляется по вероятностному принципу, то есть каждой модели верх- него этажа соответствует несколько вариантов на низшем. В этом и состоят самые общие принципы переработки информации в сложных системах. 18
ОСНОВЫ ГИПОТЕЗЫ ИСКУССТВЕННОГО МОЗГА С наибольшим обобщением мозг человека можно предста- вить следующей схемой (рис. 2). Поведение человека является результатом взаимодей- ствия внешних воздействий и реализации внутренних биологических программ, обеспечивающих человеку, как и всякому животному, выживание и размножение. Про- граммы эти заложены в низших этажах регулирующих систем организма — в вегетативной нервной системе и эндокринных железах. Поведение человека сложно и противоречиво, так как оно — следствие переплетения биологических программ разных этапов эволюции, воспитательных воздействий со стороны общества и собственного творчества. Нет нужды углубляться в вопросы эволюции, но на любой стадии развития живых существ можно выделить три типа присущих им программ: «для себя» — направлен- ные на сохранение индивидуума, «для рода» — обеспечи- вающие размножение ц «для вида» — определяющие (вмес- те с первыми двумя и через них) эффективность борьбы вида за существование. В конечном итоге третий тип про- грамм самый важный — те виды, у которых они были не- достаточно совершенны, вымерли. В ходе эволюции изме- нялось соотношение и содержание программ. У низших животных индивидуальная приспособляемость невелика, но это компенсируется весьма интенсивным размножением. По мере усложнения организмов совершенствовались их индивидуальные качества за счет возрастающей способ- ности к восприятию внешних воздействий, выделению из них информации и переработке ее в виде увеличения числа 19
и этажности моделей. Параллельно, хотя и в меньшей степени, усложнялись двигательные акты поведения. Все это обеспечивала кора головного мозга. Однако у живот- ных кора является лишь орудием тела — средством наи- лучшей реализации врожденных программ инстинктов, заложенных в эндокринной системе и в подкорке. Лишь у человека положение изменилось. По всей ве- роятности, в результате случайных мутаций в коре его головного мозга образовались новые области, отличаю- щиеся высокой способностью к созданию связей и повыше- нию активности нейронов в результате тренировки. Одно- временно усовершенствовалась двигательная система: сфор- мировались сложные рука и гортань, выработалось прямое подчинение скелетной мускулатуры специальной двига- тельной зоне коры. Все это, вместе взятое, предопределило формирование высшей системы — общества, которое и на- чало воспитывать своих членов путем обучения, то есть целенаправленного формирования моделей в коре голов- ного мозга и их тренировки. В результате «сила» корковых моделей настолько возросла, что модели поведения для блага общества стали успешно конкурировать с врожден- 20
ними программами инстинктов вплоть до полного извраще- ния биологических законов в угоду общественным. (У дельфинов кора головного мозга по величине приближает- ся к человеческой, однако у них нет таких совершенных органов, как рука и гортань. Поэтому они не доросли до общества, и возможности их мозга остаются неиспользо- ванными). Путем настойчивого обучения в детстве удается на- столько насытить кору моделями, что возникает новое качество — творчество, то есть программа создания новых моделей и воплощения их в вещах. Это новое качество самоорганизации, которое изменило и человека и обще- ство, но одновременно создало опасность развития того и другого в сторону от линии прогресса. В конкретных программах, из которых слагается пове- дение, можно обнаружить элементы разных этапов био- логической и социальной эволюции, а также индивидуаль- ного развития человека. Прежде чем приступить к рассмотрению информацион- ного аспекта деятельности мозга, скажем несколько слов о среде, поскольку она является источником внешних воздействий на мозг и объектом для моделирования ответ- ных действий. Среду можно представлять как пространство, заполнен- ное материальными частицами, сгруппированными в си- стемы со своей структурой и функцией. Последняя вы- ражается различными видами энергии, которая передается на субъект в неодинаковых количествах, с разных направ- лений и расстояний. Функция каждой из внешних систем определяется ее программами, то есть ее внутренней струк- турой с прошлым, настоящим, будущим. Воздействия систем из внешней среды всегда имеют физический харак- тер, но их нельзя свести только к физическим факторам, поскольку они могут нести заранее закодированную 21
информацию. Пример — речь. Во внешнюю среду входят также люди, обладающие возможностями воспринимать субъект и моделировать его. Создается сложная зависи- мость: «Я» моделирую второе лицо, «Он» в то же время мо- делирует меня, причем и его и мои модели включают в себя модели «второго порядка»: «Я знаю, что он знает о моем знании о нем». Итак, среда — это неживые и живые системы, распо- ложенные в пространстве и имеющие свои программы деятельности. Отношение их к субъекту определяется действиями его самого, расположением в пространстве и программами деятельности систем. Деятельность человека подчинена нескольким програм- мам — «для себя», «для семьи», «для общества». Степень эффективности их определяется степенью совпадения с ко- нечными или промежуточными целями, которые выражены моделями в коре мозга — представлениями о благополу- чиисвоем и семьи, о некоторых изменениях в окружающих людях — в малом или большом масштабе. Для реализа- ции программ нужны модели объектов внешней среды с их прошлым, настоящим и будущим, собственного состояния, возможностей своих воздействий и их предполагаемых результатов. К этому и сводится деятельность мозга. На рис. 3 представлена более подробная схема челове- ка как системы переработки информации. У животных, не имеющих коры головного мозга, вся переработка информации осуществлялась через подкор- ковые центры — чувств, движений, информации. На сле- дующем этапе прибавляются «старая» кора и СУТ — сис- тема усиления и торможения, которой, видимо, соответствует ретикулярная формация. У человека уже появляется «высшая» и «двигательная» кора, а также усиливается СУТ, которая становится важ- 28
нейшим аппаратом сознания. Все это значительно расши- рило возможности переработки информации, и поэтому, кроме связей со средой для восприятия физических воздей- ствий, стали осуществляться передача и восприятие зако- дированной информации. Все программы мозга можно условно поделить на три типа: 1. Восприятие (рецепция) и моделирование внешних по отношению к мозгу воздействий. Сюда относятся: а) воздействия, состояние среды — через 2?х; б) состояние опорно-двигательного аппарата (мышц, суставов) — через /?2. Они же являются обратными свя- зями для управления движениями; в) состояние мышц настройки внешних рецепторов /?3, главным образом глазных; г) состояние внутренних органов, воспринимае- мое многочисленными и разнообразными рецепторами /?4, чувствительными к физическим и химическим фак- торам. Во всех этих случаях переработка информации идет «снизу вверх» — в сторону создания все более общих мо- делей. 2. Второе направление — «сверху вниз» — передача информации на аппараты действий — эффекторы-мышцы, а также железы. Это слитное управление скелетными мышцами Еи мышцами настройки органов чувств Е2 и эффекторами внутренних органов Е.6. 3. Третий тип программ — координация между про- граммами первого и второго типов и внутри них. Деятель- ность мозга в целом состоит в переключении воздействий с восходящих потоков информации на нисходящие. Одна- ко если учесть огромное количество моделей в обеих сферах, то станет ясно, что порядок в переключениях, обеспечивающий целесообразное поведение в каждый в?
Рис. 3. Модель человека. Вг — мозг; Сх — кора мозга; ScМ — подкорковые центры информации; sA — подкорковые центры движений; sF — под- корковые центры чувств; Пр, НПр — центры «приятного» и «неприятного»; Ет — эмоции; сА —корковые модели дей- ствий; с1М — корковые модели информации; CoSp — модели программ сознания и речи; cF — корковые модели чувств; S — СУТ; Ri — рецепторы внешних воздействий; Еа —мыш- цы настройки; R9 — рецепторы настройки; ^-мышцы- эффекторы; R2 — рецепторы мышц; In — информационное воздействие; Ph — физическое воздействие; EW — внешний мир; Во — тело, внутренние органы; М — эндокринные железы; Rt—эффекторы и рецепторы внутренних органов. данный момент, является очень сложным. У человека эту функцию выполняет сознание. Разумеется, любой акт поведения — сложный или про- стой — осуществляется через взаимодействие программ всех трех типов, поскольку в нем участвуют восприятие, моделирование, переключение на двигательные модели и их реализация через эффекторы. Мозг человека, осуществляющий сложные программы переработки информации, можно представить себе только как сеть из нейронов, которые вступают друг с другом в связи и образуют модели — подсистемы, выступающие как целое. Связи несут в себе подвижность и прочность, 24
изменчивость и постоянство. Сами процессы переработки информации осуществляются за счет различных уровней активности (импульсации) нейронов и их групп. Таким образом, есть два типа процессов — связи с различной «проходимостью» и активность нейронов. Нейроны как бы вырабатывают некую «нервную энергию» неодинаковой интенсивности, а она циркулирует по связям с различным сопротивлением, возбуждая активность других нейронов. Мне представляется, что искусственный интеллект можно создать, только воспроизведя эти принципы работы живого мозга — построить сеть из элементов, обладающих способностью к активности, и соединить их связями с из- меняющимся сопротивлением. Подобную сеть можно вы- полнить в виде аналоговой машины или просчитывать на цифровой. Однако сначала нужно представить себе элементы — искусственные нейроны, из которых можно было бы соз- дать сеть. Нервная клетка (нейрон) — это сложная биологиче- ская система, служащая для передачи информации. Ее главная функция — продуцирование импульсов, имею- щих значение сигнала и несущих лишь небольшую энер- гию, которая получается за счет питательных веществ. Есть два пути переработки информации — восходящая и нисходящая цепи. В зависимости от этого функции ней- ронов противоположны. Обобщенные типы нейронов таковы: 1. Нейрон-трансформатор, выполняющий функции перекодирования импульсов по некоторому закону, кото рый приближается к линейному. Для восходящей цепи — частые импульсы на входе он превращает в редкие на вы- ходе (7V = 1000, п = 100), для нисходящей, наоборот,— редкие импульсы на входе в частые на выходе (7V = 100, п = 500) (рис. 4,а). 25
Рис. 4. а — нейрон-трансформатор; б — суммирование в про- странстве; в — нейрон-сервомотор; ё — «узнавание» в пространстве; д — интегрирование повремени; в — вставочные нейроны а, р, у. 2. Нейрон, осуществляющий «задержку» во времени,— «реле времени» — включается в цепь как восходящую, так и нисходящую. 3. Нейрон, меняющий знак энергии. Превращает «воз- буждающие» импульсы в «тормозящие» и наоборот. 4. Нейрон, осуществляющий алгебраическое суммиро- вание в пространстве. Восходящая цепь: А » а + Ъ — — с + d (рис. 4, б). В данном случае суммируются по «энергетическому» принципу импульсы с положительной и отрицательной энергией. Для нисходящей цепи нейрон выполняет роль сервомотора-усилителя: А -> а3 b, с, d (рис. 4, в). 26
5. Нейрон, осуществляющий «узнавание» в простран- стве. Самый простой вариант этого явления: два входа, один выход. Сигнал поступает на выход только при опре- деленном сочетании энергии входов: оба плюса или плюс и минус. Такой нейрон годится для «восходящей» цепи, для «нисходящей» он совпадает с предыдущим (рис. 4, г). В более сложном случае нейрон суммирует не два, а мно- жество входов, так что возбуждение его одного заменяет це- лую мозаику, пространственную картину из многих входов на низшем этаже. Однако, по всей вероятности, такие функ- ции осуществляются целой группой нейронов — моделью. 6. Нейрон, производящий суммирование во времени. В п. 1 показан нейрон, осуществляющий линейное переко- дирование импульсов-сигналов. Можно представить и иное положение, когда на вход поступают нерегулярные частые импульсы, а на выход — редкие, отражающие интеграл первых, сумму их за некоторый промежуток времени (рис. 4, д). 7. Нейрон, осуществляющий «узнавание» во времени. Скажем, есть два входа а и Ъ, один выход А. Сигнал посту- пает на выход только при определенном временном соот- ношении входных сигналов, например сначала а, потом b (рис. 4, г), но не наоборот. Это выделение информации в функции времени. Можно представить себе несколько, даже много входов. Так составляется модель слова из букв — один нейрон представляет все прочие. Однако и здесь, видимо, действует комплекс нейронов. Для нисходящей цепи последовательность можно реализовать только через вставочный нейрон — задержку (реле времени) или моду- ляцию выходного сигнала во времени и через «реле силы» в приемных нейронах (рис. 4, е). 8. Нейрон, реагирующий на скорость входных сигна- лов. Энергия сигналов на выходе является производной из энергии сигналов входа.
9. Нейрон, так же осуществляющий выделение второй производной. Видимо, существуют самые различные слу- чаи выделения информации из одной или нескольких входных линий. При одном входе — суммирование во времени, выделение производных, суммирование с неко- торой постоянной (отрицательной или положительной) величиной. При нескольких входах возможны варианты: от простого пространственного и временного алгебраиче- ского суммирования сигналов со всех входов до всевоз- можных комбинаций —- определенное пространственное и временное суммирование (п. 5 и 7), сложение, вычитание, умножение и деление энергии отдельных входов, частные производные одного в отношении другого и т. д. Комбинациями из многих одинаковых и разных ней- ронов можно выделить любую информацию из внешнего воздействия, воспринятого через один или многие каналы. Для сложных систем — элементов целесообразно отде- лить характеристики входной и выходной частей. Для нейрона, это означает выделение «синапсов» (или «связей») и «выходов» (или условно «генератора») импульсов. Прежде чем рассматривать частные вопросы характе- ристик, следует сформулировать некоторые постулаты, нужные для формирования нейронных сетей. Они в изве- стной степени отражают данные нейрофизиологии. 1. Закон связей. Если между двумя нейронами имеет- ся анатомическая связь, то она не обязательно функциони- рует от рождения. Степень ее врожденной «проходимости» может быть разной — от нуля до полной. Однако если одновременно возбуждаются оба нейрона, то связь, ранее непроходимая, «проторяется» и сопротивление ее умень- шается. Дальнейшее увеличение проходимости опреде- ляется по некоторому закону в зависимости от частоты использования связи, то есть от того, насколько часто вторая клетка возбуждается со стороны первой. 28
2. Закон тренировки. При частом упражнении «гене- ратор» импульсов любого нейрона становится более «мощ- ным» — выдает больше импульсов в ответ на одно и то же воздействие, поступающее на его воспринимающую часть. Наоборот, нефункционирующие клетки ослабляются, хотя и не отмирают, так как у них имеется спонтанная актив- ность — периодически они вырабатывают группы импуль- сов без всякого возбуждения извне. 3. Для того чтобы сформировался мозг, нужна неко- торая первичная структура из разных нейронов с большой избыточностью связей. Эта структура способна обеспечить небольшой первичный объем информации, а все дальней- шее развитие является следствием обучения и самоорга- низации. Вопрос о множественности нейронов неясен. Трудно предположить, что в коре головного мозга «заготовлены» клетки с разными характеристиками на все случаи жиз- ни — для выделения моделей, этажей, дополнительных кодов-качеств. Видимо, возможности обучения нейронов большие, чем можно себе представить. Это вызовет допол- нительные трудности при моделировании, так как потре- бует создания очень сложного нейрона, способного к изме- нению своих параметров. Но некоторого минимума слож- ности не миновать. Первое допущение, которое придется принять при моделировании, должно состоять в замене импульс- ной активности нейрона некоторым «потенциалом» — уровнем активности, или уровнем энергии. Это не одно и то же, так как импульсная регуляция гораздо более совершенна, но рассчитывать импульсы просто невоз- можно. Второе допущение — признание «положительной» и «отрицательной» нервной энергии, иначе — возбуждающих и тормозящих импульсов. Видимо, их придется реализо- 29
вать через два рода нейронов — возбуждающую и тормоз- ную системы. Разберем гипотетические характеристики нейронов, не столько претендуя на их физиологическую достовер- ность, сколько рассчитывая использовать в искусствен- ных моделирующих сетях. На рис. 5, а показан наиболее простой нейрон с одним входом и одним выходом. Отдельно показаны «тормозной» и «усиливающий» входы. Сначала остановимся на генера- торе импульсов. Его активность определяется частотой импульсов, которую согласно допущению заменяем неко- торым потенциалом Е. Прежде всего нужно допустить, что есть спонтанная активность Е'о. Последняя, надо ду- мать, имеет разную величину и изменяется во времени по кривой, близкой к синусоиде, с определенной частотой. Это допущение нужно для моделирования замыкания свя- зей. Суммарный уровень спонтанной активности связан с функциональным состоянием нейрона и зависит от тре- нировки, а также от тормозных воздействий. Можно допустить, что выходная активность Е является величиной, зависящей от возбуждающих воздействий вхо- дов, после того как они пройдут синапсы. Уровень транс- формированной энергии входа условно назовем е. Она за- висит от сопротивления синапса (или связи) г и энергии, поступающей на вход Еъ то есть потенциала на входном Рис. 5а. Схема нейрона. Et — энергия входа; е — энергия входа после синапса; Г —генератор собственной энергии; Е — энергия выхода; Т — торможение; У — усиление. 30
Рис. 56. Статическая характе- ристика нейрона. е — шкала энергии входов; Е — шкала энергии выхода; Ео — собственная (спонтанная) активность; еп ~ порог возбудимости; £макс ~~ максимальная энергия; ем — энергия входа в момент максимальной энергии выхода. проводнике, е = ~ , а Е = Д(е). Это выражение для статической характеристики нейрона. В том случае, если входов несколько, нужно применить сумму «энергий вхо- дов» 2е. Разумеется, зависимость выхода от входов нелинейна. По всей вероятности, она должна иметь вид, показанный на рис. 56. Здесь еп — пороговая величина, после которой активность Е быстро возрастает и достигает некоторого максимума ^макс » а затем начинает падать. Как величина пороговой энергии входа, так и зависимость Д выхода от входа определяются «возбудимостью» нейрона, зависящей от нескольких факторов: а) от тормозных или усиливающих воздействий — в ви- де некоторого коэффициента «т или ау: б) от тренировки, то есть длительности предшествовав- шего периода активности: f 1 = ЛтрД. в) возможно, также и от процессов приспособления — адаптации, когда коэффициент активности уменьшается со временем. 31
Рис. 6. Динамическая характеристика нейрона (модели). а —момент включения раздражителя на входе; Ь — момент наибольшей активности; с — активность к мо- менту выключения раздражителей на входе; d — мо- мент достижения уровня собственной активности; а—Ь — время задержки ответа; Ь—с — понижение активности в результате адаптации, приспособления при неизменном раздражителе; с— d — кривая затуха- ния активности после выключения раздражителя (последействие); Ео — первоначальная собственная активность; ДЕ0 — очень малое приращение собствен- ной активности вследствие тренировки; Д£?пр уменьшение (приспособление) вызванной активности от адаптации; t — время; tQ — время задержки. Видимо, проще всего торможение представить как воз- растание порога еп, при котором активность резко увели- чивается, и уменьшение наклона характеристики. Динамическая характеристика генератора показывает, как изменяется активность Е во времени при различных изменениях входных энергий. Практически это показывает, как изменяется во вре- мени активность на выходе при достоянных величинах 32
входного раздражителя е и как долго она продолжается после его выключения. Для примера можно нарисовать некоторую кривую (рис. 6). Разумеется, коэффициенты зависимости ф и F сами зависят от процесса усиления — торможения и от трени- ровки нейрона. Кроме того, длительность последействия (с—d), видимо, будет различной в зависимости от этажа модели, которая представлена нейроном. Чем выше этаж, тем продолжительней должна быть активность модели (рис. 7). Эта активность представляет собой «активную временную память» в противоположность «пассивной вре- менной памяти», выражающейся во временном увеличении проходимости связи — синапса после предшествовавшего периода активности. Переходим к вопросу о связях. Связи — это нервные проводники, соединяющие клет- ки, и это «синапсы» — окончания проводников на теле клетки. Известно, что связей очень много и каждая клетка связана с сотнями других. В то же время большинство свя- зей не функционирует от рождения, а проторяется в про- цессе приобретения опыта. С информационной точки зре- ния это означает, что каждый нейрон коры может иметь Рис. 7. Динамическая характеристика разных ти- пов нейронов. 33
анатомическую связь с другим нейроном, но ее функциони- рование возможно только при определенных условиях. На рис. 8 показаны два нейрона I и II, связь между ними и, кроме того, другие входы, по которым клетки могут возбуждаться. Возбуждение (активность) нейрона II возникает только в том случае, если сумма энергий вхо- дов 2я превзойдет пороговую величину еп. Компонента е, направленная от нейрона I к нейрону II, к началу деятельности очень мала, так как сопротивление не- проторенной связи велико, а проводимость незначи- тельна. Проторение связи произойдет при совпадении во вре- мени активности обоих нейронов. Если предположить, что последняя возникает от возбуждения извне, то связь I—II проторится, когда оба нейрона будут одновременно возбуждены от некоторых внешних источников. Однако возможна и неполная одновременность, так как по харак- теру динамической характерйетикц возбуждение может продолжаться более или менее долго и после отключения раздражителей. Это показано на рис. 9 в точке А. Сопро- Рис. 8. Схема проторения связи. I, П — нейроны (модели); Еп — другие входы, через которые возбуждаются нейроны; Eit Et — выходы нейро- нов; е — синапсы (сопротивления); Г — генератор. 34
£/7J—I__________ Рис. 9. Схема проторения связи при разновре- менном возбуждении нейронов I и II. Ей Ег — динамические характеристики нейронов; Кш‘ Еп — время раздражения нейронов через третьи входы; А — момент замыкания связи. Е е 1 тивление связи г — -^ проводимость р = -g-, р = у. Отсюда е = рЕ. Сопротивление непроторенной связи очень велико, так что величина е будет всегда меньше пороговой еп, даже при максимальном значении Ег. Степень проторения ха- рактеризуется величиной проводимости р после замыкания, то есть после совпадения возбуждений. Нужно думать, что она зависит от обоих потенциалов Ег и Е2 и от времени их совпадения либо от числа замыканий, если активность нейронов кратковременна. р = т [£i> ^2. где 7 — коэффициент зависимости, функция. При конструировании самообучающегося автомата, основанного на принципе сетей, нельзя задавать очень 35
большую скорость проторения, так как установится много случайных связей. Связь можно считать проторенной тог- да, когда при максимальном Ег в нейроне II е будет дости- гать пороговой величины еи и, следовательно, нейрон II может быть возбужден с нейрона I (разумеется, при отсут- ствии торможения). Понятие «проводимость» (или «сопротивление») связи требует уточнения. Можно предположить, что эта величи- на имеет не только статическую характеристику, то есть зависит от «упражнения» связи р = у^, Е2, £], от време- ни совпадающего возбуждения обоих нейронов или от числа замыканий, но и динамическую, то есть проводи- мость изменяется во времени сразу после замыкания и по- том лишь медленно спадает после выключения. Итак, есть «постоянная память» — проходимость связи между ней- ронами при относительно длительном состоянии покоя. «Временная пассивная память» — увеличенная проходи- мость связи сразу после ее включения, медленно пони- жающаяся после прекращения возбуждения нейронов. Графически это показано на рис. 10. В момент а произошло раздражение нейрона // со стороны нейрона I при достаточной величине постоянной проходимости связи Рпост- Показана кривая активности нейрона II Е2. Видно, как она быстро затухает после прекращения раздражения, что указывает на непродол- жительность активной временной памяти. Однако прохо- димость связи I—II еразу после возбуждения нейрона II резко возрастает и остается повышенной гораздо дольше, чем длится активное возбуждение Е2. Это означает, что если в течение некоторого времени (а—Ь) по связи пойдет даже слабое раздражение Еъ то его будет вполне доста- точно, чтобы возбудить нейрон II, активность которого уже давно упала до уровня спонтанной (Z?o). Таким обра- зом, временная память связи отражает «готовность» пов- 36
Рис. 10. Схема временной памяти связи между нейронами I—II Ео — собственная активность нейрона II; Et — время возбуждения нейрона Г, Еа —кривая вызванной актив ности нейрона II; р'пост ~ уровень проходимости связи „ т гт макс между нейронами/и II; р —максимальное новы вр шение проходимости связи; а—Ь — длительность времен- ной памяти связи; р"пост — конечная проходимость свя зи (конечная постоянная память); Др — повышение уров- ня постоянной памяти после очередного использования ее для возбуждения нейрона II. Рис. И. Схема изменения уровня постоянной памяти связи в зависимости от частоты ее употребления в единицу времени (п). р0— минимальная исходная памяти; рх— уровень памяти, достаточный для произвольного вспоминания; рмакс— максимальная постоянная память. 37
торить возбуждение, если повторное раздражение поступит вскоре после первого. Продолжительность периода а—Ъ может быть самой различной, но определенной, так как от этого зависит временное запоминание, а оно не должно быть чрезмерно длительным. Всякий раз после использования связи I—II постоян- ная память должна возрастать на какую-то малую величину. Это показано на схеме в виде прироста Дриост. Сама величина постоянной памяти определяется час- тотой использования связи в интервале времени. Для нее можно нарисовать статическую характеристику в виде «коэффициента тренировки и забывания» (рис. И) в зави- симости от частоты включения связи. Возможно, однако, предположить, что некоторые связи бывают настолько хорошо проторенными, что «забыться» не могут даже без повторения. Впрочем, полного забывания, видимо, вообще не бывает, то есть постоянная память не достигает уровня непроторенной связи. Характер «временной памяти связи» позволяет на вре- мя запомнить ситуацию в виде некоторой последователь- ности моделей, на какой-то срок объединенных связями с пониженной проходимостью (это могут быть, например, только что произнесенные фразы, расположение предме- тов в незнакомой комнате, события прошедшего дня). Этим же, а, впрочем, также и повышением спонтанной активности соответствующей модели после совершенного действия объясняется «случайное» вспоминание какого-то события или образа. При низкой проходимости связи — постоянной памя- ти — может понадобиться время для вспоминания, то есть для достижения достаточной активности нейрона или модели. Отсюда предположение, что для каждого нейрона (или модели из нейронов) существует несколько уровней актив- 38
ности, кроме спонтанной. Как будет показано ниже, только при относительно высокой активности модель мо- жет «пробиться» в сознание, при низкой же активности ее возбуждение не осознается. То же можно сказать и о неосознанном вспоминании. При переключении возбуждения с одного нейрона на другой в памяти отражается не только последовательность включения, но и временные соотношения, существующие вовне и закрепленные при отработке связи — по типу условных рефлексов. Иначе говоря: в синапсе вырабаты- вается «задержка времени», если она имела место при про- торении и тренировке связи. На рис. 9 — это интервал времени между внешними раздражителями Ет и Еп, па- дающими на нейроны I и II в процессе проторения связи Z—II. Неясен механизм этой задержки, но учитывать ее при моделировании необходимо. По всей вероятности, величина задержки не строго постоянна. Разумеется, наш гипотетический нейрон далеко не исчерпывает всех качеств настоящего. Нервная клетка — сложнейшая система, и нет надежды воспроизвести ее полностью. Нужно моделировать некоторый минимум ка- честв, достаточный для того, чтобы можно было воспроиз- вести переработку информации, приблизительно соответ- ствующую псикике. Для этого, вероятно, нет необходимо- сти в точном совпадении искусственного нейрона и настоя- щего. Нервные клетки в мозгу весьма разнообразны по всем своим параметрам. Конечно, и при моделировании не обой- тись одним типом рейрона, но разнообразие их необходи- мо свести к минимуму. До сих пор мы рассматривали самый простой нейрон с одним входом. В действительности нейрон, как аппарат переработки информации, имеет много входов. Разберем некоторые простейшие модели. 89
На рис. 12 показан простой нейрон с двумя входами Ли В. Каждый вход самостоятелен — имеет свою характе- ристику синапса, временную и постоянную память. Функ- ция генератора Ег является ответом на сумму воздействий с обоих входов Ёе, где каждая е является результатом потенциала раздражителя В, умноженного на проводи- мость связи р: Ег = + PbEbY Здесь возможно и пространственное и временное суммирование. В обоих вариантах два субпороговых раз- дражителя посылают на генератор энергию, достаточную для того, чтобы вызвать возбуждение. На рис. 13 показан более сложный нейрон, несущий функцию выделения информации. Возможны два случая: 1. Пространственное суммирование (генератор отве- чает возбуждением на раздражение, поступающее одновре- менно с обоих входов). 2. То же, но для «узнавания» необходим определенный порядок поступления раздражений во времени, например сначала со входа Л, потом со входа В или наоборот. Во всех этих случаях в нейроне придется допустить две системы: «информационную» и «энергетическую». В первой производится «узнавание» и только после этого дается сигнал на вторую, которая и отвечает активностью генератора. Величина последней определяется суммой Рис. 12. Схема просто- . го нейрона, суммирую- щего возбуждение с двух независимых входов. А В — входы; рд, ер — си- напсы, сопротивления вхо- дов; W — выход. 40
Рис. 13. Схема инфор- мационного нейрона (модели). А, В — входы; ед, —сина- псы, сопротивления входов; Инф — распознающая часть нейрона (соотношение раз- дражений А и В во времени, по силе): Энерг. — энерге- тическая часть нейрона, определяющая уровень воз- буждения генератора Г; Вето — включение генера- тора только после распозна- вания соотношения входов; W — выход. энергии раздражителей 2Р Едв- Информационная система как бы имеет «право вето» — собственные тормозные меха- низмы, блокирующие генератор при всех неподходящих сочетаниях раздражителей. Разумеется, возможны различные усложнения. На- пример, не просто узнавание порядка следования Л—-5, но и определенное соотношение энергий для каждого входа, только при котором дается сигнал (разрешение) на включение генератора. Однако в этом случае нейрон наделяется более сложной информационной функцией, для которой, видимо, уже необходимо несколько клеток — целая модель. Модель в информационном плане — это комплекс из нейронов, объединенных хорошо проторенными свя- зями. Отсюда проводимость «внутренних» связей в ней го- раздо большая, чем «внешних», по которым данная модель связывается с другими. Это означает, что при возбуждении извне нескольких нейронов возбуждается вся модель, поскольку энергия беспрепятственно переходит с одного нейрона на другие. На таком явлении основано «узна- вание» целого по части (рис. 14). Модель a, b, с, d, е, f
Рис. 14. Возбуждение моде- ли a, b, ct d, е, f с хорошими внутренними связями с трех точек а, &, с. с хорошими связями возбуждается вся целиком с трех то- чек а, Ь, с. Модели могут отражать самую различную информацию. Укажем такие их разновидности: 1. Пространственная модель, в которой расположение частей объекта отражено так, как они воспринимаются при одномоментном осмотре. При этом возможно несколь- ко этажей. На нижнем этаже — картина во всех подроб- ностях, выше — только схема из ее важнейших частей, наконец, еще выше — вся информация (все содержание картины) суммируется в модели, состоящей из неболь- шого числа нейронов. На рис. 15 показаны три этажа Z, 77, 777 модели неко- его объекта, состоящего из частей а, 6, с, d, е, и, кроме того, «частные» модели IV и V. Нужно, однако, учесть, что с одного объекта или с его «подробной» модели на нижнем этаже можно выделить очень много различных моделей на высших этажах. Кро- ме моделей разной степени обобщения, есть «частные», отражающие часть объекта либо объединяющие его детали 42
по какому-то одному принципу. Например, из много- цветного объекта со сложной структурой можно выделить очертания с разными цветами, из лица — брови, нос, губы, общий овал, соотношение частей и пр. 2. Временные модели объединяют проходимыми свя- зями, снабженными механизмом задержки времени или без него, последовательно возбуждаемые частные модели. На рис. 16 показана многоэтажная временная модель. На нижнем этаже отдельные нейроны а, ..., р, объединенные по три в группы, соединены хорошо проторенными свя- зями внутри групп и менее проходимыми вне их. Это по- хоже на фразу, записанную буквами между группами. На втором этаже вся фраза представлена связанными моде- лями трех слов А—В—С, а еще выше смысл сосредоточен в одном знаке — суммирующей всю фразу маленькой мо- дели X. 3. Возможны и смешанные, пространственно-времен- ные модели, отражающие, например, изменяющуюся ситуа- цию, картину. 4. Модели качеств, возбуждаемые от отдельных рецеп- торов, воспринимающих какой-нибудь вид энергии или частоту колебаний («теплый», «синий», от восприятия Рис. 15. Три этажа обобщенных моделей одного объекта — I, 11, III. «Частные» модели IV, V. 43
X Рис. 16. Схема многоэтажной временной модели. а, Ь, с, d, е, f, т, п, р — нейроны, последовательно возбуждаемые извне; А, В, С — фразы на втором этаже; X — модель третьего этажа, объединяющая всю последовательность во времени возбуждения нейронов а->р. скорости — «быстрый»). Качеств очень много, иные весьма сложны (например, «абстрактный»), 5. Кроме перечисленных, есть еще огромное коли- чество моделей движений и чувств. Любые корковые модели образуются за счет памяти, то есть проторения связей при повторном совпадении в возбуждении нейронов. Уже после однократного возбуж- дения остается на сравнительно короткое время времен- ная память связи, которая при повторении постепенно превращается в постоянную память разной прочности в зависимости от частоты повторения. Кора наполнена моделями. Их число невозможно обозреть, так как один и тот же нейрон является составной частью множества моделей. «Узнавание» можно представить себе как возбуждение всей модели (а не только ее частей) и передачу возбужде- ния по связям на другие модели. Связи определяют место 44
данной модели среди других, и это отражает место данного объекта среди других во внешнем мире. Для того чтобы вся модель возбудилась, необходимо возбуждение некото- рого числа входящих в нее нейронов — число это тем боль- ше, чем менее проходимы связи между ними. На этом осно- вано допущение, что один нейрон входит в несколько моделей. Так как в модели действует множество перекрестных связей, возбуждение внутри нее распространяется стре- мительно, как пожар. Показанные на рис. 17 модели/—II—III—IVчастично имеют общие нейроны. При раздражении нейронов а, Ъ, с, d возбуждается модель IV, так как количество возбуж- денных клеток, входящих в нее, наибольшее. Переработка информации в коре — это движение воз- буждения по связи и моделям. Различные модели возбуж- даются в разной степени. При переходе на другие моде- ли возбуждение может погаснуть, если сопротивление связи достаточно велико. Источником возбуждения на входе является внешняя и, особенно, внутренняя среда — Рис. 17. Схема нейронной сети. Одни и те же нейроны входят в состав нескольких моделей. При раздражении a, b, с, d возбуж- дается модель IV.-------модель Г, ------модель II; ------ • --------------------------------------------------------------------- модель III; ------------------------- -модель IV. 45
чувства, которые главным образом и поддерживают актив- ность коры через СУТ. Избежать хаоса в коре за счет того, что возбуждение будет охватывать все новые модели, можно только допуще- нием торможения. Это — основа координации моделей в коре. Торможение. На первый взгляд кажется, что это поня- тие лишнее. Зачем вводить его, если понимать под торможе- нием только уменьшение энергии активности возбужде- ния? Ведь эта энергия не может упасть ниже нуля. Если обратиться к технике, то там торможение не означает «отрицательной» энергии. Затормозить — значит умень- шить готовность к движению и затруднить само движение, то есть превращение энергии. Это требуется для того, что- бы машина не могла пойти от случайного толчка, который возможен в процессе работы либо как непредусмотренное внешнее воздействие, либо из-за несовершенства регули- рования. Такое же положение и в нервной системе. Заторможен- ный нейрон — это такой нейрон, который не может легко возбудиться приложением энергии извне. Подобное свой- ство важно, например, для обеспечения реализации каких-то внутренних программ. Как представить себе торможение? Выше упоминалось об «отрицательной» энергии, которая будто бы алгебраи- чески суммируется с «положительной». По всей вероят- ности, это не так, хотя мыслимо и такое активное торможе- ние, когда положительной энергии, поступающей по свя- зям, придается еще и «направление»: она выступает как вектор. Однако эта возможность сомнительна. Проще представить торможение как понижение возбудимости. Тогда оно выступает буквально как торможение в маши- нах. Но для этого нужно признать необходимость спе- циальных тормозных структур внутри нейродов, которые 46
превращают активную энергию некоторых входов в тор- мозную, или допустить особую тормозную энергию, про- водником и генератором которой является специальная тормозная сеть. Может быть, имеют место оба явления. Нейрофизио- логи допускают наличие специальных тормозных синап- сов, которые превращают энергию обычных импульсов в торможение. В таком случае отпадает необходимость в специальной сети тормозных нейронов. Однако это вызы- вает сомнение, поскольку тогда трудно представить себе самоорганизацию нейронной сети, процесс обучения и твор- чества. Нужно предположить существование заранее сформированной сети с четко определенными связями — каждая клетка вызывает возбуждение одних и торможение других клеток, связи с которыми имеются от рождения. (Или же следует предположить какую-то сложную пере- стройку внутри нейрона в виде превращения возбуждаю- щих синапсов в тормозные?) Наличие тормозных нейронов подтверждено нейро- физиологами. Остается допустить существование целой сети, составленной из них. Тормозной нейрон может полу- чить возбуждение от обычных нейронов и трансформиро- вать его в торможение, но и в этом случае не избежать тормозных синапсов. Иначе необходимо допустить безым- пульсную передачу тормозных влияний (или наличие каких-то специальных импульсов). Это возможно, но сом- нительно. Может быть, есть и то и другое: нервная тормоз- ная сеть со своими импульсами и обычная сеть — со свои- ми. Обе сети соприкасаются через специальные тормоз- ные синапсы, имеющиеся от рождения в каждой клетке (рис. 18). Каждая сеть функционирует сама по себе и, кроме того, оснащена переходными синапсами, через которые тормозная система уменьшает возбуждение актив- ных клеток, а активная — возбуждает тормозные с тем, 47
чтобы они в свою очередь затормозили какие-то иные воз- бужденные клетки. Моделирование разума не предусматривает обязатель- ного повторения природы. Для воспроизведения программ психики тормозная сеть необходима. По всей вероятности, в простейших случаях можно обойтись одним возбужде- нием, заложив соответствующие характеристики. Однако при моделировании сложных сетей без торможения не обойтись. Прежде всего это касается создания системы внимания: выделения одного канала связи или одной груп- пы моделей, обеспечивающих наиболее нужную для инди- видуума в данное время функцию. (Как уже говорилось, у человека и даже животного различные программы дея- тельности — причем многие из них противоположны — включаются одним и тем же внешним раздражителем). Без торможения в этих случаях обойтись невозможно, так как иначе нельзя справиться с помехами, поступаю- щими на одну программу со стороны прочих. Запроектировав тормозную систему, нужно создать для нее структуру, придать характеристики ее нейронам и связям. Видимо, следует руководствоваться теми же Рис. 18. Схема активной и тормозной сетей и их огношений. Квадратами и сплошными линиями показана активная сеть, кругами и пунктиром— тормозная. 48
принципами, что и при построении возбуждающей систе- мы: воспроизвести статические и динамические характе- ристики генераторов с их изменениями вследствие трени- ровки, а после активного состояния — временную память (последнее, впрочем, необязательно). Точно так обстоит дело и со связями — их проходимость устанавливается от совпадений и возрастает при повторениях. «Возбу- димость» нужно заложить как функцию в характеристи- ках генераторов. Однако тормозная система все-таки вы- полняет подсобную роль, поэтому в ней не должно быть сложных программ переработки информации, обеспечи- вающих выделение этажных и дополнительных кодов. Скорее всего, это диффузная сеть, охватывающая все «пространство», заполненное активной (возбуждающей) системой. Она одинакова и для высокоорганизованных, соответствующих высшему смыслу явлений, и для нейро- нов низших этажей, выполняющих второстепенную рабо- ту. Функция сети одна — при возбуждении определенных моделей активной системы тормозить другие модели той же системы. Можно полагать, что в этой сети есть некоторые проторенные, действующие от рождения связи, но боль- шая часть их проторяется в ходе обучения, по типу услов- ных связей. Процесс обучения происходит одновременно в обеих системах — активной и тормозной. Следователь- но, управление некоторыми местными участками тормозной системы (сети) может осуществляться со стороны любых элементов — нейронов — активной системы по принципу местных рефлексов: возбуждение одних клеток должно вызывать торможение соседних или выполняющих про- тивоположную функцию клеток. Такое (называемое ре- ципрокным) торможение в спинном мозгу давно известно науке. Однако этой функцией дело не исчерпывается. Для пра- вильной деятельности системы нужны еще некоторые 49
этажи торможения, начиная от «местных» через «регионар- ные» (областные), которые координируют отношения меж- ду более крупными областями, и кончая «центральным», осуществляющим наиболее важную координацию между программами на уровне внимания — сознания. Такая деятельность не может быть выполнена только диффузной тормозной сетью, нужна некоторая иерархия в структуре и функции. Ее назначение — обеспечить доминирование между отдельными близкими моделями и в целом мозгу. В связи с этим возникает несколько вопросов. Суть местного и общего доминирования заключается в следующем. Для того чтобы в данный момент осуществля- лась преимущественно или исключительно какая-нибудь функция, одна из моделей по степени активности должна превосходить другие — родственные или окружающие — модели. С переменой ситуации во внешнем мире и внутри системы получает возможность для доминирования иная программа, соответствующая новым условиям. В простей- ших случаях из всех программ или моделей наиболее сильно возбуждается одна, а все прочие возбуждены в значительно меньшей степени либо заторможены. Через некоторое время возможно перераспределение уровня возбужде- ния. Для сложных систем, кроме одной сильно возбуж- денной модели, к которой привлечено внимание (или кото- рая находится в сознании), должно быть предусмотрено несколько уровней активности. За их счет обеспечивается переработка информации в подсознании, с тем чтобы к по- следующему моменту перераспределения активности под- готовились те модели, которые наиболее соответствуют изменившейся внешней и внутренней обстановке. Сле- довательно, задача состоит в том, чтобы создать систему, которая обеспечила бы разные степени активности (доми- нирования) для более и менее важных в данный момент мо- делей и дала бы возможность относительно быстро пере- 50
Рис. 19. Схема СУТ. * S — СУТ; F — усиление главной модели; В —торможение остальных; Ц—этажные модели смысла ок- < ружающего мира; Alt Аа — этаж- ные модели действий, направлен- ных вовне; Ci9 Ct — модели про- грамм сознания; е, / — модели чувств и эмоций. распределять эту активность при изменении обстановки. При этом нужно не только выделить одну — главную — модель, но и обеспечить несколько степеней активности для других моделей — в зависимости от их важности. Эту задачу призвана решить система усиления и тор- можения — СУТ. Первая разновидность СУТ обладает способностью лишь затормаживать модели. Доминирующие модели менее других заторможены. (Торможение осуществляется через понижение возбудимости, как описано выше). Вторая разновидность СУТ не только в разной мере тормозит все Модели, но и возбуждает избранные. При этом в свою очередь возможно несколько вариантов: 1. Возбуждается лишь главная модель — та, что на- ходится в сознании (к которой привлечено внимание в дан- ный момент). Активность других определяется степенью заторможенности. Примерная схема этого показана на рис. 19. 51
2. Активное возбуждение распространяется не только на главную модель, но и на некоторые нижележащие по значимости, то есть возбуждение (активизация) присут- ствует наряду с торможением на разных уровнях важно- сти, доминирования. Самый способ возбуждения избранных моделей тоже может быть разным: 1. СУТ представляет собой не только тормозную, но и возбуждающую систему, которая несет специфическую энергию, действующую (как и торможение) на возбуди- мость, то есть меняющую настройку нейрона (модели из нейронов), коэффициенты в его характеристике. 2. Возбуждающая энергия СУТ является обычной, то есть такой же, как и циркулирующая между нейронами в активной сети. Она приплюсовывается к энергии, посту- пившей с других входов на уровне генератора (можно до- пустить и иной вариант — «умножается» на энергию вхо- дов обычных нейронов). Сейчас трудно решить, на какой из систем остановить- ся. Наверное, нужно изготовить сравнительные модели и на них выяснить преимущества и недостатки каждого принципа. Активное усиление одной модели, воспроизво- дящее положительную обратную связь, выгодно в тех слу- чаях, когда нужно сильно «выпятить» какую-то из многих однородных моделей, защитив реализацию одной програм- мы от помех со стороны других. Например, это относится к двигательной функции: при выполнении одного двига- тельного акта нейроны, обеспечивающие другой акт, должны быть заторможены, иначе движение нельзя будет осуществить. Иное дело процессы переработки информа- ции. Там превалирование одной «мысли» над другой не обязательно очень велико. Однако, по всей вероятности, для реализации «программы сознания» необходимо актив- ное усиление главной модели наряду с некоторым тормо- 52
жением других. На низших этажах, видимо, можно огра- ничиться лишь различной степенью подавления активно- сти моделей. Источником возбуждения — энергии может быть не только СУТ, но и подкорковые центры чувств, получающие постоянное возбуждение изнутри, из сферы внутренних органов. Сильно тренированные нейроны коры, имеющие высокую спонтанную активность, тоже Являются источ- ником возбуждения для других нейронов. И все-таки без возбуждающего действия СУТ, видимо, не обойтись. Она представляет собой звено, воспроизводящее положитель- ную обратную связь. Структура СУТ будет различной в зависимости от избранного принципа усиления и торможения, а также от устройства основной активной системы переработки информации — количества этажей, дополнительных ко- дов и т. д. Для каждой такой системы нужно конструиро- вать свою СУТ. Сейчас можно высказать лишь некоторые общие предположения. Для каждой «активной» модели необходим тормозной «двойник», имеющий многочисленные связи с другими тормозными и активными нейронами (моделями из ней- ронов). Через него должно осуществляться торможение модели. Таким образом, тормозная система в некотором роде явится отражением активной. Из таких нейронов составится иерархическая тормоз- ная система, которая облегчит целенаправленную перера- ботку информации по этажам. При последовательном воз- буждении активных моделей все другие, особенно нижеле- жащие, должны автоматически затормаживаться. Может быть, эту систему следует дополнить активирующими ней- ронами, еще более повышающими возбудимость самой активной модели. Однако, быть может, это и не нужно во избежание появления очагов стойкого возбуждения. Связи 63
и активность отдельных нейронов в тормозной системе частью задаются (существуют от рождения), частью обра- зуются в процессе самоорганизации наряду со связями в активной системе. Это — тормозные условные связи. Такое функционирование тормозной системы обеспечи- вается соответствующими характеристиками составляю- щих ее нейронов. Возможны разные связи внутри этой «теневой» системы, начиная от двусторонних, когда одна активная клетка возбуждает другую по своим связям и тормозит третью через включенную тормозную. В иных случаях это более сложная сеть, через которую возбужденный нейрон управ- ляет целой системой тормозных нейронов. Возбуждение в тормозной сети может распространяться по тем же зако- нам, что и в активной. Второй тип тормозной системы, который может суще- ствовать одновременно с первым,— это собственно СУТ, призванная осуществлять выделение (доминирование) одной модели из всех других в «мозгу» (искусственном!). Такое выделение может производиться поэтажно — по областям или для всего мозга. Суть этого процесса, пред- ставляющего собой «программу внимания», заключается в усилении одной модели (самой важной) и в торможении всех прочих. Для этого нужно принять формальный прин- цип положительной обратной связи: усиливается модель с наибольшим уровнем активности (энергии). Второй не- обходимый принцип — периодическое перераспределение усиления с тем, чтобы поведение целой системы отражало изменение внешней и внутренней обстановки. Следова- тельно, СУТ должна «пульсировать», выдавать усиление на одну модель и торможение на все другие не постоянно, а импульсно с тем, чтобы в интервалах производить срав- нение уровней основной активности («потенциалов») и уси- ливать наибольший из них. Третий принцип — изменение 54
Рис. 20. Схема этаж- ной СУТ. Показаны три поля «ра- бочих» моделей, а также нейроны первого (I) и второго (II) этажей СУТ с их усиливающи- ми (У) и тормозными (Т) элементами. Первое поле Второе поле Третье поле степени усиления — торможения в зависимости от различ- ных условий, например от разницы в степенях активности самой «сильной» и слабых моделей, от абсолютного потен- циала и т. д. Все это нужно отразить в характеристиках СУТ в виде частоты усилительных и тормозных импульсов, вели- чины их, программы, выбора модели для подключения усиления и торможения всех остальных. На рис. 20 представлена попытка составить схему этаж- ной СУТ. Внизу расположены девять «рабочих» клеток ак- тивной системы, условно скомпонованных по три в поле. От каждой из них направляются связи к первому этажу СУТ — отдельные системы для полей. Эти регионарные СУТ сравнивают потенциалы всех трех нейронов и под- ключают возбуждающую часть СУТ к наиболее активному (усиливая его по принципу положительной обратной свя- зи). Остальные два тормозятся через посредство включен- ной тормозной системы Т. После того как выданы некото- рые усилительный и тормозной импульсы, потенциал 55
СУТ падает до нуля, и активность рабочих нейронов (или моделей, что все равно) снова находится только под воздей- ствием извне или других нейронов активной системы, как если бы и не было СУТ. Правда, «последействие» в подвер- гавшейся усилению модели еще остается согласно дина- мической характеристике. Такие же процессы происходят и в каждом поле — выбирается и активизируется одна модель, а две другие затормаживаются. Однако этим дело не ограничивается. Имеется еще второй (и могут быть высшие) этаж СУТ, который произ- водит выбор между активностью частных СУТ по тому же принципу, что и эти последние,— среди рабочих нейронов. Сравнивается потенциал всех трех СУТ первого этажа, выбирается наибольший, к нему подключается усиление, а к остальным двум — торможение. Усиление одной из «местных» СУТ сразу же передается на уже выбранный рабочий нейрон, так что он получает дополнительное воз- буждение, а все другие — торможение. В данном случае это касается первого поля Напротив, на второе и третье поля со второго этажа СУТ поступает торможение, приплю- совывающееся к отрицательной энергии заторможенных нейронов и уменьшающее активность возбужденных. Последние, таким образом, все же остаются более возбуж- денными среди заторможенных и представляют собой «местную доминанту». Такова одна из возможных гипотетических струк- тур СУТ. В связи с этим возникает немало вопро- сов: 1. Как представить в виде нейронной сети «сравниваю- щую систему», способную сопоставить потенциалы энер- гии многих нейронов и выделить среди них наиболее актив- ный, чтобы подключить именно к нему усиливающую систему, а ко всем другим, наоборот, тормозную? Это 5Q
сравнительно легко сделать в виде алгоритмов ЭВМ, но трудно воспроизвести в виде системы нейронов. 2. Нужно ли делить СУТ на этажи и каким должно быть их количество? Для структурного моделирования с нейронами это просто необходимо, а для ЭВМ не обяза- тельно, так как она может сравнивать сколько угодно потенциалов (уровней активности, энергии). 3. Каким должен быть характер СУТ? Возможны два варианта: а) статическая характеристика усиления — зависи- мость потенциала усиления от уровня активности (потен- циала) наиболее активной среди избранных моделей /?СУТ = а(£*). То же касается потенциала торможения #сут; б) динамическая характеристика СУТ — частота и ха- рактер изменения потенциала во времени, например в виде синусоиды. По всей вероятности, частота должна зависеть от величины Е. Чем выше активность избранной модели, тем больше потенциал СУТ, тем скорее она «устает», тем короче импульс усиления и интервал между импульсами. 4. Как использовать местную тормозную систему? Накладывать на нее торможение, поступающее от СУТ, или же создавать особую тормозную систему? Наверное, нужно использовать имеющуюся. Тогда на ее собственные потенциалы, вызванные взаимодействием активных ней- ронов, накладываются периодические тормозные импуль- сы от СУТ. Однако для окончательного решения этого вопроса нужно конкретное моделирование. Может быть, в общую тормозную сеть следует «вкрапливать» редкую сеть нейронов, подчиняющихся только СУТ? Общая конструкция мозга. Мысль и мышление. Мозг представляет собой сложную конструкцию из нервных клеток и связей, в которой, видимо, действует два вида отношений: по связям и «по соседству» « пространствен- 57
Рис. 21. Схема СУТ. А, В — «рабочие» зоны коры с мо долями а—а—а, Ъ—Ь—Ь, с—с—с, d— d—d. Наиболее возбуждена модель а—а—а в зоне А, в зоне В модель с— с—с менее заторможена, чем d—d—d. Элемент N СУТ-! усилен, элемент М заторможен от СУТ-!/; Т — тор- можение; У — усиление. ному контакту между клетками. Это означает, что возбуж- дение с одной клетки может перейти на другую, даже если она находится на противоположном участке мозга, но в то же время возбужденная клетка воздействует и на своих непосредственных соседей, повышая или понижая их возбудимость. Наверное, подобное явление очень важно, так как, если бы действовали только связи, мозг можно было бы разложить на несколько плоскостей в схему и смонтировать последнюю в виде любой геометрической фигуры. Это значительно упростило бы моделирование не только на физической (аналоговая модель), но и на цифровой машине, поскольку запрограммировать плоскую схему гораздо проще. Видимо, к такой схеме все равно придется прибегнуть, потому что представить себе модель иначе пока просто невозможно. Однако некоторые допу- щения, призванные примирить модель и мозг, можно сде- лать. Главным образом это имеет отношение к СУТ 58
(рис. 21). На схеме, показанной на рис. 21, представлена следующая ситуация: 1. «Рабочие» зоны коры, в которых находятся модели, расположены в одной плоскости и не оказывают друг на друга непосредственного тормозящего действия «по сосед- ству». 2. Распределение в них уровней возбужденности или заторможенности определяет только СУТ на уровне вто- рого этажа. Первый этаж СУТ действует в пределах соб- ственной области и возбуждает модели уже не по «терри- ториальному» признаку, а выборочно. Например, в зоне Л, которая целиком возбуждена от СУТ-// через СУТ-/, дополнительно усилена модель а~а—а, а модель b—b—b заторможена от тормозных клеток Г, расположенных в СУТ-/. Чем выше уровень усиления одной модели, тем меньшую площадь она занимает, тем больше заторможены другие модели. Дополнительно действуют тормозные взаимодействия между самими моделями, отработанные в процессе их создания (на схеме точечная линия между а и Ъ). Без этого нельзя представить себе взаимодействие моделей в процессе сложных функциональных актов. Взаимоотношения между зонами А и В осуществляются 'только через связи между их частными моделями, напри- мер а и с или Ъ и d. Прямого тормозящего воздействия зоны друг на друга не оказывают. Разумеется, расположение «рабочей» коры на плоско- сти — только допущение, нужное для моделирования. При этом этажи СУТ как бы располагаются в других плос- костях, над первой. Этажный принцип самих «рабочих» моделей, за счет которого производится этажная перера- ботка информации, осуществляется путем выделения отдельных областей коры для моделей разных этажей. Например, есть зрительная зона, а в ней отдельные под- 59
зоны, в которых представлены модели зрительной инфор- мации разных этажей. Эти подзоны обслуживаются своими местными СУТ-/ (как показано на рис. 21). В действитель- ности имеет место выделение корковых полей, в которых представлены модели разных анализаторов — зрительного, слухового, а в пределах одного анализатора есть поля для разных моделей. Наверное, и внутри каждого поля суще- ствуют еще смысловые этажи моделей. Таким образом, разделение зон на плоскости — искусственная мера, не- обходимая для моделирования. Бев нее трудно предста- вить себе схему системы, но она же вносит искажения во взаимоотношения моделей. Характеристики нейронов и моделей на разных этажах переработки информации должны быть различными — видимо, главным образом это коснется временных измене- ний памяти связей, поскольку трудно представить себе, чтобы продолжительность активной деятельности нейро- нов на высших этажах была очень велика. Вспышки актив- ности на самом высоком ее уровне не должны быть дли- тельными, так как на этом основывается координация, переключение возбуждения с одной модели на другую. Конечно, это не означает, что и на низких уровнях актив- ность тоже должна быть кратковременной, так как на этом основано все подсознание. Разнообразие характери- стик связей и генераторов моделей призвано отразить специфику информации (зрительную, слуховую или мы- шечную) и особенности этажей. Рассмотрение общей гипотезы о конструкции и дея- тельности мозга позволяет нам дать «функциональное» определение понятий «мысль» и «мышление». Мысль — это единственная модель, которая возбужде- на в данный момент через СУТ и имеет значительно боль- ший уровень активности по сравнению со всеми осталь- ными моделями.В следующий момент произойдет переклю- 60
чение СУТ на другую модель •— появится другая мысль (см. рис. 19). Мышление — процесс переключения «главного» воз- буждения СУТ с одной модели на другую и т. д. Не слу- чайно Пенфилд ввел термин «поток мышления». Мышле- ние — это сам процесс переключения, а сознание — выде- ленные модели, отражающие наиболее важное в данный момент. Как видим, оба понятия неразделимы. Конечно, в самом общем виде мышлением можно назвать всякую переработку информации, но это мало что дает. Мысль имеет разное содержание в зависимости от того, какая из моделей возбуждена. Это может быть зритель- ный или звуковой образ, чувство, ощущение, слово, слож- ное понятие, представляющее собой смысл целой фразы или даже нескольких фраз. Мысль мгновенна, но, погас- нув, она еще продолжает «светиться», присутствует и в лю- бой момент может вернуться в сознание, если его не «от- влекут» другие мысли, более важные для человека в данное время. Промелькнувшие мысли сохраняются во времен- ной памяти в виде повышенной возбудимости самих моделей и повышенной проходимости односторонних свя- зей между ними, в которых отражена последовательность во времени прохождения через сознание этих моделей. Промелькнувшие мысли можно повторить, как бы увидев внутренним взором, и заново проанализировать, возбу- див новые модели, которые отразят этажный смысл или новые качества, не выявленные в первый раз (об этом см. ниже). Переключение внимания •— усиления со стороны СУТ осуществляется при периодическом сравнении уровня активности всех моделей — по ступеням усиления в «ре- гионарных» СУТ (см. рис. 21). Можно выделить ряд фак- торов, определяющих уровень активности модели и тем самым ее шансы «захватить» внимание — усиление: 6t
Рис. 22. Схема вза- имоотношений моде- ли М. А — модель высшего эта- жа; а, в, с —- модели ниж- него этажа; 1, 2 — сосед- ствующие модели; Д — модель-антагонист; Т — торможение; К — модели качеств; 4t, Чя — модели чувств. Пунктиром пока- заны пути торможения. 1. Уровень собственной спонтанной активности мо- дели — как следствие длительности и интенсивности тре- нировки за какой-то предыдущий длительный (а может быть, и недлительный) период. 2. Последействие от предыдущего периода высокой активности (с усилением через СУТ или в подсознании). 3. Возбуждающие воздействия со стороны других мо- делей (рис. 22): а) от соседствующей по времени модели; б) от нижележащих по этажу; в) от вышележащих по этажу; г) от моделей-качеств. Все это зависит от уровня возбуждения самих моделей и от длительности времени, истекшего после их активно- сти — в смысле временной памяти связи. 4. Тормозящие воздействия со стороны моделей-анта- гонистов по тем же пунктам. 5. Возбуждение от моделей чувств, ощущений и эмо- ций, которые сами зависят от воздействий с тела и из внешней среды. 6?
6. Последействие от предшествовавшего усиления со стороны СУТ, если модель перед тем привлекала внимание. 7. То же, но с обратным знаком — последействие от торможения СУТ, если модель была в подсознании. Разумеется, уровень активности изменяется постоянно в зависимости от изменений возбуждающих и тормозящих воздействий извне, сообразно динамическим характери- стикам генераторов и связей, а также характеристикам СУТ. Программа поведения человека. Прежде чем говорить об искусственном интеллекте, нужно определить само понятие «интеллект», «разум». Сделать это в одной фразе нельзя. Разумный человек подобен автомату с некоторы- ми программами поведения или, если угодно,— перера- ботки информации. Практически это означает, что чело- век действует во внешней среде в зависимости от ее настоя- щих, прошлых и предвидимых будущих раздражителей. Эти действия определяются его наследственной биологи- ческой информацией, программами, привитыми обществом в процессе воспитания, и программами, созданными в по- рядке собственного творчества (самоорганизации). Послед- ние могут значительно изменить предыдущие — «для себя», «для рода», «для общества». Прежде чем создать искусственный разум, нужно попы- таться описать естественный — через его программы. Разумеется, сделать это с исчерпывающей полнотой пока невозможно, поэтому мы ограничимся лишь приближен- ным изложением вопроса. Вначале — классификация. Можно выделить следую- щие шесть типов программ: 1. Восприятие и переработка информации, поступаю- щей от тела. Сюда входит моделирование ощущений, чувств, эмоций в первую очередь как проявления врож- денных программ инстинктов и сложных рефлексов. 63
2. Восприятие и переработка внешней информации — выделение этажных моделей внешнего мира — моделей смысла и качеств. 3. Программы действий — сообщение информации вовне. 4. Программы речи. 5. Сознание. 6. Творчество и труд. Конечно, выделение этих программ является в значи- тельной степени искусственным, поскольку в каждой из них отражаются все прочие — только в разной степени. Так, без механизмов внимания, являющихся первой сту- пенью сознания, невозможна ни одна другая. То же каса- ется чувств и эмоций. Восприятие внешней информации производится с участием двигательной сферы (настройка органов чувств и даже пробные воздействия на объект). Программы произвольных движений, через которые чело- век воздействует на окружающий мир в физическом и ин- формационном смысле, сопряжены с восприятием и перера- боткой информации, поступающей от органов движения — мышц, суставов, связок. Восприятие и произнесение (или написание) речи являются высшим этажом программ вос- приятия внешнего мира и двигательных воздействий на него. Программы творчества и труда включают в себя все предыдущие. Однако для удобства изложения есть смысл характери- зовать типы программ в плане их границ и «стыков». Все программы имеют общие черты: 1. Наличие врожденных моделей-структур, на перифе- рии и в подкорке воспринимающих раздражения, выде- ляющих информацию и направляющих ее по определен- ным каналам в кору и дальше — внутри коры на массу нейронов, из которых формируются модели разных эта- жей. Эти врожденные структуры имеют характеристики, 64
которые, однако, могут значительно изменяться вслед- ствие тренировки. Есть механизмы местного доминиро- вания между врожденными моделями в подкорке. 2. Кора представляет собой надстройку, в которой в процессе опыта, целенаправленного обучения, самоорга- низации (творчества) формируются модели первичной информации. Происходит это на базе разных свойств вре- менной и длительной «памяти связей», а также свойства усиления активности при тренировке. Взаимоотношения между моделями, входящими в область данного типа про- грамм, определяются законами местного доминирования (торможения) и участием СУТ. 3. Специфика корковых моделей зависит от характера воздействий, поступающих извне и с других областей (программ) коры. Общий принцип: выделение этажных моделей из пространственного и временного разнообразия информации, а также выделение моделей качеств и сме- шанных, объединяющих модели разного типа. 4. Образовавшиеся модели становятся самостоятельно функционирующими единицами со своими характеристи- ками. Они взаимодействуют с новыми раздражителями, поступающими извне и с соседних областей коры, прояв- ляя разную степень независимости (устойчивости). 5. Каждый тип программ имеет свои модели, занимаю- щие некоторую сферу коры, но частично перекрывающие- ся с другими. Программа чувств. Чувства являются отражением в коре возбуждения (активности) центров в подкорке, получающих воздействие «снизу», с тела. Это различные модели животных программ — «для себя», «для рода». Однако в процессе обучения и творчества первичные мо- дели чувств значительно расширяются, активность не- которых подавляется, а других — усиливается. В то же вре- мя все модели внешнего мира приобретают условные связи 65
Рис. 23. Подкорковые центры чувств. 1 — центр «приятного»; 2 — центр «неприятного»; 3 — положительные эмоции; 4 — отрицательные эмо- ции; 6 —- СУТ; 6 — одно из простых чувств; 7 — цен- тры действий; 8 — внутренние органы и 9 —- эндо- кринные железы (тело). с чувствами. Чувства, таким образом, постоянно участву- ют в переработке информации по программе «для обще- ства». Основная база чувств — в подкорке, в виде цент- ров — моделей, в которых отражены как получаемая с тела информация, так и модели действий, реализующие простые безусловные и сложные рефлексы и инстинкты. На рис. 23 дана примерная схема взаимоотношений под- корковых центров для одного первичного чувства, пред- ставляющего какой-нибудь рефлекс. Здесь показана модель чувства, воспринимающая раз- дражение с тела — из разных тканей и органов. Прямой связью с ней соединена модель действия — «желания», которая у животных управляет мышцами, выполняя эле- ментарные движения. У человека от этого осталась только 66
непроизвольная реакция мимики и позы, а также простей- шие импульсивные движения. Зато возбуждение этого центра, с одной стороны, воспринимается как «желание», а с другой — стимулирует (усиливает) модели некоторых произвольных движений, выполнением которых руководит кора. Каждое частное чувство и желание связаны с цент- рами универсальных чувств «приятное» и «неприятное», в которых обобщается вся чувственная сфера. Они из- меняют управление внутренней сферой и оказывают доминирующее воздействие на некоторые двигательные программы коры, не говоря уже о мимике и позах. Они очень важны, так как соотношение их активности опреде- ляет общее настроение, «уровень счастья» в любой момент. Раздражитель Пр Рис. 24. Изменение степени возбуждения центров «приятного» и «неприятного» в зависимости от соответствующих раздражителей Периоды: а — адаптация, Ь — облегчение после снятия раздражителя; t — время. 67
Рис. 25. Схема связей центра эмоций с другими центрами коры и подкорки. Оба центра связаны тормозной связью. В их деятельности выражены процессы адаптации. Рис. 24 иллюстрирует соотношение активности обоих центров. Активность универсальных центров Пр и НПр питает- ся энергией СУТ. Кроме того, они тесно связаны с эмо- циями. Схема связей центра эмоции с другими представлена на рис. 25. Здесь показаны три пути включения эмоций: от специальных раздражителей через центр инстинктов, от любого чувства через универсальный центр Пр или НПр и с коры. Все это — входы. Выходы реализуются тоже по трем направлениям: повышается тонус второй и третьей регулирующих систем и включаются специаль- ные программы аварийного регулирования внутренних органов •— вся система регулирования гомеостаза (по- стоянства внутренней среды) переключается на новые 68
уровни. За счет действия на усиливающую систему изме- няется «энергетика» коры и подкорки, благодаря чему программы как переработки информации, так и действий, связанных с непосредственным выполнением нужных движений (например, защиты или нападения), резко уси- ливаются. В то же время все остальные программы затор- маживаются. Наконец, можно допустить непосредствен- ное включение или усиление некоторых специальных двигательных актов, присущих только данной эмоции. Правда, у человека они включаются через кору голов- ного мозга. На рис. 26 дана схема, отражающая взаимоотношение корковых и подкорковых центров модели чувств. Все мо- дели в подкорке показаны одним квадратом. Каждая из них имеет отражение в коре в виде первичных чувств. Над ними расположены высшие этажи, в которых представлены сложные модели •— от различных сочетаний частных и общих чувств и желаний, от разных изменений во вре- мени, от соединения моделей внешнего мира с моделями чувств. Активность СУТ прямо зависит от степени интен- сивности чувств. Последние связаны со всеми моделями внешнего мира и придают субъективность процессам по- знания. При восприятии предметов внешнего мира чув- ства направляют рецепторы и «предлагают» для распо- знания те модели, которые с ними связаны наиболее проч- ными связями. С другой стороны, сами корковые модели чувств, а через них и подкорковые, могут возбуждаться «сверху» — с моделей внешнего мира и иногда сильнее, чем «снизу» — с тела. Они значительно изменяют даже управление внутренними органами. То же касается и мо- делей действий: от чувств «подготавливаются» избранные модели, которые способствуют выполнению программ, представленных чувствами. Некоторые программы могут прямо включаться со стороны чувств, особенно эмоций, 69
Рис. 26. Взаимоотношение Кора корковых и подкорковых цент- Подкорка ров модели чувств. ' 1 — подкорковые центры (модели) чувств; 2 — корковые модели про- стых чувств; 3 — корковые модели сложных чувств; 4 — модели внеш- него мира; 5 — модели движений; 6 — время; 7 — модели сознания; 8 — СУТ; 9 — тело. и тогда модели внешнего мира только приспосабливают их к конкретной обстановке. Сознание также находится под воздействием чувств, но в то же время и само управ- ляет ими. Отношения между моделями внешними и аб- страктными и чувствами зависят от проходимости восхо- дящих и нисходящих связей и от степени собственной активности внешних моделей: они могут диктовать чув- ствам либо подчиняться им. Трудно дать классификацию чувств, даже перечислить их, настолько они различны. Мне кажется удобным вы- водить их из основных программ поведения, разделяя, кроме того, по интенсивности на ощущения, чувства и эмоции. Отдельно стоят желания. Часть из них явно связана с чувствами, а другие проявляются как будто самостоя- тельно, поскольку соответствующие им чувства не осо- знаются в явной форме. Чувства можно, кроме того, условно поделить на пер- 70
вичные, или простые, которые являются прямым отраже- нием в коре возбуждения подкорковых центров, связан- ных с телом, и вторичные, или сложные, представленные моделями в коре, сформировавшимися от соединения не- скольких чувств (при их различных временных отноше- ниях), а также образованные по типу условных рефлексов на внешние воспитательные воздействия, не имеющие прямой связи с биологическими программами человека. К таким, например, можно отнести патриотизм. Как уже говорилось, есть две основные «животные» программы: «для себя» —- инстинкт самосохранения, ко- торый подразделяется на две подпрограммы —- «защиты» и «питания», и «для рода» — инстинкт продолжения рода, тоже состоящий из двух подпрограмм — половой и роди- тельской. Инстинкт защиты состоит из простых ощущений и чувств — боли, холода или жары, усталости, удушья и других, вытекающих из безусловных рефлексов. Инстинкт питания — голод, жажда или сытость, а произ- водными являются жадность, обладание, зависть. Половой инстинкт включает любовь, желание, рев- ность. Производными являются властолюбие, тщеславие. Родительский инстинкт включает любовь к детям, а также ее экстраполяцию — доброту. Кроме инстинктов, есть еще сложные рефлексы, кото- рые отражают врожденные качества выполнения программ и переработки информации. Эти рефлексы выражаются про- граммами, структуру которых не всегда удается предста- вить, поскольку они отражают качество — как перераба- тывается информация. Каждый рефлекс содержит чувство, которое плохо осознается, и желание, потребность включить соответ- ствующую программу. Она усложняется и модифицируется корой, как всякая программа. По всей вероятности, неко- 71
торые сложные рефлексы (например, любопытство) при- надлежат уже к проявлениям корковой деятельности. Я ограничусь лишь кратким описанием сложных ре- флексов. 1. Рефлекс самовыражения —отражение чувств и эмо- ций в мимике, позе, звуках. У наших животных предков это было сигналом для других — друзей, соперников, врагов. Существует механизм автоматического «считыва- ния» чувств в движениях, мимике, позе. Это осталось и у человека — есть неосознаваемая потребность «выра- жать себя», и не только мимикой, но и речью. У человека, как наиболее «общественного» из всех животных, это чув- ство тренируется, гипертрофируется и становится одним из важнейших, потому что определяет собой стремление к общению. Есть потребность высказывать свои мысли, даже если нет собеседника. Обычно это выражается во внутренней речи. Видимо, этот рефлекс можно предста- вить в модели, во-первых, в виде повышенной проходи- мости связи между чувствами в подкорке (главным обра- зом приятными и неприятными, а также эмоциями) и ми- микой, а во-вторых, в речи — внутренней и внешней. Более сложной является потребность в обществе — поиск собеседника. Однако и это можно смоделировать. 2. Рефлекс подражания. До некоторой степени он свя- зан с предыдущим и выражается в автоматическом считы- вании собственными движениями зрительных образов, отражающих другое животное существо. Механизм его воспроизвести трудно. Вероятно, нужны прямые связи между зрительными образами движений и моделями их в двигательном анализаторе. Соответствующее чувство включается, как только человек (или животное) видит другое, особенно близкое (рис. 27). 3. Рефлекс цели — дополнительная программа доведе- ния до конца раз начатого действия. При замыкании цепи 72
Рис. 27. Механизм рефлекса подражания. раздражитель включает модель действия, от нее идет обратная связь, по которой автоматически тормозятся другие модели коры, мешая им завладеть сознанием и пере- ключить двигательную зону на иные действия. Иначе го- воря, движение само себя поддерживает. 4. Рефлекс свободы. В случае возникновения внешнего препятствия (помехи), тормозящего выполнение любой программы инстинкта или связанного с ним движения, возбуждается чувство протеста и включается программа сопротивления, направленная против этого вмешательства. Моделировать рефлекс свободы можно через введение сле- дящих систем, сопоставляющих выполнение основной про- граммы с раздражителями, мешающими ей и, в частности, отмечающими переключение внимания. 5. Рефлекс любопытства. Является одним из важ- нейших для человека, стимулирует всякое познание но- вого, выражает собой интерес. Видимо, в модели следует отразить процесс узнавания — сопоставления модели во временной памяти анализатора с моделями постоянной памяти. Если объект не опознается, включается чувство 73
«интерес», от которого стимулируется СУТ и включается программа исследования — поиска в виде уточняющей дополнительной настройки рецепторов и повышения возбу- димости модели во временной памяти. В результате этого модель усиливается и подвергается анализу за счет узна- вания частей и качеств. Степень интереса связывается с чувствами, которые возбудила неизвестная модель по ее узнанным качествам. Первично внимание привлекается к сильным раздражителям, затем они анализируются с точ- ки зрения новизны, и в зависимости от степени известно- сти и связи с чувствами включается интерес. Любое первичное чувство у человека в разной степени выражено от рождения, однако в не меньшей мере оно мо- жет быть развито тренировкой. Особенно это касается чувств сложных рефлексов, высших по сравнению с про- стыми чувствами голода, страха или любви, хотя возбуди- мость последних тоже можно изменить упражнением или угнетением со стороны сознания. Есть еще целая группа чувств, производных от сочета- ния первичных и вторичных,— такие, как ожидание, на- дежда, разочарование, сожаление, удивление, недоумение, обида и пр. Их можно моделировать, как и всю чувствен- ную сферу. Программа восприятия и переработки внешней инфор- мации. Общая структура подсистемы, осуществляющей эту программу, показана на рис. 28. Она состоит из ре- цепторного органа, в котором сосредоточено множество рецепторов — нейронов, чувствительных к одному виду энергии либо к какой-то части спектра частот. Далее имеется аппарат настройки рецептора, построенный из мышц с дополнительными рецепторами, сигнализирую- щими о положении главного рецепторного органа. Кроме того, в настройку входит аппарат концентрации, повышаю- щий возбудимость некоторой части рецепторного поля за 74
Рис. 28. Модели восприятия внешних воздействий, отбора и переработки информации. R — «главный» рецептор; МН — мышечная настройка; RH — рецептор настройки; Н — настройка; I — усиление части воспринимающих нейронов; Т — торможение других вос- принимающих нейронов; AR — анализатор «главного» ре- цептора; АН — анализатор настройки; S — СУТ; s — пере- ключатель СУТ от рецептора к анализатору; С —модели сознания; F — чувства; В — тело; Mit М„ М9 — этажные мо- дели внешнего мира. счет торможения остальной части. Чем точнее настройка, тем уже поле, тем выше возбудимость в нем и тем больше заторможена периферия. Рецепторные нейроны со всего поля соединены с анализатором (в первом приближении каждый периферический рецептор соответствует одному нейрону). Вместе они образуют сеть. Она соединена с более простой сетью, представляющей положение аппарата настройки. В анализаторе отражается картина, восприни- маемая рецепторами, с «привязкой» к картине, отражаю- щей состояние настройки. С этих сетей снимается первич- ная информация, которая потом подвергается обработке с выделением этажных моделей смысла и качеств. Это вы- ражается распространением возбуждения с нейронов анализатора на высшие этажи, на модели, из которых они 75
состоят. На схеме показаны три этажа моделей смысла с соответствующими этажами моделей качеств. Этажи соединены восходящими и нисходящими связями. Модели их имеют двусторонние связи с моделями чувств и специ- альными моделями, осуществляющими программы воспо- минаний и предположений. Всей этой системой моделей управляет СУТ, которая, в частности, может «отключать» рецептор и настройку от анализатора. Приблизительно по такому типу устроены все рецеп- торы, приспособленные для восприятия различных видов энергии. Рассмотрим подробнее отдельные подпрограммы. Настройку осуществляет система мышц, которые пово- рачивают рецепторный орган в отношении оси тела и гори- зонта и определяют расстояние до источника внешней энергии. Таким образом, по сигналам от рецепторов, за- ложенных в мышцах настройки, можно ориентировать источник энергии в отношении человека, и наоборот — человека в отношении внешнего мира. Кроме того, настрой- ка изменяет количество поступающей на рецептор энергии с тем, чтобы ответ не был чрезмерно интенсивным (диа- фрагма зрачка). Система настройки может выполнять сле- жение за движущимся источником энергии. Наконец, в настройку входит также механизм концентрации и ирра- диации усиления коркового анализатора. Для глаз это означает альтернативу: либо четко видеть, но при огра- ниченном поле зрения, либо видеть смутно, но в преде- лах широкого поля зрения. Такое разграничение осуще- ствляется через СУТ. Любое состояние аппаратов настрой- ки регистрируется их рецепторами и передается в свой анализатор. Так, для глаз — это: а) поворот головы и ту- ловища; б) поворот глаз, угол к горизонту; в) сходимость осей глаз (показывает расстояние); г) аккомодация (то же для одного глаза); д) степень сужения зрачка (показывает 76
интенсивность света); е) концентрация внимания (поле зрения, рассматривание подробностей); ж) кроме того, изменение всех этих параметров во времени. Состояние механизмов настройки в каждый данный момент отражается в специальном анализаторе в виде вре- менной модели, составленной из возбужденных нейронов с кратковременной памятью. Эта сеть связана с сетью возбужденных нейронов в «главном» анализаторе, причем картина, отображаемая в нем, как бы «привязана», ориен- тирована в пространстве и в отношении тела. В обоих анализаторах имеется кратковременная «память связей» с соответствующими задержками, с помощью которой в них запечатлеваются не только мгновенные картины, возбуж- денные нейронами, но и последовательность их смены во времени. СУТ может «отключить» рецепторы от анализаторов, и тогда «перед мысленным взором» повторяются картины, воспринятые за предшествовавший небольшой промежуток времени. Переработка информации сводится к узнаванию кар- тин, к определению их смысла и качеств (то и другое — по этажному принципу). Суть процесса заключается в рас- пространении возбуждения по связям на модели высших этажей и возбуждении их, если связи имеют хорошую проходимость, а модели прочны. Здесь возможно несколь- ко вариантов: 1. Если модели на этаже сформированы, то достаточно мгновенного «высвечивания» в анализаторе, чтобы возбу- дить какую-то из них. Это в том случае, когда образ за- печатлен в разных вариантах. 2. Если модель непрочна и связи в ней проторены не- достаточно, для возбуждения ее нужно время. Для этого используется механизм СУТ, который в силу принятого допущения об «утомлении внимания» все равно периоди- 77
чески «отключает» рецептор. Перерывы используются для включения программы «приведения». Суть ее заключается в следующем. Например, на одном из этажей памяти хра- нится образ лица, виденного издали, и потому малого раз- мера. При повторном восприятии этого же лица вблизи в анализаторе запечатлеется его образ большого размера. Тем не менее узнавания не произойдет, так как образы в анализаторе ина этаже не совпадают по размерам. Одна- ко в анализаторе есть «рельсы», по которым любой образ (модель) может отдалиться или приблизиться перед внут- ренним взором, изменяясь в размерах. Для этого нужно небольшое время, в течение которого на нейроны не долж- ны попадать новые раздражения извне от рецепторов. Когда модель уменьшится, оставаясь подобной, до совпа- дения с моделью на этаже, она возбудится, и лицо будет узнано. Это значит, что от первичной модели-образа возбу- дятся другие — имя, качество, воспоминания. Процесс узнавания значительно облегчается «ожиданием», то есть предварительным усилением «сверху» целой группы мо- делей, одну из которых предполагается «встретить», чтобы узнать. Весь этот процесс может остаться в подсознании или привлечь внимание СУТ и перейти в сознание (рис. 29). 3. При осмотре человеком внешнего мира через анали- заторы его проходит вереница образов-моделей, которые периодически «останавливаются». Возбуждение от них распространяется «вверх» на этажи, где «узнаются» запе- чатленные ранее модели. Эти модели последовательно возбуждаются, и между ними за счет временной памяти связи создается связь, по которой можно восстановить последовательность моделей этажного смысла и качеств, так же как в анализаторе сохраняется последовательность картин. При этом память в этажах длительнее, количе- ство возбужденных моделей меньше, и потому цепь сохра- няется дольше. Из последовательности возбужденных 78
Рис. 29. Схема «рельсов». R — «главный» рецептор; МН — мышечная настройка; RH — рецептор настройки; AR — «главный» анализатор с центром и радиальными «рельсами»; Mlt Mit М,— мо- дели в высших этажах ана- лизатора; АН — анализатор настройки, точки на кото- ром связаны с «рельсами» на «главном» анализаторе; 8 — СУТ, регулирующая кон- центрацию усиления — тор- можения на «главном» ана- лизаторе и связанная на- стройкой; а"—Ь"—с"— а’—b’—c'—d'—e', а—Ь—с— d—e — соответственно пер- вичный образ и изменения его величин по «рельсам» до совпадения с образом А— B—C—D—E, которому соот- ветствует модель Mv моделей на первом этаже по тому же принципу могут воз- буждаться еще более общие модели высшего этажа и т. д. Нужно, однако, признать, что количество этажей невели- ко (три—пять), а потому длительное восприятие запоми- нается в виде последовательности моделей, а не в виде одной модели, на каком-то очень высоком этаже отражаю- щей обобщенный смысл всех событий за некоторый про- межуток времени. Кроме того, «узнавание» этажных мо- делей осуществляется по вероятностному, а не по тожде- ственному принципу, следовательно, могут возбуждаться не только точные, но и сходные модели, поскольку одной модели на высшем этаже соответствует несколько моделей на нижнем. В результате в памяти человека отражается уже цепь не подлинных событий, а его собственная интер- претация их, составленная из «своих» моделей, кото- 73
Рис. 30. Этажные модели восприятия и воспроизве- дения» а, в, с,. , d —модели элементов картины на первом этаже; А, В, С — модели смысла отдельных крупных узлов картины на втором этаже; а, р, — модели смысла еще более крупных узлов картины на третьем этаже; т', s' —модели собствен- ных вариантов к моделям второго этажа; М', Р', Т' — модели собственных вариантов к моделям третьего этажа; с"..с' — модели других элементов, являющихся вариантами воспринятых моделей а, . . . , d; • — • — • — • — схема воспроизведения осмот- ренной картины. рые возбудились, потому что были похожи на наблю- денные. Схема этого явления показана на рис. 30. Скажем, человек осматривает сложную картину. На первом этаже памяти узнаются ее простые элементы (например, люди) и нанизываются последовательно в цепь, полностью отра- жающую расположение их в пространстве. На втором эта- же выделяется смысл отдельных крупных узлов картины — он тоже подсоединяется к цепи. На третьем этаже выде- ляется смысл из еще более крупных узлов в виде после- довательности трех моделей, составляющих смысл всей 80
картины. Продолжительность временной памяти связей возрастает от этажа к этажу (а может быть, она поднов- ляется повторным возбуждением, вспоминанием). К концу осмотра человек может в подробностях вспомнить (воспро- извести) только последние элементы цепи на участке А. Ранее осмотренные элементы картины вспомнить подробно он не в состоянии. Но важные элементы участка Б он мо- жет вспомнить за счет коллатеральных связей, их соеди- няющих. Второстепенные детали уже забыты. Это — реду- цированная, обобщенная картина. Еще ближе к началу осмотра —и человек уже не вспомнит даже элементов. На втором этаже, отражающем подробный смысл узлов картины, помнится участок 5, ав редуцированном виде — вся она. Наконец, на третьем этаже есть всего три модели общего смысла узлов картины, и они помнятся полностью. Каждая модель смысла на втором и третьем этажах имеет связи не только с увиденными моделями, но и с другими наборами картин, а также содержит их словесный экви- валент, причем многие наборы более привычны и заучены и являются как бы «своими». Они показаны на схеме квадратами М', Р', Т'. Если теперь заставить человека воспроизвести увиденную сложную картину, то начало ее он восстановит по третьему этажу смысл.а, однако при этом будет пользоваться не увиденными образами, так как связи к ним забылиць, а своими привычными, в после- довательности, показанной пунктиром. Чем ближе к кон цу, тем в большей мере воспроизведение будет соответ- ствовать истинным кадрам, а последние элементы полно- стью совпадут с ними, если человек еще не успел забыть их за время воспроизведения картины. Разумеется, про- грамма воспроизведения присуща только людям. Подобную схему можно перенести и на область речи — как человек слышит ее, понимает, запоминает и переска- зывает. Но об этом дальше. 81
Весь этот процесс происходит в основном в подсозна- нии. В сознание СУТ лишь выхватывает отдельные моде- ли, давая им при этом толчок усиления, который позволяет дольше «светиться» и устанавливать временные связи меж- ду собой. Так происходит еще одно упрощение и искаже- ние —- прочно запоминается лишь то, на что было обра- щено внимание. Разумеется, внимание обращается на те модели, которые представляют «интерес», что практиче- ски выражается их связями с чувствами.Таким образом, в ходе восприятия, запоминания и воспроизведения имеют место не только большие потери информации (подробно- стей и даже важного), но и еще большие искажения, отра- жающие ограниченность возможностей и субъективность системы. 4. Запоминание — создание новых моделей в анали- заторах и на этажах. Если повторно возбуждается одна пространственная или временная последовательность мо- делей, то,во-первых, между ними на данном этапе устанав- ливаются прочные связи, благодаря которым при возбуж- дении некоторой части составляющих модель нейронов (или малых моделей) вспоминается она вся, а во-вторых, есть возможность создания на высшем этаЩе одной моде- ли, представляющей в обобщенном виде (с потерей инфор- мации) всю последовательность или комбинацию моделей на нижнем. Это осуществляется по общим законам пере- хода временной памяти связи в постоянную. Нужно учесть, что для запоминания не обязательно многократное восприятие извне, иногда оно происходит «с одного взгля- да». В действительности всегда имеет место повторение — только мысленное, в виде воспоминаний. 5. Воспоминания. Если внешние картины не пред- ставляют интереса, то есть не возбуждают чувств, СУТ «отключает» рецептор и сознание «пробегает» по тем ста- рым готовым моделям, которые настолько активизированы 82
чувствами или тренировкой, что в состоянии привлечь СУТ, получив при этом новый толчок активности. Отсюда и запоминание «с одного взгляда». Человек увидел что-то очень важное и интересное, то есть временная модель на каком-то из этажей привлекла внимание и установилась связь ее с сильными чувствами. При выключении рецеп- тора модель, еще оставаясь активной, привлекает внима- ние, получая новый толчок активности: при этом устанав- ливаются новые связи ее с другими, прочными моделями. В результате повторного вспоминания, то есть привлече- ния внимания, создается новая модель, хотя она и не воз- буждается извне. Так же устанавливаются связи между моделями, которые при вспоминании случайно следовали одна за другой, но вся комбинация оказалась важной. Та- ков механизм случайных открытий. 6. Предвидение. Как уже сказано, запоминается вре- менно или постоянно последовательность возбуждения моделей во времени или в пространстве (что одно и то же), если запоминается последовательность переключения ре- цепторов с одной детали картины на другую. Создается цепь — «слово». Если при очередном восприятии внешнего мира будут узнаны первые звенья цепи (первые буквы слова), возбуждение может дальше автоматически перейти на последующие звенья-модели, то есть осуществится предвидение (рис. 31). Разумеется, «узнавание» и пред- положения реализуются по принципу вероятностного совпадения. Эта программа существует и у животных. Последовательность этапов восприятия и осмысления внешнего мира состоит в следующем. В случае, если осу- ществляется восприятие без настройки, когда рецептор находится в некотором полузаторможенном «сторожевом» состоянии, в анализаторе создаются приблизительные временные модели; они, оставаясь в подсознании, посы- лают энергию на вышестоящие этажи, и там узнаются 83
Рис. 31. Схема предвидения A— F. Цепь моде- лей (событий), заложенная в постоянной памяти. А' -* В С' — воспринятые извне и распознанные со- бытия, одинаковые с А—В—С или похожие на них. По ним узнается вся цепь и делается предположение, что за С' последуют D'—E'—F', одинаковые с D—E—F. некоторые модели — опять же в подсознании. Узнанные модели приходят в состояние некоторой активности. Если одна из них оказалась связанной с сильными чувствами и, таким образом, имела необходимую «готовность», она возбуждается настолько, что привлекает внимание — выходит в сознание. В этом отражается «интерес». После того от модели идет сигнал «вниз» — в анализатор, где есть только расплывчатая, приблизительная модель. Тог- да СУТ приключается к программе настройки, включают- ся мышцы и настраивают рецептор по критериям точности восприятия, в результате чего в анализаторе отражается точная модель. После этого она подвергается анализу на высших этажах смысла и качеств, оставаясь на уровне сознания, если подробное «рассмотрение» объекта не пока- зало ошибочности первой приблизительной модели или не исчез интерес к нему. Высокая степень усиления модели со стороны СУТ приводит к тому, что «пробиваются» мно- гие малопроторенные связи, и таким образом выясняются качества модели в настоящем, восстанавливается ее про- 84
шлое и предполагается будущее. Вся эта работа идет до тех пор, пока сохраняется интерес, то есть пока модель не «устанет» или возбудятся по ассоциативным связям модели другого смысла, нейтрализующие первый. Разумеется, процессы восприятия и переработки ин- формации здесь описаны лишь в самых общих чертах, однако вся программа вполне доступна пониманию и мо- делированию. Программа движений. Главными средствами воздей- ствия человека на окружающий мир являются движения, сокращения мышц. Таким путем передается вовне как ме- ханическая энергия, так и информация. Основой действий является простой безусловный реф- лекс, схема которого общеизвестна. Внешнее воздействие воспринимается чувствительным нейроном, возбуждение с него передается на двигательный (моторный) нейрон, окончания которого подходят к мышце. Нервные импуль- сы вызывают в ней цепь химических превращений, сопро- вождающихся выделением механической энергии сокра- щения. Типичная схема дополнена вторым чувствительным нейроном обратной связи, воспринимающим сокращение мышц и тормозящим либо усиливающим мотонейрон. Кроме того, от всех нейронов данного рефлекса идут связи к нейронам других рефлексов, через которые осу- ществляется сложная координация двигательных актов. У низших животных вся двигательная активность построе- на на базе безусловных рефлексов. Программы их более или менее жестки, хотя имеет место образование услов- ных связей, видимо, через чувствительные нейроны. Про- стые и сложные безусловные рефлексы имеют большой удельный вес и в жизнедеятельности людей (например, вся система поддержания равновесия, столь необходимая для обеспечения произвольных движений). 85
Однако основное управление мышцами у человека перешло к коре головного мозга и осуществляется на осно- ве условных рефлексов, то есть связей, сформированных при жизни. Общая схема выбора действия показана на рис. 32. Модель внешнего раздражителя имеет связи с не- сколькими моделями действий, иногда противоположного характера. Выбор одной из них определяется фактором чувств — желаний (стимулов). Включается та программа, которая усиливается желаниями, возбужденными с тела через чувства или в силу тренировки. Все связи — услов- ные, подчиняются законам памяти. Модель действия у человека устроена весьма сложно и формируется постепенно начиная с самого раннего дет- ства. Видимо, она сводится к «считыванию» информации с чувствительных моделей, главным образом зрительных. Тренировка настройки глаз: сначала фиксация взора на предмете, а затем слежение за ним с включением после- довательно мышц движения глаз, шеи, туловища. Таким Рис. 32. Выбор програм- мы действия. М — модель внешнего воздей- ствия; 8—СУТ; Ft, Ft, F, — чувства; Dt, Dt, D9 — желания; At, At, At — модели разных ва- риантов действий; Т — тормо- жение • 86
образом, первые модели движения создаются в анализа- торах настройки глаза. Видимо, зрительные модели не- произвольно связываются с моделями движений, создавае- мыми в двигательном анализаторе, который получает сигналы с мышечных и суставных рецепторов. Стимулом считывания является рефлекс подражания Сам механизм заключается в создании параллельных моделей — для дви- жения глаз, рук, ног, любой части тела. Первичная модель находится в зрительном анализаторе, но может быть и в другом — в мышечном и тактильном у слепых. Дополни- тельные модели качеств, например величина, влияют на размеры движений и их характер. Схема двигательной модели показана на рис. 33. Основ- ная модель заложена в анализаторе и представляет собой системы нейронов, соединенных друг с другом проходи- мыми связями с той или иной «задержкой». Каждый эле- мент модели соединен с моторной моделью, ведающей со- кращением одной мышцы. От мышц идут обратные связи, сигнализирующие о степени сокращения. Они соединены со следящей системой, в которой создается временная мо- дель движения. Она сравнивается с постоянной моделью в анализаторе; при рассогласовании посылается усиление или торможение на управляющий (моторный) элемент мышцы. На схеме показана упрощенная модель. В действитель- ности модели гораздо сложнее: они включают множество мышц, несколько этажей моделей, само сокращение имеет несколько параметров, и для каждого в свою очередь есть модели, обратные связи и следящие системы, реги- стрирующие рассогласование. Можно перечислить такие параметры: 1. Кинематика движения — величина перемещения, скорости, ускорения. Перемещение определяется мышеч- ными рецепторами, передается в анализатор, где создается 87
Рис. 33. Схема модели дви- жений. А — обобщенная модель высшего этажа; 1, 2 — «главная» модель ана- лизатора; 5,4 — мотонейроны мышц; 5, 6 —рецепторы мышц; 7, 8 — кратковременная память в следя- щей системе; 9, 10 — модели срав- нения; Т — торможение; У — усиле- ние; Mt— мышцы; В—С — кости. временная модель с дополнительными качествами — ско- ростью и ускорением. Для каждого есть следящая система. 2. Те же показатели воспринимаются параллельно действующей системой через зрительный анализатор. Там гоже есть постоянная модель движения и создается временная. 3. Сила сокращения (усилие), видимо, определяется другой системой моделей в двигательном анализаторе, которая дополнительно связана с чувством утомления. Усилие тоже «планируется», а потом учитывается и согла- совывается. Утомление прямо связано с чувственной сферой. 88
4, Кроме учета правильности выполнения самого дви- жения по кинематическим и динамическим показателям, оно регулируется по результатам — эффекту воздействия на объект его приложения. Для этого в зрительном анали- заторе (либо в звуковом в случае речи) имеется модель ожидаемого результата, а в процессе действия или после его выполнения создается временная модель. Из сравнения их выводятся коррективы для последующих движений. 5. Действие вызывается чувствами. Эффект его связы- вается с новыми чувствами — это модель чувств. Действи- тельные чувства моделируются и сравниваются с теми, которые вызывали действие. Можно выделить по крайней мере пять моделей дви- жений, причем все они взаимодействуют друг с другом, все имеют свои обратные связи и следящие системы. Дей- ствие их суммируется на мотонейронах и в конце концов отражается на сокращении мышцы — степени его, скоро- сти, силе. Модель сложного двигательного акта имеет многоэтаж- ную структуру, так же как и модели внешнего мира (рис. 34). Каждый этаж построен, как описано выше, то есть содержит несколько параллельных моделей, отражаю- щих разные качества. Модели эти имеют обратные связи и следящие системы. Но это еще не все. Одной модели на верхнем этаже соответствует несколько вариантов мо- делей на нижнем. Выбор определяется воздействием «сверху» — со стороны моделей качеств и «снизу» — тем вариантом, который наиболее «готов» к выполнению про- граммы. Между моделями вариантов имеется связь: при включении одной прочие соответственно тормозятся. Как показано, структура двигательных моделей очень сложна и многообразна. Взаимодействия между моделя- ми — и выбор вариантов, и их реализация — происходят с учетом СУТ и за счет местных процессов доминирования. 89
Рис. 34. Этажные модели действий. I, II, III —модели этажных про- грамм действий; Id, ltd — резервные варианты этажей; S — СУТ; а, р — этапы (модели) программ высших этажей; А, В, С—модели среднего этажа, главный вариант; а, Ь, с — модели нижнего этажа, главный ва- риант; А', В', С' — модели среднего этажа, резервный вариант; а', в', с'~ модели нижнего этажа, резервный вариант; Qt, Q,— модели качеств; Т— тормозные связи; У — усиливающие св язи. Любой сложный двигательный акт состоит в конечном ито- ге из комбинации простых — из сочетаний во времени разной степени и силы сокращений различных мышц. Разнообразие моделей на нижних этажах много меньшее, чем на верхних, поэтому они хорошо отработаны и для выполнения не нуждаются в привлечении внимания — функционируют в подсознании. Однако совсем простые двигательные акты, если они еще не освоены, требуют усиления со стороны СУТ, и, напротив, хорошо заученные сложные двигательные акты могут выполняться без при- влечения сознания. Совершенствование программ в процессе обучения и практики осуществляется путем отбора и укрепления вариантов, дающих наибольшее чувственное удовлетворе- 90
ние в отношении конечного эффекта и легкости выполне- ния. Каждый выполненный двигательный акт сохраняет ся некоторое время в памяти всех следящих систем, на всех этажах и может корригировать исходную модель, по которой он реализовался. Отклонения от модели могут быть непроизвольными — при дополнительных воздей- ствиях, изменяющих точность выполнения программы, или «сознательными» — путем синтеза на нижних этажах новых вариантов моделей с тем, чтобы удовлетворить некоторым качествам «вверху». Такие качества вводятся извне в виде задачи либо возникают — случайно или в про- цессе творчества. Прямое отношение к этому имеет вопрос о планировании и предвидении. Поскольку модели находятся в сфере вос- приятия, выполнение программы можно предвидеть на тех же основаниях, что и развитие событий-внешнего мира по их истории и данному состоянию. Лучше всего удается представить будущее выполнение сложного двигательного акта, взяв за основу зрительную (для речи — слуховую) модель, возбуждение от которой иррадиирует на другие модели, например чувственную или мышечную. При этом человек более или менее подробно представляет себе смену зрительных образов — движения свои и объекта деятель- ности, попутно испытывая чувства и даже делая легкие непроизвольные движения, хотя передача возбуждения на мотонейроны заторможена. Подобное воспроизведение всей программы является полезным, так как закрепляет ее в памяти, а иногда позволяет определить худшие и луч- шие варианты. Программа речи*. Три описанные выше программы объясняют более сложное по сравнению с животными поведение человека, главным образом за счет тонких ♦ Термин «речь» здесь употреблен как синоним понятия «язык». 91
Рис. 35. Формирование обобщенного понятия — модели на верхнем этаже. А — модель понятия, выраженная словом и возбуждающаяся через связь Е. Если при этом периодически возбуждаются варианты последовательностей моделей I, II, III, то между ними и А проторяются вертикальные связи. движений. Они же являются базой для социального поведе- ния, однако последнее обеспечивается программой речи, выраженной в любой форме. Речь — эта вторая сигнальная система по Павлову — действительно представляет собой прежде всего информа- ционный язык, позволяющий, во-первых, кодировать слож- ные и нестрого определенные явления, во-вторых, переда- вать информацию от одного человека к другому, в-третьих, записывать ее и хранить помимо мозга — в физических моделях. Быть может, важным является значение речи для обучения, для формирования сложных моделей в коре. Принцип этого показан на рис. 35. На нижнем этаже есть три похожие, но не одинаковые модели — I, //, III, По- вторяемость их недостаточна, чтобы сформировалась мо- дель А на высшем этаже. Но если А обозначена словом, которое повторяется при обучении, когда показывается одна из моделей /, II, III, то связи между ними устанавли- ваются легко. В дальнейшем через А устанавливаются связи между старыми моделями и новой, похожей на них, 92
то есть выделяется класс моделей-образов на нижнем этаже, объединенных моделью-словом на верхнем. Именно языку человек обязан богатством и сложностью моделей внешнего мира. Без него они не могли бы сформироваться. Система моделей речи функционирует как параллель- ная системе конкретных образов. Переработка информации идет одновременно по обеим системам, причем сознание периодически подключается то к одной, то к другой из них: таким образом, системы попеременно оказываются в подсознании (рис. 36). Язык современного человека настолько богат, что мо- жет выразить почти любую картину и передать ее сжато, экономно, хотя, конечно, с известными потерями. Однако в некоторых случаях более экономным является язык образов (по сравнению, например, со словесными описа- ниями музыки,картин). Поэтому человек и прибегает к сме- шанному коду, на каждом этапе используя соответствую- щий ему более экономный и выразительный язык. Речь можно «считывать» моделями конкретных образов и дей- Рис. 36. Две системы моделей. 1, . . . , 7 — слова; а, в, с — модели фраз (речь); А, В, С, Д, Е — модели образов; + — связи;------- — последовательность пе- реключения сознания. 93
ствий с ними, однако эта процедура не всегда легка. В ряде случаев человеку трудно выразить слова образами. Слова как бы сами стали главными моделями, и человек вклю- чает их в свою систему наряду с другими «естественными» образами-моделями. Структура речи отражает этажные модели в простран- стве и времени, модели-качества на разных этажах, слож- ные модели, суммирующие в себе пространственные, временные и качественные отношения. Кроме того, речь отражает основные программы человека как индивидуума, члена коллектива и пр. («для себя», «для рода», «для обще- ства»), отношения субъектов и объектов. Все это в разных языках выражается различными средствами. Основой везде является звук, который условно соответствует букве. Звуки соединяются в фонемы — слоги, те в свою оче- редь — в слова. Видимо, основной информационной моде- лью являются слова. Звуки и слоги действуют в подсозна- нии, хотя сам процесс составления слов отражается неко- торыми качествами, модели которых выделяются отдель- но. Стойкие сочетания слов как бы имеют собственную модель высшего этажа: составляющие их слова «исчезают», опускаются в подсознание. Как правило, речь представляет собой цепочку из слов, соединенных временными связями, отражающими порядок произнесения. Иногда связи замыкаются на высших моде- лях смысла коротких фраз Синтаксический и граммати- ческий строй речи отражает все особенности и содержание информации, то есть пространственные и временные отно- шения внутри и вне человека, связь того и другого, коро- че — отражает все, что человек может воспринять или вообразить. Любую речь можно выразить графически набором мо- делей вещей, чувств, перемещений в пространстве, изме- нений во времени (что тоже можно свести к пространству 94
В другой системе координат). Это и есть отражение речи — образное и информационное, то есть взаимодействие мо- делей, представленных на разных этажах. В мозгу такое взаимодействие отражается последовательностью и силой возбуждения (активности) разных моделей. Слушая речь, мы воспринимаем слова. Следовательно, возбуждаются модели слов и их сочетаний, и активность этих моделей передается конкретным моделям пространства, времени, отношений, качеств, а также их комбинаций.При восприя- тии, к примеру, начала фразы «бедный человек, который раньше был богат...» слово «раньше» сразу же соединяется со словом «богат», образуя временную модель, и переме- щает понятие богатства в плоскость нереальных в данное время понятий. Если бы затем было сказано «... подошел и купил бриллиантовое колье», «контроль смысла» не про- пустил бы эту фразу. Здесь у меня нет возможности под- робно анализировать образную интерпретацию речи, по- скольку показать ее можно только на конкретных моделях. Выслушивание и понимание речи представляет собой процесс восприятия звуков, возбуждения соответствующих моделей в анализаторе, соединения их в модели фонем, затем — в модели слов в определенном грамматическом варианте. Все это, видимо, осуществляется в подсознании. В сознание попадают уже модели слов. Модели приобре- тают некоторую активность, продолжающуюся какое-то время,— это «активная память». Кроме того, последова- тельность восприятия слов отражается во временной «па- мяти связи». Степень активности моделей услышанных слов неодинакова. Она зависит от акцентуации при про- изнесении и, особенно, от значения слов для слушающего, что определяется связями их моделей (а также моделей смысла коротких фраз, в которые они входят) с конкретны- ми моделями-образами и моделями чувств. В упрощенном виде это было показано на схеме, отражающей общий 95
Рис. 37. Восприятие, понимание и запоминание речи. ф------— модели услышанных слов. Уровень активности зави- сит от значения, показанного величиной кружка; Q---~1 I ““ модели образов и чувств с различной активностью; @--© — модели распознанного смысла фраз. Их значимость определяется связями с чувствами; •----О — собственные слова распознан- ных моделей смысла; @-----(•) — «ключевые» слова а, с, е, f, g, h, определяющие наиболее важный смысл фразы, хранятся в дол говременной памяти и связаны с соответствующими чувствами Р, 7. закон восприятия и запоминания внешней информации (см.рис. 30). Схема восприятия, понимания и запоминания речи представлена на рис. 37. Вначале запоминаются все услышанные слова в форме активности их моделей, а последовательность — в форме памяти связей. Тут же устанавливается связь их с чув- ствами и образами разной значимости и в зависимости от этого повышается активность некоторых слов. Одно- временно идет опознание смысла отдельных фраз и их ча- стей, возбуждаются модели смысла, устанавливаются связи с чувствами и возрастает активность значимых мо- делей смысла. Между ними сразу же устанавливаются временные связи со своей памятью. В то же время активи- зируются и связываются временными связями (со своей памятью) модели конкретных чувств и образов. Модели смысла имеют несколько вариантов своих словесных на- 96
боров на нижнем этаже Из них возбуждаются (активизи- руются) самые привычные, и именно они становятся выра- зителями смысла запомненной речи (а не услышанные сло- ва). Временные связи между привычными словами более прочны, чем между услышанными, поскольку активность последних и память связи быстро затухают. Менее значи- мые из активных собственных слов тоже постепенно зату- хают, остается несколько особо важных, связанных с силь- ными чувствами; спустя некоторое время только они со- храняют возбуждение и между ними еще поддерживается память связи. Нужно сказать, что во всех этих процессах большую роль играет сознание, так как, подключаясь к наиболее активным моделям, оно дополнительно усиливает их, одновременно затормаживая менее активные. В паузы между восприятием, а также вследствие утомления вни- мания подключенного к рецептору слуха сознание (вни- мание, СУТ) возвращается к наиболее значимым моделям и усиливает их — возникают новые связи, в которых мо- жет быть нарушен порядок восприятия и установлен новый порядок, отражающий последовательность вспоминания (возвращения). Кроме того, возбуждаются модели ка- честв и через них по ассоциациям — разные «боковые цепи», которые иногда оказываются наиболее важными. Все это, вместе взятое,— чувственный фон и набор моде- лей внешнего мира, свои словесные варианты распознан- ного смысла (которые могут далеко расходиться с обще- признанными), случайное возвращение к услышанному, отвлечения — значительно извращает запоминание речи. Чужая речь и чужой смысл как бы накладываются на собственные матрицы, из этих последних весьма приблизи- тельно выбирается подходящее, и именно оно запоминает- ся, становится своим. При этом в старое «свое» вносится что-то новое, но это новое далеко не полностью и не точно 97
соответствует услышанному. Степень искажения и коли- чество запечатленного определяются степенью новизны информации, поскольку законы памяти не позволяют ни усвоить совершенно неизвестное, ни воспринять незна- чительные детали в совсем известном. Интерес отсут- ствует, внимание отвлекается —и человек перестает вос- принимать речь. Смысл услышанной речи включает в себя не только ее содержание, но и отношение к ней, то есть некоторые моде- ли действий или поиска с возможным последующим отве- том — речью либо иными поступками. Произнесение речи, как и каждое действие, склады- вается из содержания и стимулов. На любой вопрос можно ответить по-разному, часто — противоположно. Следо- вательно, комплекс моделей, возбужденных вопросом, имеет связи с несколькими моделями ответных действий, и выбор одной из них определяется чувствами и желания- ми по схеме, показанной на рис. 32. Прежде всего нужно принять решение — отвечать или нет, потом — что отве- чать (содержание), затем — как (форма, распространен- ность, эмоциональность). Как и всякое иное действие у че- ловека, ответ может быть немедленным или с предвари- тельной формулировкой «в уме», с предвидением. Импуль- сивные ответы возможны только при большой активности стимулов и при наличии хорошо заученной модели ответ- ных действий. Суть подготовки ответа сводится к производству неко- торых действий над моделями — поиску, в результате чего возбуждаются нужные из них, а остальные, подвер- гавшиеся просмотру, но не отобранные, затормаживаются. Действия над моделями сводятся к направлению энергии возбуждения по нужным связям от некоторых моделей действий. Разберем, например, программу вопроса «сколь- ко у тебя карманов?» Слово «сколько» включает общую 98
программу счета, заключающуюся в последовательном переборе с помощью «прикосновения» любой частью тела к объекту— реальному или представленному в анализа- торе моделью. Результаты отсчета выражаются в возбужде- нии моделей чисел, которые связываются с моделью объек- тов. Программа предусматривает счет, когда выдается последняя цифра в связи с моделью, или перечисление, когда каждая модель цифры имеет связи с конкретным из перечисленных объектов. Ответ на вопрос выражается в возбуждении модели «четыре» и связи с моделью «кар- ман». Вариант слова «карман» определяется правилами (программой словосочетаний). Когда ответ готов, то есть нужные модели возбуждены, его можно прямо «считывать» путем подбора соответствую- щих слов по программе двигательной речи в зависимости от дополнительных моделей качеств (например, «подробно» или «кратко», «громко» или «тихо», «быстро», «медленно», «нежно», «грубо» и т. д.). При некоторых условиях ответ сначала полностью формируется в словах и произносится мысленно. При этом можно зарегистрировать слабые дви- жения голосового аппарата. Слова ответа воспринимаются как чужие с выделением смысла, качеств и чувств, которые сверяются с первоначальными. После этого все сведения собираются в модели «готово», от которой поступает сиг- нал на модель программы «произносить». Считывание — мысленное или вслух — производится по общим правилам действий (см. рис. 34), с последовательным включением моделей низшего этажа от моделей высшего, с обратными связями, формированием модели произнесенных слов и фраз (даже мысленно), сверкой их с предполагавшимся, коррекцией и пр. Проверка осуществляется по всем типам следящих систем — чувствам, качествам и т. д. Все это реализуется главным образом в сознании, но подготовка идет по всем связям в сфере подсознания, то есть возбужде- 99
Рис. 38. Формирование речи. Mit Mt, М9 — модели смысла, которые должны быть выражены речью; с ними связаны «ключевые» слова I, 2, 3, 4, 5, выражающие смысл, последовательность этих слов дает план речи; Qit Qe, Qa — модели качеств; Alt А а — модели действий, определяющие полный на- бор слов для выражения смысла и плана речи; а 1 — отобранные и произнесенные слова; пунктиром пока- заны другие возможные варианты фраз, включаемые в разных условиях; qit qtt qt, q4 —прочие качества. ние циркулирует между всеми моделями, суммируясь, вычитаясь местным торможением и т. д. «Что и как» про- износить определяется только соотношением уровня актив- ности соответствующих моделей. На рис. 38 показана схема формирования произноси- мой речи, содержащей определенный смысл. План речи представляется в последовательности смысловых моделей, которые выражены как образами, так и несколькими «ключевыми» словами. Затем этот план «развертывается» в более или менее подробную речь в зависимости от коли- чества возбужденных моделей качеств и моделей действий. Всегда есть множество вариантов для выражения смысла, но они не включаются, так как не удовлетворяют всем ка- 100
чествам. Впрочем, в подборе слов сказываются тренировка и случай: возбуждаются модели, наиболее «готовые» в данный момент. На схеме не показаны процессы анализа произнесенной речи и использования его результатов для коррекции последующих фраз. Этот анализ осуществляет* ся так же, как и для чужой, услышанной речи. Произнесение длинной речи, написание статьи или кни- ги всегда начинаются с перечня основных моделей смысла, назначенных к выражению. Затем следует составление плана, который хранится в памяти (временная память связи) либо записывается. План выражается словами, а мысленно — и моделями-образами. Словесная речь, а также использование какой-либо иной системы знаков ставят проблемы «правды» и «веры». Человек в обществе приобретает опыт двумя путями — непосредственным восприятием событий органами чувств (чувственный опыт) и обучением по моделям (через речь, картины, даже математику). Обе системы моделей функ- ционируют параллельно и, вообще говоря, должны соот- ветствовать друг другу с некоторыми допустимыми рас- хождениями, связанными с приблизительностью словесных моделей. У человека в ранний период воспитания форми- руется прививаемое извне чувство «неправды» — непри- ятное ощущение, возникающее при несовпадении чужого описания с собственным чувственным опытом, хотя бы он выражался уже словами, а не картинами. Видимо, создается модель — центр этого чувства, который связан со следящими системами, сравнивающими параллельные модели связи свои и чужие (или разные свои — «ложь»). Оценка степени и важности расхождений (рассогласо- ваний) весьма субъективна, зависит от воспитания, от чувственной значимости самих несовпадающих моделей. Впрочем, понятие «собственный, или чувственный, опыт», который можно объединить с понятиями «знания», 101
Рис. 39. Модель «веры». W — модель авторитета; ЛЛМ\ — словесная модель, полученная от авторитета; FMr—ее образ- ная интерпретация; ОМ — собственная образная модель того же объекта; С — типы срав- нения; 2? — модель (центр) «пра- вды»; L — модель (центр) «лжи»; а------► — установление связи авторитета и «правды»; п — последующие сло- весные модели, выдаваемые ав- торитетом. «убеждения», весьма относительно. Большинство сведе- ний, ставших как бы своими и используемых для сравне- ния, в действительности получено не непосредственным восприятием мира, а через модели — через речь, от учи- телей, из книг. Просто эти словесные модели стали свои- ми, истиной, и новые проверяются уже по ним. В связи с этим следует рассмотреть другую програм- му — «веры», «доверия». Можно сказать так: вера — это экстраполяция правды через авторитет. Последним явля- ется источник информации — учитель, книга, организа- ция. Если авторитет доказал, что сообщаемые им модели совпадают с моими собственными чувственными моделями того же объекта, то устанавливается прямая связь между его моделями и «центром правды». После этого все следую- щие сообщаемые им модели сами приобретают связь с «правдой» и таким образом переходят в разряд собствен- ных моделей. Видимо, есть даже программа, доверия — программа признания или непризнания авторитетов. 102
Она выражена в разной степени, тоже в зависимости от прошлого собственного опыта. Наверное, можно также говорить о степени достоверности как отношении точности связей данной модели с моделями «правды» и «лжи». На рис. 39 представлена попытка изобразить это все в схеме. Очень велико значение речи в формировании чувствен- ной сферы человека как члена общества. Прежде всего, корковые модели чувств приобрели конкретность только после того, как их обозначили словами. Без этого многие чувства были бы очень неопределенными. Появилась возможность создавать новые сложные чувства по общему типу словесных моделей сложное изменение во времени и пространстве (модель на нижнем этаже) обозначается одной моделью слова. В последующем именно эта модель является «организатором» для других. Как уже говори- лось, есть сравнительно немного первичных чувств и не- сколько эмоций. Количество комбинаций их между собой и во времени гораздо больше. Комбинации эти (надежда, разочарование, наконец, любовь) можно обозначать сло- вами и затем возбуждать «сверху». Только при наличии слов возможно было на базе простых чувств создание новых чувств, каких нет у животных,— таковы стыд, совесть, долг, справедливость. Эти понятия относятся к числу чувств, хотя их вызывают чисто внешние, информационные воздей- ствия, не имеющие никаких эквивалентов во внутренней сфере. В основе их, конечно, лежат лишь чувства прият- ного и неприятного, но какая сложная конструкция над ними! Поэтому можно прямо сказать, что общество как система создалось благодаря речи. Ей обязаны своим су- ществованием все процессы самоорганизации в коре го- ловного мозга, так как именно речь, слова оформили выс- шие этажи моделей смысла, качеств. Программы сознания. Понятие «сознание» не имеет точного содержания. Мне кажется, что сознание можно 103
определить как моделирование отношений субъекта и объек- тов. Тогда сознательное поведение будет выражаться действиями, количество которых соизмеримо с отноше- ниями. Инструментом сознания у человека является вся кора головного мозга, так как именно она определяет отноше- ния, отражая внешний и внутренний мир. Поскольку они очень сложны (большое разнообразие), кора отражает их не в истинной сложности, а упрощенно — в моделях, в информационном плане. Видимо, можно говорить о «программах сознания», осуществляющих «определение отношений». Попытаемся перечислить характер возможных отноше- ний: а) пространственные, б) временные, в) причинные (энергетические), г) информационные. Последние можно расшифровать так: изменяется и воздействует не энергия, не пространство, не время, а информация о них —модели. Возможно множество «участников отношений», по- скольку беспредельна сложность мира. «Количество» сознания, уровень его определяют меру сложности отно- шений, которую способен отразить мозг данного человека (животного) одномоментно либо в пределах более или менее длительного отрезка времени. 9tq означает коли- чество участников — «я», «ты», «он», «они», много вещей, большие пространства, продолжительные и разные отрез- ки и масштабы времени, разнообразие видов и количеств энергии. Понятие сознания нельзя ограничивать только человеком. Животные отлично воспринимают многие отно- шения, во всяком случае пространственные и временные, в меньшей степени —причинные. Разумеется, объем, коли- чество отношений у них невелики. Среди улавливаемых человеком есть совершенно особые отношения — условно назовем их информационными. Суть их состоит в том, что человек способен учитывать не только сами отношения, 104
но и информацию о них (то есть не только то, как первый участник отношений воздействует на второго, но и то, как он представляет эти действия, планирует их). В зависимости от сложности программ сознания я вы- деляю несколько его уровней: 1. Внимание. Выделение и усиление одного канала или одной модели в коре и торможение других. Обеспечивает в каждый данный момент целесообразную реакцию на главный раздражитель. Эта программа присуща уже жи- вотным и маленьким детям. 2. Формирование моделей «Я» и «не-Я», моделей вре- мени, отделение реального от нереального. Моделирование собственных действий. Все эти программы формируются уже с помощью речи в первые три-четыре года жизни. Впрочем, сознание может остановиться на этом уровне на всю жизнь. 3. Моделирование моделей — собственных и чужих мыслей, предшествующих действиям и следующих за ними. Отсюда —высшие возможности управления собственным мышлением. Несколько особняком стоит программа воли как спо- собность произвольно концентрировать внимание на из- бранных моделях, достигая значительной их активности; последняя может «пробивать» даже плохо проторенные связи С одной стороны, программа связана с высоким уровнем сознания, так как речь идет об управлении мыс- лями, а с другой совсем не предусматривает выдаю- щегося интеллекта и «понимания» своих и чужих мыслей. Воля — это инструмент, рабочая программа, а использо- вать ее можно для самых простых целей. Все названные программы можно представить в виде структурных моделей. Попытаюсь коротко их описать. Программа внимания является основой всех других. О ней уже было сказано. Я связываю ее с дея- 105
прдкорко-А {МыищЛ оыи центр 1-------1 a кш Рис. 40. Концентрация внимания и воля. А — болевой раздражитель, побуждающий бежать; I — восприятие ситуации, требующей преодоления боли; У — усиливающая часть СУТ; Т — тормозная часть СУТ; модель слова «Преодолеть» — сильная, привлека- ющая внимание; а^.Ь — пределы периодического колеба- ния усиления при утомлении его в одном положении. тельностью так называемой СУТ, способной усиливать активность одной модели и затормаживать все другие. Представить эту систему структурно не просто, так как нужно, чтобы она пронизывала всю кору, внедрялась в любую модель. Надо думать, что она представлена слож- ной структурой, построенной тоже по этажному принципу! для каждой области имеется своя СУТ, осуществляющая процессы местного доминирования, торможение одной моделью других. На них накладывается «центральная станция», изменяющая соотношение частей и способная выделить, усилить одну модель внутри данной области (см. рис. 20). Очень важен уровень активности СУТ и ха- рактеристики, по которым он изменяется. Источником 106
«питания» являются чувства и особенно эмоции, но в ее функцию входят и элементы положительной обратной связи — усиливая модель, СУТ в то же время получает от нее обратные импульсы. Прежде всего это касается мо- делей чувств. Именно на таком явлении основано воспи- тание воли: некоторые корковые модели получают прямую связь с СУТ, в результате постоянной тренировки резко усиливают свою собственную активность и через связи повышают активность СУТ, обеспечивая произвольную концентрацию внимания на одной модели и вызывая в ре- зультате торможение всех других (рис. 40). Модели времени. Основу моделирования времени со- ставляют условные связи с «задержкой», отражающей истинные временные отношения между двумя моделями в период установления связи. Можно допустить такую ситуацию (рис. 41). Имеется длинная цепь моделей, соединенных во времени. Сначала они запоминаются все — одна за другой. Потом с тече- нием времени «слабые» звенья выпадают и создается реду- цированная цепь, в которой связаны группы моделей. Внутри них сохранена истинная скорость событий и даже один кадр. Таким образом удается быстро восстановить в памяти события продолжительного отрезка времени с остановками на важных этапах, где сохраняется истин- Рис. 41. «Ускорение времени». О->О— модели последовательно воспринятых слов и обра зов различной значимости;--------- — обходные связи меж- ду важными моделями; вначале помнится вся цепь моделей lt ...» 12, затем цепь редуцируется до 1—2—6—7— 9—12, а еще позднее — до 1—9. 107
Рис. 42. Модель прошлого. L — слово «прошлое»; 1, 2, 3 — дни; a, b, с, d, е — вре- мя дня; о----О — модели событий; F — «линия» семьи? W — «линия» работы; R — «линия» отдыха. нал скорость последовательной смены событий. Если чело- век однажды запомнил лошадь, скачущую с определенной скоростью, то в воспоминании ее образа бег нельзя про- извольно ускорить. Для этого нужен другой образ. Види- мо, в памяти время не имеет разменности, в мозгу нет само- стоятельно и равномерно идущих «часов». Истинное значение времени сохраняется только через речь — названия секунд, минут, часов, суток, лет и через другие события, связанные с первыми в одну сеть. Это — смена дня и ночи, времен года. (Известно, что в полной темноте и при бездеятельности представления о времени исчезают). На рис. 42 показана схема «прошлого». Ее можно изо- бразить системой моделей, объединенных в несколько линий: последние связаны друг с другом и привязаны к ка- лендарю, часам и смене дня и ночи. Модели могут быть самые разные: чаще зрительные образы, или звуки, или 108
слова и фразы — модели смысла и качеств. Все это имеет связь с моделью слова «прошлое». Вспомнить прошлое можно, только идя «вперед» от какой-то даты или события. Однако вспоминание самой этой точки возможно или по заданию извне (просьба «вспомнить, что было утром в прошлый понедельник»), или случайно (внимание подключилось к слову «прошлое» и тут же к другому слову «понедельник»). Вспомнить, что было в любой день прошлого года невозможно; нужны более значительные точки — события, от которых можно продолжить вспоминание, идя вперед по цепи временных ассоциаций, закрепленных в постоянной памяти связей. Как уже говорилось, эта память отрабатывается в процес- се повторного вспоминания вскоре после события. Вспоминание прошлого сопровождается как бы новым его рассмотрением, потому что вся цепочка образов и слов снова приобретает активность и выглядит как новое собы- тие. Это сопровождается новым «переосмыслением», вы- ражающимся в выделении новых этажных моделей смысла и качеств. Если они связаны с достаточно сильными чув- ствами, то запоминаются наряду с прошлым, более или менее изменяя его картину. Понятие настоящего более сложно и труднее дается детям. Если понимать буквально, то настоящее — только данный момент, когда я воспринимаю мир своими рецепторами и мое внимание подключено к ним. Однако воспринятая информация отражается в анализаторах в виде временной активности некоторой группы нейронов. Эта активность на первом этаже продолжается недолго, но достаточно для того, чтобы энергия возбуждения рас- пространилась на следующие этажи и вызвала активность моделей смысла и качеств, которая сохраняется уже доль- ше. Кроме того, еще на первом этаже анализатора остается временная память связей, с помощью которой образ может 109
быть восстановлен полностью на довольно долгое время. Он как бы еще живет, он — настоящее, а не прошлое. На высших этажах временная память связи продолжитель- нее, значит, и «настоящее» дольше. Но это еще не все. Только что прошедшие события, если они значительны (связаны с чувствами), тут же вспоминаются повторно, так как к ним снова приключается внимание и они опять «оживают» ненадолго в активности моделей, дольше — во временной памяти связей. Поэтому сохраняется ощу- щение «настоящего»—образ, событие все еще продолжа- ются. Правда, при повторном вспоминании они уже при- вязываются к некоторым датам из прошлого — к часу, дню, месяцу и даже году. Таким образом, настоящее имеет этажи в зависимости от размерности отрезков времени. Это и «в данный момент», и «сейчас», и «сегодня» и «на текущей неделе», и даже «в нынешнем столетии». Такие понятия объединяют данный момент со всем, что случи- лось в соответствующем отрезке времени, включающем этот момент. В подобном случае различные модели соединя- ются определенными этажами настоящего. Нельзя сказать «в этом столетии я чувствую себя хорошо». В некоторых языках понятие «настоящее» имеет два значения — «во- обще» и «в данный момент», однако последнее тоже не является собственно настоящим, так как может обнимать более значительные отрезки времени и очень медленные действия. Итак, в зависимости от этажности модели завершив- шихся действий и особенно при продолжающемся действии понятие «настоящее» расширяется и захватывает неко- торую часть прошлого (рис. 43). Будущее определяется как вероятностная экс- траполяция настоящего, основанная на опыте прошлого. Самый простой вариант — предвидение продолжающегося в данный момент однородного процесса («я уже пишу и бу- 110
ду писать еще час»). Процесс может быть неоднородным, но упорядоченным, то есть с закономерными повторениями компонентов. Соответствующий цикл при этом объединен в одной модели на высшем этаже. Наконец, процессы бы- вают разными, но объединенными одним общим качеством, тоже отраженным в своей модели. Это качество мо^кет продолжаться в будущем и до некоторой степени его опре- делять. Далее: в прошлом было разнообразие, но типизи- рованное, подчинявшееся статистике. Отсюда — продол- жение его в виде вероятностного процесса с несколькими возможными вариантами. Итак: насколько многообразна модель настоящего, настолько сложным может быть и его продолжение на будущее. Программа предвидения будущего — это возбуждение различных моделей, привязанных к моделям календаря, продолжающим настоящее. Такая программа организо- вана речью в моделях сдов, хотя к ним привязываются конкретные образы из прошлого. На рис. 44 показана схе- ма будущего. Рис. 43. Модель настоящего. т — фраза «в этом месяце»; d — слово «сегодня»; п — сло- во «сейчас»; о -* О — модели событий и их связи в памя- ти; о — обобщенные модели; а—Ь — шкала времени. Ш
Рис 44. Схема будущего. А—В— настоящее; D—B — прошлое; В—С — будущее (масштаб шкалы времени); 1—5— цепь событий в прошлом; в—10 —пред- полагаемые события; 2V, М, F — различные циклы событий в прошлом; ЛГ, М', F' — предполагаемые циклы событий в будущем; К — качества; Q — качества в прошлом; Q' — те же качества в будущем; К' — новые качества в будущем. Цепь событий прошлого — различного характера, с разной цикличностью, с разными качествами — продол- жается в будущее, причем накладываются друг на друга разные циклы их, в том числе и такие, которые ранее не повторялись. Например, предугадывая будущее человека, нужно учесть нециклический, но закономерный процесс его старения. Предсказывая будущее общества, нужно учесть прогресс науки. Как правило, нет возможности строить предположения с учетом всех взаимосвязанных событий как прошлого, так и будущего, поэтому будущее можно предполагать лишь вероятностно. Однако разно- образие мира столь велико, что степень этой вероятности быстро падает по мере удаления в будущее, особенно для самоорганизующихся систем типа человека или общества. 112
Переключение с настоящего на прошлое или будущее осуществляется произвольно путем включения соответ- ствующих действий с моделями от модели слов «вспомнить», «предположить» с одновременным отключением рецепто- ров через СУТ. Модели этих слов включаются или по зада- нию извне, или попадают в сознание «случайно», будучи подготовленными сложными процессами в подсознании, где заложена общая программа исследования любого явления, состоящая из восприятия настоящего, анализи- рования прошлого и предположений на будущее. Отличие реального от нереального осуществляется через связи соответствующих моделей с деятельностью рецепторов, подтверждающих чувствен- ное восприятие реального или память о нем. При этом модель образа в «главном» анализаторе связана с моделью настройки в анализаторе, отражающем положение мышц настройки (см. рис. 28). Нереальные модели форми- руются непосредственно в главном анализаторе без на- стройки. Реальность — понятие относительное, поскольку отно- сительно сходство объекта и его модели. Мне кажется, что можно выделить «шкалу реальности» Выглядит она примерно так: 1. Мир вещей, природы и самого себя, воспринимае- мый органами чувств. Модель того, что субъект видит в данный момент, связанная с ощущением самого виде- ния. 2. Реален также процесс восприятия информации как физической энергии: «Я читаю сейчас», «Я слушаю речь». 3. Однако реальность самих моделей, составляющих содержание информации, зависит от авторитета (см. о понятиях «правда» и «вера»). В конце концов информа- ционные модели мира тоже становятся своими и реальность их выражается в понятии «Я знаю». ИЗ
Реально прошлое — модели вещей и событий в «главном» анализаторе рецептора вместе с моделями вос- приятия их в анализаторе настройки, который указывает, что события непосредственно воспринимались органами чувств («Я видел...»). Степень реальности прошлого мень- шая, если воспринималась только информация о нем («Мне рассказывали...»). 5. Будущее — нереально, но вероятно (см. о понятии «будущее»). 6. Планирование— это управление будущим. В памя- ти хранится цепь распознанных событий до данного момен- та, по которой можно представить себе их последующее течение. У человека есть стимулы и цель (изменить есте- ственное течение событий) и есть модели средств воздей- ствия. Составлена программа планирования как сопряже- ние моделей предполагаемого естественного хода событий и собственных действий. Получается определенный резуль- тат — новые модели состояний, которые проверяются по критериям цели, средств, чувств, времени, последствий. Затем они отвергаются или принимаются к выполнению. 7. Воображение, мечты, фантазия заключаются в соз- дании новых, нереальных моделей в «главном» анализа- торе — в виде статичных или последовательных зритель- ных либо слуховых образов, включая речь. Для этого нуж- ны стимул и цель в виде модели смысла и качеств высших этажей, а также разные наборы элементарных моделей на низшем этаже — в виде образов. Тогда в них создается цепь или система моделей-образов, соответствующая мо- делям смысла мечты. При этом возбуждаются некоторые приятные чувства, стимулирующие процесс воображения, хотя человек знает о нереальности моделей. Возможность их реализации он устанавливает по типу программы пла- нирования. Однако не существует грани между мечтой и планом (рис. 45). 114
Рис. 45. Модель воображения. Clf С, — смысловая модель реальных событий; Flt — вызы- ваемые ими чувства и желания; G — модель цели как реак- ция на события — на уровне смысла; aR — оценка степени реальности; С8, Сл — модели смысла событий, ведущих к до- стижению цели; Q — качество их; а—/ — модели образа на низших этажах; F8 — приятное чувство, взаимодействующее с начальным. Понятия «Я», вторых и третьих лиц складываются через создание соответствующих чувственных и словесных мо- делей, связанных с именами. При этом формируется отно- шение к людям, как и к вещам, через чувства симпатии и антипатии, производные от «приятного» и «неприятного», выработанные в процессе собственного опыта отношений или привитые воспитанием. Представление о чувствах другого человека осуществ- ляется через восприятие его внешнего вида и действий в ответ на внешние раздражители. Полученное впечатле- ние сравнивается с собственными представлениями, и на это лицо распространяются соответственные собственные чувства с поправкой на симпатию либо антипатию (рис.46). У человека с высоким уровнем сознания в коре голов- ного мозга имеется множество моделей третьих лиц — 115
Рис. 46. Представление о чув- ствах другого человека. I — модель «Я»; R — восприятие внешнего воздействия; MBI — мо- дель собственного ответного поведе- ния: Н — «Он»; МВН — модель «его» поведения, воспринятая людьми; FI — собственные чувства; FH — предположение о «его» чувствах; С — сравнение своих чувств с «его» чув- ствами. как конкретных, так и обобщенных (общество). Поступки такого человека уже не укладываются в простую схему: раздражитель — собственное чувство — ответное дей- ствие. Это только первое побуждение, в которое вносятся значительные поправки после моделирования отношения третьих лиц как к самому раздражителю, так и к ответным действиям субъекта на него. Действие является резуль- татом суммирования программ всех «присутствующих» третьих лиц с поправками на симпатию или антипатию к ним. На рис. 47 показано, как в результате сравнения трех вариантов действий, учитывающих свои и чужие интере- сы, представленные в моделях, выбирается план, удовлет- воряющий третье лицо. Следующей программой, характерной для человека, является воля. Желание «хочу» имеет общее и частное выражения — «хочу» или «не хочу» чего-то. Они выбирают и включают 116
программы деятельности и контролируют их выполнение. Уже у бескорковых животных есть программа, обеспечи- вающая выполнение двигательного акта до конца. Раздра- житель вызывает «чувство», оно включает программу, ко- торая реализуется вплоть до последнего, завершающего этапа. Затем включается другое «чувство» (удовлетворе- ния?), после чего становится возможным действие следую- щего раздражителя и как результат его — следующая про- грамма. Программа, как правило, выполняется до конца. Прерваться на полпути она может только в том случае, если в это время подействует еще один, более сильный по сравнению с предыдущим раздражитель. Это своеоб- разная примитивная «воля» животных. Она объясняется действием высшего безусловного рефлекса цели, которому соответствует некоторое чувство. У человека выполнение глазной программы перешло в сферу сознания. Желание осознается, то есть ассоци- ируется со словом «хочу», и выключается, как только Рис. 47. Схема выбора действия (с учетом его влияния на третьих лиц). 1пМ — модели раздражите- лей; I — набор чувств и же- ланий субъекта; Р8 — мо- дели чувств и желаний вто- рых лиц, как я их представ- ляю себе; Aj, Alf Аг — воз- можные ответы исходя из желаний своих и третьих лиц; Fjt Fi, F2 — предполагаемые чувства субъекта, связанные с выполнением действия; Пр, НПр — центры «прият- ного и «неприятного», свя- занные с различными дей- ствиями; MVC — память, оценка вариантов, выбор наиболее приятного, рас- сматриваемого по отношению к себе и другим лицам. 117
Рис. 48. Программа воли. Пунктиром показаны связи и модели, прорабатываемые в воображении, сплошными линиями — реализуемые про- граммы. Знаки ± показы- вают усиление или торможе- ние. Остальные обозначения даны в тексте. выполняется вызвавшая его программа. Сразу же после этого чувство, включившее данную программу, исчезает и заменяется другим, связанным с моделью «не хочу». Осознанное желание — возбужденная корковая модель «хочу» — становится дополнительным стимулом выполне- ния программы до конца. Таков простейший вариант воли. В самом общем виде воля—это выполнение одной вы- бранной программы до конца, вопреки помехам —иным внешним и внутренним раздражителем. У ребенка вначале действует только модель «хочу», затем появляются дру- гие — «должен», «стыдно» (перед людьми или перед собой), совесть. Очень важно, насколько прочны эти при- витые обществом корковые модели. Программа волевого действия следующая (схема ее дана на рис. 48): 1. Внешний или внутренний раздражитель ВР. 2. Он вызывает чувства 41. 3. Чувства вызывают желания Жх. 118
4. Для раздражителя ВР есть несколько программ. После приблизительной оценки их в воображении в за- висимости от чувств и желаний выбирается одна — П1. 5. Избранная программа П\ подробно прорабатывается в воображении; при этом она вызывает конечные чувства Ч2. Если по знаку они совпадают с первоначальными 41, то усиливают их; соответственно усиливается и желание («хочу»). После того как оно достигнет определенной ве- личины, возникает решение Pi, включающее выбранную программу действия. 6. В ходе выполнения программы возникают реальные трудности. Реакцией на них являются реальные чувства ?з. Если они соответствуют предполагающимся, програм- ма выполняется легко. В случае несоответствия (скажем, усталости) они вызывают противоположное желание Ж2 («не хочу»), с которым связан выбор других программ — П2 (например, «прекратить»). Желание это прорабатывает- ся в воображении и вызывает чувство ?4, подтверждаю- щее П2. 7. В простых случаях, если Чз противоположно по зна ку 41 и больше его по величине, включается программа П2 и выполнение первой программы прекращается. Так об- стоит дело у животных и детей. Дополнительным, стабили- зирующим фактором является врожденная программа реф- лекса цели, требующая завершения начатого действия. Она тормозит неприятные чувства Чз. 8. У взрослых людей положение усложняется. В про- цессе переработки в воображении П2 учитывается сам факт перемены программы (отказа) и анализируется отно- шение его к корковым моделям долга, совести, стыда и пр. (77р 77р. В результате возникает новое — неприятное (например, стыд) — чувство Чз. Оно сравнивается с Чь— предполагаемыми приятными чувствами от прекращения программы 772. При условии, что оно окажется сильнее 119
их, П2 (прекращение) не включается и выполнение перво- начальной программы П1 осуществляется уже не только в силу исходных чувств (¥г и ¥)2, но и в силу чувства дол- га, стыда, совести — Чъ. Если моральные чувства (Чь) по интенсивности усту- пают чувствам, вызывающим желание прервать програм- му (?з и ^4), принимается новое решение — и выполнение программы прекращается. Несколько слов о «свободе воли», будто бы отличающей человека. Мне кажется, что это — фикция. «Свободные» решения— те же программы, только, быть может, на- столько сложные, что промежуточные этапы их скрыты, замаскированы. Очень часто они находятся в подсознании, поэтому проявляются как будто бы без связи с другими поступками и событиями. Таким образом, волевые действия — это программа управления собственным поведением, на входе которой находятся не только конкретные внешние и внутренние раздражители настоящего времени, но и некоторые моде- ли — долг, совесть, честь, привитые обучением и разви- тые в процессе самоорганизации. Программа творчества и труда. Суть творчества заклю- чается в создании новых моделей в коре головного мозга, а природа труда — в воплощении их в виде физических вещей. Всякая новая модель представляется новым сочетанием в пространстве и времени некоторого числа различных элементов. Программа творчества сводится к следующим этапам: 1. Выяснение задания — набор моделей смысла и ка- честв на высших этажах. 2. Поиск нужных элементов и их сочетаний с тем, чтобы они соответствовали высшим моделям. Создание вариантов моделей в воображении. 120
3. Выражение вариантов модели физическими сред- ствами в виде вещи. 4. Повторное восприятие и исследование физической модели по критериям качеств и смысла. Выяснение новых, непредвиденных качеств. 5. Внесение коррекций в модель или отказ от нее в на- чале новой работы. Воплощение модели — труд — связано с двигатель- ными программами и сопровождается противоречивыми чувствами — утомлением, разочарованием, радостью от успеха. Завершение труда требует воли, то есть способно- сти произвольно усиливать нужные модели и тормозить помехи. Программы творчества и труда тоже можно выразить в виде структурной схемы, но они слишком сложны для изложения. ♦ * * Мы представили гипотезу о механизмах мышления и по- ведения человека, основанную на общих принципах моде- лирования и переработки информации. Ее возможно выра- зить в виде сложной семантической сети из элементарных информационных моделей, наделенных разной степенью активности и связанных друг с другом меняющимися связями. На таком принципе можно создать искусствен- ный интеллект со всеми атрибутами личности. К сожале- нию, этому препятствуют большие трудности, однако тех- нического характера. 121
СОЗДАНИЕ ИСКУССТВЕННОГО РАЗУМА Любое техническое устройство можно считать разумным, если оно способно выделять, перерабатывать и выдавать информацию. Каждый из этих трех компонентов может быть выражен в разной степени или даже существовать самостоятельно, будучи «приключенным» к естественному разуму. Выделение первичной информации осуществляется у человека или животных рецепторами, кодирующими энергию внешних воздействий нервными импульсами, уже представляющими собой элементарную модель. В ней количественно отражено изменение одного вида энер- гии в ограниченном пространстве, в ограниченное время. Увеличение объема первичной информации осуществ- ляется у животных путем использования рецепторов, улавливающих разные виды энергии. Число однородных рецепторных клеток, воспринимающих воздействия с раз- ных точек окружающего пространства и в разных диапа- зонах количества попадающей на них внешней энергии, огромно. Этот процесс осуществляется и в технических устрой- ствах. Датчики воспринимают световую, тепловую, хими- ческую, механическую энергии и превращают их в элек- трический потенциал. Зачастую по чувствительности и безынерционности они превосходят естественные рецепто- ры. Отличие пока состоит в том, что рецепторные клетки го- раздо меньше датчиков. Экономичностью размеров рецеп- торных клеток объясняется их большое число в организме и, следовательно., возможность выделить огромный объем 122
первичной информации. Однако сокращение размеров датчиков — чисто технологическая задача. Живые систе- мы имеют явно избыточное количество рецепторов. Чув- ствительность большинства из них искусственно пони- жается настройкой, осуществляющей преимущественное выделение информации с того места пространства, где со- средоточены наиболее важные для жизнедеятельности воздействия. Переработка информации сводится к возбуждению (активизации) моделей, в которых отражено пространст- венное или временное распределение возбужденных ре- цепторов в соответствующих картинах внешнего мира. Этот процесс можно условно разделить на три компо- нента: 1. Запоминание во временной памяти, изменение сте- пени возбуждения (потенциала уровня активности) группы или одного рецептора за некоторый промежуток времени. 2. Сравнение полученной временной модели с некото- рым эталоном, записанным в постоянной памяти постоян- ной моделью. Сравнение осуществляется по вероятностно- му, а не по тождественному принципу. 3. При совпадении временной и постоянной моделей последняя возбуждается, то есть повышается ее «потен- циал», и сигнал может распространиться по связям на дру- гие модели. После того как появились вычислительные машины, этот процесс тоже воспроизводится в технических устрой- ствах. Любую информацию, полученную с датчиков, можно представить в виде набора цифр, сравнить их с не- которым другим набором и при точном или приблизитель- ном совпадении выдать сигнал, отражающий наличие именно такой картины вовне; это обозначено условным местом модели в некоторой матрице пространства или времени. 123
Наконец, третий элемент «разумной» деятельности выражается в новом превращении информационной модели в физические воздействия, направленные вовне,— в виде импульсов энергии (иногда вместе с ее материальными но- сителями — эффекторами). Эти воздействия служат для управления внешним миром — неодушевленными пред- метами либо живыми существами. В последнем случае пространственное и временное распределение энергии может отражать в определенном коде передаваемую ин- формацию, иными словами, производится «считывание моделей». И этот процесс уже реализован в технике. Модели, записанные в памяти вычислительной машины, управ- ляют сложными техническими процессами, движением космических кораблей. Таким образом, основные элементы разума реализо- ваны человеком в технических устройствах. Все дело — в объеме перерабатываемой информации и программах переработки. В этом состоит пока еще огромная разница между уровнями развития техники и естественного разума. Однако понятие «объем информации» очень сложно. Можно сказать, что это — количество разнообразия, вос- принимаемое и выдаваемое моделирующей («разумной») системой в единицу времени. К сожалению, само разно- образие понимается по-разному. Не определено истинное разнообразие природы, так как структуру любой системы можно «начинать» с элементарных частиц, с атомов, моле- кул, их агрегатов, крупных составных частей. В зависи- мости от «уровня» изменится количество разнообразия. Фактически разнообразие объекта определяется разно- образием его модели, которую способна создать модели- рующая установка — будь то мозг или машина. Однако даже подробное описание объекта, начатое с какого-то 124
низкого уровня его структуры,— еще не вся информация о нем. Из первоначальной модели низшего этажа можно вывести целую иерархию моделей смысла и качеств, при- чем количество информации — разнообразие — в этих высших моделях может значительно превысить разнооб- разие первичной модели. Разум обязательно включает способность образовывать модели высших этажей, без которых нет полноты понимания окружающего мира и нет общих правил управления им. Итак, «количество разума» — это не только количество разнообразия (информации), которое система способна представить в виде моделей внешних объектов на нижнем этаже, но также и число этажей моделей смысла и качеств, выделяемых из первичных. По всей вероятности, можно создать некоторую систему исчисления разумности как в смысле общего количества этажей информации, так и ско- рости ее переработки. Попытаемся дать классификацию «разумных» систем, чтобы по ней представить себе возможность создания искусственных устройств различных классов с разной сте- пенью «разумности». Всякая переработка информации осуществляется за счет определенных программ, отражающих взаимодей- ствие элементов системы. Любая программа предусмат- ривает цель, выражающуюся в достижении или поддержа- нии некоторого состояния системы. Все естественные слож- ные системы («типа живых») имеют несколько программ, отражающих несколько целей. Искусственные же системы можно создать для реализации одной цели, одной про- граммы. Точно так же можно искусственно выделить часть сложной системы, осуществляющей одну из про- грамм, одну цель. Разные программы могут противоречить друг другу. Следовательно, необходимы дополнительные механизмы (программы!) доминирования и соответственно 125
подавления в зависимости от некоторых показателей, на- пример степени приближения к цели. Для осуществления этого каждая программа должна иметь изменяющийся «вес», что можно представить, например, в виде изменения уровня активности моделей, связанных с понятием «чув- ства». Таким образом, чувства являются универсальными и очень важными. Чувства отражают степень «напряженно- сти» соответствующей программы, связанной с необходимо- стью и трудностью достижения цели. Как уже говорилось, для живых систем можно выделить три типа программ — «для себя» (выражается инстинктом самосохранения), «для рода» (выражается инстинктом продолжения рода), «для ви- да» (состоит в особых качествах изменчивости, а у некото- рых животных — в стадном инстинкте). Только у чело- века программа «для вида» приобрела особую важность, трансформировавшись в программы общественного пове- дения, что связано со значительным усложнением мозга. Любую из основных программ живые системы реали- зуют, перерабатывая с неодинаковой степенью «разумно- сти» разное количество информации и пользуясь биологи- ческими структурами соответствующей сложности. Как уже упоминалось, мы выделили три уровня сложности систем: одноклеточные, многоклеточные животные (до человека включительно) и общество. В последнем наслаи- ваются три степени разнообразия: структуры из молекул, из клеток, из индивидуумов. К этому нужно еще добавить разнообразие вещей, создаваемых людьми. Если отнести к разумным все системы, в которых созда- ются модели и перерабатывается информация, то в зави- симости от объема информации, сложности программ ее переработки и числа иерархических этажей моделей можно условно выделить несколько классов разума: 1. Автомат с жесткими программами выделения и пе- реработки информации без обучения, с ограниченными 126
возможностями рецепторов и набором моделей. Здесь возможно несколько вариантов (с обратными связями и без них, с простыми моделями внешней среды и с этажными моделями смысла, с наличием механизмов доминирования и переключения на разные программы). Представителями подобного рода систем являются животные с нервной си- стемой, но без коры головного мозга. Правда, обучае- мость присуща всем живым существам, даже одноклеточ- ным, но в этих случаях она ограничена и требует многих повторений. 2. Автомат с обучением имеет программу формирования новых моделей на базе готовых — врожденных. Он соот- ветствует корковым животным. Количество возможных моделей, их этажность, длительность памяти — все эти качества различны, и в зависимости от них автомат поды- мается по шкале разумности. Однако на этом уровне из перечисленных шести программ человека есть только три — восприятия, действия, чувств — и примитивное сознание в виде программы внимания. Но даже эти про- граммы имеют ограниченный объем, учитывая их каче- ства — сложность, способность к предвидению, число этажей смысла и качеств, память. 3. Следующую ступень представляет собой автомат с программами человека. Я не буду их перечислять. Сте- пень «разумности» тоже может быть различной в зависи- мости от объема знаний, уровня сознания и способности к творчеству. В конце концов все сводится к объему, уров- ню и особенностям переработки информации, количеству моделей, их изменениям и взаимодействию. Возможна ли система более разумная, чем человек? Конечно. Прежде всего такой системой является общество, вернее, ограниченные организованные общественные си- стемы В сущности они тоже имеют программы животного «для себя» — это настоящее, «для рода» — будущее, слож- 127
ные рефлексы — любопытства, свободы, самовыражения. Все оци являются отражением человеческих качеств, точно так же как качества человека — биологического суще- ства — являются отражением свойств его элементов — клеток. Тем не менее объем информации накладывает свой отпечаток, и наряду с прежними качествами появляются новые. Общественные системы пока еще в значительной степени можно уподобить низшим животным, у которых дифференцировка клеток не зашла далеко и программы целого отражают программы частей. Специфические каче- ства общества как высшей системы появятся, когда будет создан искусственный разум — мозг общества, способный к собственным программам переработки информации: восприятию воздействия и созданию моделей, действиям и сознанию. Сами принципы выделения и переработки информации измениться не могут, так как они не зависят от техниче- ских средств. Информация — это всегда модель, всегда упрощение и искажение оригинала, будь то его структура или функция. Но форма моделей меняется. В клетках — это ДНК, в мозгу — структуры из нейронов, в обществе недавнего прошлого, да и поныне,— это вещи и книги, являющиеся только придатком мозга. Однако уже созда- ется иная форма моделей в виде памяти в машинах и иной способ передачи информации — от одной машины к дру- гой без посредства человека. Надо думать, что именно эти формы моделей и их передачи будут совершенствоваться и вытеснять традиционные. Прежде чем раздумывать об особенностях интеллекта, превосходящего человеческий, попытаемся разобраться в некоторых принципиальных вопросах создания искус- ственного разума в его низших формах либо приближаю- щегося к человеку. Очень велико разнообразие естественных разумных 128
существ. Как уже было сказано, они различаются по основ- ным программам, по классу — жесткие или с самоорга- низацией, по уровню высших этажей моделей, например сознания. В разной степени развития представлены у жи- вотных программы восприятия и моделирования внешнего мира, программы действий, чувств, не говоря уже о второй сигнальной системе — речи или уровнях сознания, при- сущих только людям. Таким образом, перед нами огром- ный диапазон систем, способных перерабатывать информа- цию, — от технических автоматов до человека. Поэтому прежде чем моделировать разум, нужно определить его объем. К сожалению, технические возможности модели- рования пока столь ограниченны, что приходится начинать именно с них и выяснять, какой объем информации можно переработать существующей техникой. Сейчас много гово- рят о будто бы практически неограниченных возможно- стях вычислительных машин — об огромном объеме их памяти и быстродействии. Складывается впечатление, что техническая база для создания искусственного разума уже готова. В действительности это не так. На рис. 1 показана схема системы для выделения, пере- работки и сообщения информации с этажными моделями. Рецепторы 7—-7 получают внешние воздействия в разных пространственных и временных отношениях, а отражен- ные в них картины внешнего мира распознаются через активизацию (возбуждение) моделей а, b и а, |3 на первом этаже, А и I—III — на втором. В правой стороне схемы тот же путь проделывается в сторону действий — от выс- ших моделей 5', IVf, V' через с', d', у', В' к возбуждению органов действий Г— 6’. С первого взгляда все кажется просто — дело сводится к распознаванию разных комби- наций возбужденных рецепторов 1—7. Для этого доста- точно составить их матрицу и находить по ней модели высших этажей простым перебором, пользуясь огромной 129
памятью и быстродействием машин. Однако стоит только представить себе тысячу, даже сто рецепторов, хотя бы с десятью моментами времени, как оказывается, что маши- на уже не может справиться с задачей перебора. Более того, задача будет вообще неразрешимой, поскольку из любого набора в 20 возбужденных рецепторов на ниж- нем этаже могут одновременно активизироваться сотни возможных комбинаций из них на высшем. Практически это означает, что придет в движение вся сеть. Следователь- но, матрицы, простой перебор и два состояния («да — нет») рецептора и модели непригодны для построения сколько- нибудь сложного разумного автомата. Необходимы по край- ней мере какие-то специальные алгоритмы, позволяющие выбрать из всех моделей одну доминирующую и избежать сплошного перебора комбинаций. По существу, к этому и сводится задача построения «разумной» системы-авто- мата. Неизбежно нужна семантическая сеть из моделей раз- ной активности, с разными связями между ними. Попро- буем выяснить значение отдельных свойств системы-сети, претендующей на разумность. Технические возможности ограничены, поэтому нужно отобрать лишь самые необхо- димые свойства, чтобы, тем не менее, попытаться достиг- нуть уровня человеческого разума. 1. Нужна ли СУТ? Нельзя ли обойтись разными сте- пенями активности, связанными с различной силой дей- ствующих раздражителей, и изменением характеристик моделей, обусловленных тренированностью? Мне кажется, что СУТ необходима, так как простого доминирования недостаточно для того, чтобы отделить сферу сознания (внимание) от подсознания, а следовательно, обеспечить выбор в каждый данный момент наиболее важной модели. 2. Насколько можно ограничить набор «основных» программ искусственной системы? Как говорилось выше, 130
у человека число этих программ значительно: кроме ин- стинктов самосохранения и продолжения рода, а также сложных рефлексов вроде любопытства и свободы, есть еще комплекс общественных программ — принадлежность к государству, нации, классу, профессии, убеждения, вкусы и пр. Однако и человека можно представить в не- которых искусственных условиях, когда действует всего несколько программ, например инстинкт самосохранения. Бывают периоды профессиональной деятельности, когда человек работает как сложный автомат под влиянием одного стимула. Искусственную систему в пределе можно представить как «думающую машину» с одной програм- мой — скажем, чтение и реферирование литературы. Един- ственным стимулом (программой) в этом случае будет интерес, позволяющий отделить важное от второстепен- ного. Разве что еще понадобится «долг», заставляющий ценой затраты усилий «выдавать продукцию» в виде рефе- ратов. Попутно замечу, что, видимо, невозможно создать машину, которая будет лишь читать, то есть обращаться с речевыми моделями. Уже говорилось выше, что речь мыслима только как надстройка, система «вторых сигна- лов» над моделями конкретных образов. Итак, в пределе можно представить разум с одной про- граммой, с одним стимулом к деятельности. 3. Нужны ли чувства? Как было сказано, чувства отра- жают «напряженность» основной программы как в отно- шении необходимости определенных действий, вызванной внутренними и внешними раздражителями, так и в отно- шении оценки эффективности этих действий. Каждая си- стема программ (например, общественных или продолже- ния рода) имеет свою систему чувств. Чувства оказывают определяющее влияние на уровень активности («потен- циал») связанных с ними моделей внешнего мира или соб- ственных действий. Разные программы — разные чувства. 131
Они сравниваются на неких универсальных чувствах при- ятного и неприятного. Переключение с одной программы деятельности на другую происходит вследствие «конку- ренции» чувств. Поэтому немыслима многопрограммная искусственная разумная система без чувств. Даже «ду- мающая» машина с одной программой требует одного чув- ства, хотя бы просто «приятно — неприятно». Отличие важного от неважного тоже определяется по чувственной оценке. Связь модели с чувством — это ее «вес», актив- ность, без чего обработка информации по моделям в не- сколько этажей немыслима. 4. В какой степени можно ограничить число рецепто- ров и время запоминания последовательности их возбуж- дения? Видимо, возможно вообще отказаться от модели- рования рецепторов и начать прямо с этажа первичных моделей-образов, которые возбуждаются в результате опозйания среды по информации, выделяемой рецептора- ми. Разумеется, ее разнообразие нужно ограничить. Что касается времени, то все зависит от соразмерности скоро- сти тактов со скоростью человеческих реакций. Ясно, что нельзя доказать разумность на очень примитивном ассор- тименте первичных моделей и при короткой памяти. Эти же соображения касаются и разнообразия дей- ствий. 5. Каково число иерархических этажей моделей смысла (понятий) и качеств? Оно, видимо, невелико и у человека. Многообразие внешнего мира запоминается во временной памяти связей между моделями при последовательном их узнавании, а не по принципу, что для каждой слож- ной ситуации есть своя модель на высшем этаже. Тем не менее несколько этажей моделей понятий и смысла необ- ходимы. Если реализовать все перечисленные пункты в мини- мально допустимом объеме, мы получим самую низкую 182
ступень разумной системы, действующей в ограниченном отрезке времени, когда процессами обучения можно еще пренебречь. Для следующей ступени обучение в виде изме- нения проходимости связей, тренированности моделей и даже образования новых уже необходимо. В зависимости от объема перерабатываемой информации искусственная система с такими качествами будет соответствовать жи- вотному с корой головного мозга или ребенку, еще не умеющему говорить. Следующий уровень — это система с речью. «Вторые сигналы» необходимы для образования моделей сложных и абстрактных понятий, без них искусственный разум останется на уровне животного. Разумеется, можно мыс- лить разный объем речи — словарный запас, грамматику, синтаксис. Сложность структуры языка тесно связана с уровнями сознания. В них отражены понятия времени, «Я» и «не-Я», субъект, объект, условия, Обстоятельства. Воспроизведение всех сложностей требует большой сети. Высшим проявлением интеллекта является творчество. Я не вижу никаких принципиальных препятствий к моде- лированию этого процесса. Он получится почти автомати- чески, как только вырисуется программа воображения, то есть синтеза новых моделей на нижнем этаже при нали- чии исходных моделей смысла и качеств на высшем. Вос- произведение корковых моделей в словах рукописи или в вещи является уже сравнительно несложным делом (хотя не следует преуменьшать трудности управления органами движения). К сожалению, это совсем не значит, что все можно сде- лать легко и уже сейчас. Хотя задача и представляется мне технической, но именно техники, нужной для ее реше- ния, пока нет. Рассмотрим существующие возможности для реа- лизации гипотезы о механизмах мышления. Мне пред- 133
ставляются три метода: алгоритм, сеть и физическая модель. Алгоритмический метод моделирования психики почти безраздельно господствует в науке. Разу- меется, его применяют для воспроизведения только част- ных программ, поскольку еще не существует общей гипо- тезы о механизмах мышления. Я не буду ссылаться на соответствующую литературу, чтобы доказать ограничен- ность ставившихся разными авторами задач. Нас интере- суют разумные системы, по крайней мере на уровне выс- ших животных с теми же атрибутами, которые уже пере- числялись: этажность, разная активность моделей, разная проходимость связей, СУТ, выделяющая сферы сознания и подсознания, чувства и желания, в которых отражены основные программы (хотя бы одна из них). Задача сводится к расчету уровня активности разных моделей, и особенно тех, что определяют «выходы» модели действий. Составим структуру системы, состоящей из моделей. Каждую модель представляем в виде комплекса несколь- ких одинаковых моделей с разным «весом», которым опре- деляется уровень их активности, например А1У Л2, Л3, Л4, 45. При возбуждении комплекса моделей в зависимости от уровня их активности возбуждается Аг или As по прин- ципу «да — нет». По каждому блоку составляется номенклатура (спи- сок) моделей отдельно для каждого этажа. Связи между моделями выражаются таблицами-матрицами, в которых нужно отразить также и проходимость. Примитивно это можно выразить соответствием индексов при буквах, обозначающих модель. Например, модель высшего этажа внешнего мира В имеет связи с моделью действий С, При высшей проходимости связи можно допустить, что Bs вызывает активность Сз, то есть на два пункта ниже. При 134
плохой проходимости разница может составлять три или даже пять пунктов: ----->- С^. Для отражения всех свя- зей как внутри каждого из блоков, так и между ними понадобится множество таблиц-матриц, число которых катастрофически возрастает с увеличением числа мо- делей. Деятельность СУТ можно отразить в повышении индек- са активности модели, находящейся в сознании, и пониже- нии индекса активности модели, находящейся в подсозна- нии, например и Вз. (Возможно, что пяти степеней активности окажется недостаточно для воспроизведения необходимого разнообразия функций). Активность чувств нужно связать с состоянием тела («снизу») или усилением воздействий со стороны внешнего мира («сверху»). Работу модели следует подчинить «так- там» времени — за каждый такт пересчитывать активность (индекс при модели Ai или Л3). Характеристики «генера- торов» модели можно отразить в закономерном изменении их от такта к такту при отсутствии новых возбуждающих воздействий со стороны других моделей. Это — динами- ческая характеристика (например, Ла—Лз—А2 или Ла— Ла—Лз—Лз—Л2...). Переменный характер связи после возбуждения «ведомой» модели выражается изменением разницы в индексах тоже по тактам времени. После того как структура и характеристики выработа- ны, задаются начальные условия системы — распределение активности моделей и начальные проходимости связей. Затем задаются среда и исходное положение в ней моде- ли. После этого начинается расчет по тактам времени, и внешне это выражается в действиях (например, передви- жении по лабиринту). К сожалению, все эти условности (введение которых необходимо для приближения модели к гипотезе) очень усложняют алгоритм расчетов. Для того чтобы получить 135
результат, то есть окончательный уровень активности к концу цикла, нужно проверять его и пересчитывать по десяткам таблиц-матриц, в которых отражены различные поправки. В итоге теряется смысл алгоритмического ме- тода, поскольку главное достоинство его— простота — исчезает, а недостаток — жесткость — остается. Метод сетей. Задача состоит в том, чтобы воспро- извести семантическую сеть, в которой отражены свойства мозга: переменная активность моделей из нейронов, изме- няющаяся проходимость связей и самоорганизация — про торение новых связей и образование новых моделей. На такой сети нужно смоделировать все шесть программ пове- дения человека — восприятие, действия, чувства, речь, сознание, творчество. Конечно, было бы интересно создать «полную» модель личности, но пока невозможно построить структуру такой сложности и просчитать ее. Поэтому при- ходится ограничивать задачу воссозданием отдельных программ, захватывая другие только в минимальной сте- пени, поскольку практически невозможно выделить одну программу, претендуя в то же время на ее достаточное выражение. Подробное описание методики сетевых моделей пред- ставляет собой задачу специального труда. Здесь я лишь коротко изложу план подобной работы. 1. Постановка задачи. Следует выбрать для модели- рования одну или несколько психических функций. Если предполагается решать прикладные задачи в виде созда- ния автомата для выполнения определенных целей, тогда нужно четко их поставить. Возможна еще большая точ- ность — определение психических программ и круга дея- тельности автомата, наделенного ими. 2. Сбор сведений из психологии, касающихся задачи. Может быть, постановка специальных психологических экспериментов. 136
3. Составление гипотезы о механизмах программы. Ра- зумеется, мы считаем, что для этого нужно использовать нашу общую гипотезу о психике, выбрав и развив те ее разделы, которые имеют отношение к задаче. Гипотеза в общем виде представляет собой костяк структуры буду- щей сети, основные блоки которой необходимы для вы- полнения программы. Например, выбираются рецепторы, система их настройки, блок моделей конкретных образов внешнего мира, блок двигательных моделей, блок чувств и эмоций. Обязательно присутствует СУТ, без которой невозможна реализация ни одной программы. Для вос- произведения высших психических функций задаются блоки речи, сознания. Короче говоря, из общей гипотезы выбираются те ее составные, которые будут участвовать в данной модели. 4. Выбор среды, в которой предстоит действовать авто- мату, определяется поставленными целями. Если задача состоит в создании программы, то и тогда нужно выбрать конкретную обстановку, в которой наилучшим образом будет показана эта программа. Обычно любую среду мож- но свести к лабиринту (неподвижному или изменчивому), населенному живыми существами того или иного уровня развития. Тем самым определяется круг воздействий на автомат из среды и его обратные реакции. 5. Составление номенклатуры — алфавитов моделей, которые предполагается включить в сеть, исходя из целей гипотезы, программ и среды. Алфавиты обязательно со- стоят из нескольких этажей. Внизу располагаются кон- кретные понятия среды и собственных ответных действий или слова речи, если имеется в виду ее использование. Выше — обобщенные понятия, которые также связываются с «ключевыми» словами. То же касается чувств и желаний. Некоторые модели высших этажей получаются от простран- ственного, другие — от временного суммирования энер- 137
гии, от моделей низших этажей. Кроме того, выделяются модели качеств. После того как составлены алфавиты, уже приблизительно определяется размер модели. Правда, если предполагаются программы обучения и особенно са- моорганизации с созданием новых моделей, исходный объем модели может в дальнейшем значительно возрасти. Однако этот рост тоже следует как-то планировать. Раз- мер модели знать необходимо, так как система расчетов жестко ограничивает его. Если после составления алфа- витов оказалось, что модель велика, нужно ее тут же сокра- тить, отказавшись от всего, без чего можно обойтись, и да- же, возможно, пересмотреть исходные положения о коли- честве выбранных программ. 6. Далее следует собственно составление схемы или структуры модели. Ее можно представить на плоскости сначала в упрощенном варианте — в виде блоков и линий связей между ними, а затем и в виде тонкой структуры с изображением всех отобранных элементов алфавитов и соединяющих их связей. К сожалению, если модель велика (состоит, например, из тысячи элементов), ее под- робная схема с массой связей уже теряет наглядность. Есть и табличный способ выражения модели. В принципе предполагается, что каждая из моделей может быть свя- зана со всеми другими. Это значит, что модель можно изобразить в виде матрицы (таблицы), в которой по вер- тикали и горизонтали перечислены все элементы, а на пересечениях показаны характеристики связей, например их проходимость. Поскольку все-таки многие модели не будут взаимосвязаны, можно представить модель в виде собрания таблиц по блокам и между блоками. Это особен- но важно для этажных моделей внутри блоков. Во всяком случае, для составления программы на маши- ну нет необходимости в графическом изображении модели. 138
7. Этот пункт является, пожалуй, самым трудным: нужно выбрать характеристики моделей и связей. По суще- ству это функциональная основа всей модели. Выше были описаны типы характеристик. В случае простых моде- лей — это кривые (или формулы), отражающие зависимо- сти между энергией входов и выхода,— для статистических характеристик; изменение активности во времени при включении и выключении внешних воздействий — для динамических характеристик. В случае сложных инфор- мационных моделей, объединяющих на высшем этаже по- следовательность возбуждения во времени неких моделей низших этажей, нужно строить характеристики (матрицы) для узнавания последовательности и для «генератора», включаемого после узнавания. Следующей степенью слож- ности могут быть характеристики моделей качеств, так как они должны отражать первую или вторую производные от изменения внешних раздражителей либо выделять инфор- мацию еще более сложных видов. Однако все это вполне преодолимые трудности. Характеристики моделей первого порядка отражают «временную активную память». Для обучающихся систем нужны также законы адаптации и тренировки, то есть характеристики соответственно второго и третьего по- рядков. Не менее важно и, пожалуй, более трудно выразить характеристики связей. В них нужно отразить «временную память связи». Это кривые первого порядка, фиксирующие на время последовательность возбуждения моделей и «дли- тельную память связи», используемую при обучении. От- дельно отражается порядок установления (проторения) связей, используемых для обучения и создания новых моделей. Элементами характеристик являются также «пороги возбудимости», ответы на тормозные и усиливающие воз- 139
действия со стороны соседних моделей и особенно СУТ. Еще одним важным показателем является «временная за- держка» при переключении возбуждения с одной модели на другую. Именно эта величина определяет такты време- ни — интервалы, через которые нужно пересчитывать активность всех элементов модели, чтобы учесть влияние обратных связей. Нет необходимости задавать характеристики очень сложными математическими выражениями с претензией отразить все физиологические данные. Чем сложнее мате- матические построения, тем меньше предельный объем модели. Эффект модели — в сложности и разнообразии структуры, а не в формулах для элементов. Разумеется, некоторый минимум необходим. Для выбора характерис- тик приходится прибегать к маленьким служебным моде- лям, чтобы нащупать порядок величин и отразить требуе- мые свойства. Теперь модель вчерне готова. Нужно составить алго- ритм и программы для ЭВМ, чтобы рассчитывать измене- ние активности элементов и таким образом дать модели жизнь. 8. Суть алгоритмов расчета сводится к тому, чтобы определить уровень активности генератора («потенциал») каждой модели через короткие интервалы времени — так- ты. Высота активности определяется по статистической характеристике как функция количества энергии, посту- пившей на модель за предыдущий такт со всех ее входов — по связям от других моделей с учетом их проходимости. Проходимость изменяется от временной памяти связи — от такта к такту, согласно характеристикам. После этого вносится поправка на действие СУТ •— активность всех моделей сравнивается, выбирается самая возбужденная, и она дополнительно усиливается в зависимости от харак- теристик СУТ. Все другие модели соответственно тормо- 140
зятся. В этом состоит один тур расчета. Активность отра- жает «поведение» модели за такт времени. Это самый простой случай — модель без обучения и самоорганизации. Если же такие программы предусмотре- ны, то, кроме того, производится расчет изменения харак- теристик за каждый такт — отражение второго этажа регулирования модели (тренировка, адаптация, измене- ние возбудимости и порога, изменение постоянной памяти всех связей). Это большой объем расчетов, хотя они обяза- тельны не для каждого цикла. Создание новых моделей возможно только как формирование высших этажей над информацией, выделяемой рецепторами. Практически это означает, что при повторении одновременного возбужде- ния некоторого пространственного комплекса низших моделей над ними создается объединяющая модель высшего этажа. То же самое касается высшей модели, соответствую- щей временной последовательности возбуждения некото- рого комплекса низших моделей. Это вполне возможно. Разумеется, я описал самый общий алгоритм расчетов. Его можно изменять как угодно, лишь бы получить долж- ный результат. В конце концов мы заново «изобретаем» мозг и не связаны никакими ограничениями. 9. После того как программа расчетов для ЭВМ состав- лена, можно приступать к исследованию модели. Для этого прежде всего нужно задать ее исходное состояние в виде проходимости связей и начального уровня активно- сти элементов и определить место модели в среде, то есть задать внешние воздействия. Само исследование заклю- чается в просчитывании уровня активности каждой модели, входящей в состав всей модели, от такта к такту. На вы- ход программы можно выдавать все модели или любую из них. Практически невозможно следить за таблицами с множеством цифр, если модель велика, и можно опустить все внутренние отношения, ограничившись регистрацией 141
действий, как это будет в случае с техническими автома- тами, обладающими «разумом». Однако интерес научного исследования заключается как раз в том, чтобы просле- дить внутренние мотивы внешнего поведения. Это тем бо- лее необходимо, что первые испытания модели обязатель- но выявят ее несовершенство и потребуют исправления недочетов. Нужен анализ, даже если он будет продолжи- тельным, так как придется выражать графически измене- ние активности во времени многих моделей. Другая цель исследований модели заключается в изучении ее поведе- ния при различных внешних условиях и разных «типах характера», что отражается в характеристиках моделей чувств и СУТ. Важным моментом в исследовании модели является трактовка ее поведения. Как можно доказать, что оно ра- зумное? Видимо, только объективным сравнением с пове- дением человека в соответствующей ситуации. Однако сделать это нелегко, поскольку объем моделей у испытуе- мого неизмеримо больший. Потребуется поместить его в искусственную среду с ограниченным числом раздражи- телей. Поведение разных людей в этих условиях тоже бу- дет различным. Таким образом, для сравнения и доказа- тельств нужны специальные психологические экспери- менты. Разумеется, после того как будут созданы большие модели, обладающие речью, определение разумности не составит труда. Пока же мы считаем важными и скромные результаты, которые подкрепляются возможностью про- следить механизмы психических реакций хотя бы в одной гипотетической трактовке. В отделе биокибернетики Института кибернетики АН УССР уже три года проводится практическая работа по созданию моделей психики. Главная трудность, с которой мы столкнулись, свя- вана с недостаточной мощностью вычислительных машин. 142
Опыты проводились на ЦВМ М20. Для того чтобы просчи- тать один цикл простенькой модели РЭС, состоящей из 90 моделей без обучения, понадобилось 1,5 мин. машинно- го времени. Модель МОД, состоящая из 300 моделей с обу- чением, требует уже 5 мин., а модель из 1000 элементов с речью, обучением и самоорганизацией, видимо, потре- бует около 30 мин. А ведь эта модель тоже еще очень мала и совершенно несравнима с естественным мозгом. Другие пункты плана создания модели также сопряже- ны с трудностями, хотя они более преодолимы. Так, напри- мер, нелегко представить себе сеть из сотен моделей (не говоря уже о тысячах), нелегко подобрать Характеристики, которые не могут быть одинаковыми для разных этажей и качеств. Впереди видятся примерно такие возможности увеличе- ния размеров и полноты моделей: 1. Использование самых современных машин с боль- шой оперативной памятью, высоким быстродействием, быстрым вводом. При этих условиях удастся получить приемлемые сроки просчета цикла. 2. Совершенствование программ, с тем чтобы не про- считывать те части модели, элементы которых имеют низ- кую активность. 3. Ограничение рассчитываемой части модели только ее логикой. При этом остаются в стороне рецепторная и эффекторная части, которые требуют множества эле- ментов и, следовательно, места в программе ЭВМ, но не дают специфики психики. 4. Этой же цели служит максимальное сокращение второстепенных программ или выведение их на другие машины, связанные с главной. 5. Часть модели можно представлять не в виде сети, а в виде алгоритма. Например, это касается СУТ, которую, конечно, можно представить в виде особой сети с большим 143
числом моделей, но проще воспользоваться алгоритмом для сравнения активности всех моделей и выбора наиболее возбужденной из них. 6. Наконец, для преодоления трудностей программи- рования сложных моделей можно пытаться создать новый тип программы, обеспечивающий автоматический рост сети, с тем чтобы программа сама себя увеличивала. Впрочем, пока это находится в сфере предположений. Как свидетельствуют эти пункты, еще имеется доста- точно возможностей для увеличения и совершенствования моделей из семантических сетей, которые можно рассчи- тывать на универсальных цифровых машинах. Однако при всех условиях эти возможности ограничены. При совре- менной технике трудно получить приемлемое время рас- чета одного цикла для модели, состоящей из нескольких тысяч элементов. Третий тип моделей разума можно представить в виде физической сети, составленной из искусственных нейронов. Работы в этом направлении ведутся во многих лабораториях. Кибернетики составили уже сотни моделей нейронов и множество ансамблей из них. К сожалению, пока все модели довольно сложны, однако надежды на их упрощение и уменьшение вполне реальны, поскольку технология развивается быстро. Когда это произойдет, появится возможность создать систему типа аналоговой машины, в которой будут воспроизведены те же структуры и программы, что и в семантической сети. Это будет настоя- щий искусственный мозг, хотя и отличный от естественного. Преимущества его перед разумом — программой ЭВМ очень велики, так как переработка информации в нем, то есть передача энергии между моделями, станет осуществ- ляться сразу по всем связям. Поскольку речь идет об электрических сигналах, можно рассчитывать, что по ско- рости переработки информации искусственный мозг зна- 144
чительно превзойдет естественный. Разумеется, все зави- сит от элементов: воспроизведут ли они нужные характе- ристики «генераторов» и связей, в том числе и такие, как способность к тренировке, временная и постоянная память связей, способность к изменению возбудимости под влия- нием тормозных и усиливающих воздействий со стороны СУТ. Пожалуй, всего труднее будет обеспечить способность к установлению новых связей, так как для этого нужно уже заранее проложить большой избыток проводников между моделями. Я недостаточно знаком с аналоговой техникой, чтобы обсуждать реальные возможности и трудности создания электронного искусственного мозга. Полагаю, что если будет создана программа-разум на ЭВМ, то тем самым определится структура мозга и будут заданы характери- стики его элементов — моделей. Надо надеяться, что тех- нологи решат задачу воплощения этой сети в физических элементах, хотя, возможно, и не так быстро. Конечно, речь идет не о простом повторении семантической сети, поскольку условия будут другими. Поэтому проектиро- вание такой системы должно происходить при активном участии специалистов по моделированию психики. Их задача — дать первое техническое задание и потом скор- ректировать его в зависимости от возможностей техники. 145
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Создание искусственного разума — вопрос только вре- мени. Первое: люди овладели качеством сложность, научились создавать искусственные системы, по сложности приближающиеся к естественным. Следует надеяться, что они превзойдут этот уровень. Второе условие: ученые поняли, что выделение и переработка информации — мо- дели и действия с ними — процесс объективный. Его мож- но воспроизвести отдельно от человека, в системах из не- живых элементов, при условии их большой сложности. Этого достаточно. Естественный разум —только модели- рующая установка из биологических элементов, обеспечи- вающая выделение и переработку информации. То же возможно воспроизвести искусственно. Выше уже говорилось о многообразии разумов. Для любого объекта можно получить бесконечное множе- ство моделей, имея разные программы моделирования. Природа создала огромное количество биологических видов, и каждый из них обладает способностью к выделе- нию и переработке информации. У низших животных это осуществляется на уровне клеток, у высших — в нервной системе и особенно в коре головного мозга. Однако даже у высших животных кора остается только вычислитель- ной машиной для тела, в котором заложены программы жизни. Лишь у человека она превратилась в орудие более высокой системы — общества. Многообразие естествен- ных моделирующих установок доказывает, что можно создать разум лучше человеческого. Главный недостаток человеческого разума— ограничен- ность. Ограничен объем памяти, мала скорость переработ- 146
ки информации, очень медленно обучение, трудны вспоми- нание и выборка. Другой, не менее важный недостаток — искажения. Природа и степень их различны. Прежде всего, искаже- ния — неизбежный спутник всякого моделирования. Для того чтобы упростить сложный объект до модели, обяза- тельно нужно опустить какие-то детали, причем никогда нельзя быть уверенным в том, что опущенное неважно. Моделирование всегда предполагает цель — «для чего?», и эта цель определяет отбор второстепенных деталей. У человека это выражается искажениями вследствие субъективности, так как именно чувства являются выра- зителями «для чего?». Чувства изменяют матрицы, модели- эталоны, с которыми сравнивается модель во временной памяти, составленная при восприятии внешнего мира. Чем ярче чувства, тем больше возможная степень искаже- жения. Но это еще не все. Основная программа мозга заклю- чается в том, что внешняя картина воспринимается пооче- редной концентрацией внимания-усиления на ее деталях. Степень усиления неравномерна, зависит от его перио- дического ослабления при утомлении, от чувств, отра- жающих важность той или иной детали для человека в данный момент. В памяти запечатлевается последова- тельность восприятия деталей картины, но сами они не- равноценны, имеют разный «вес» и искажают действи- тельность, когда человек пытается представить картину перед своим внутренним взором. Кроме того, человек про- сто не может увидеть сложность сразу, он должен пред- ставлять ее поочередным вспоминанием частностей. Все это делает модели качественными. Конечно, это как раз то, что нужно было человеку раньше (как и животному), чтобы в каждый момент реагировать на наиболее важный раздражитель. Объективная истина для животного цены 147
не имеет. Она понадобилась обществу, поскольку необхо- дима для воспроизведения системы. (Между прочим, же- сткие программы на клеточном уровне, по которым про- исходит размножение, отражают объективную истину, так как неопределенности нет места в генетическом коде). Можно ли создать разум лучше человеческого? Конечно. Природа богата и разнообразна, но ее воз- можности построения более совершенных систем далеко не исчерпаны. Мыслится создание моделирующих уста- новок, лишенных многих недостатков мозга. Прежде всего: системы будут разные. Можно предполо- жить несколько типов разума. Оперативный разум для управления сложными систе- мами (например, лечение больного, воспитание человека, управление обществом). Во всех этих случаях (с возраста- нием степени сложности) нельзя предусмотреть жесткую систему управления, поскольку сложность объекта зна- чительно превышает сложность возможных моделей и, кроме того, объект имеет свойство самоорганизации. Разум для оперативного управления должен строиться по типу естественного — с основными программами, зафиксиро- ванными в чувствах, и с СУТ, обеспечивающей относитель- но целесообразную реакцию в каждый данный момент. По всей вероятности, это должна быть семантическая сеть со всеми ее человеческими программами, включая сознание и творчество. Разумеется, средства восприятия объекта и воздействия на него будут различными. В ме- дицине — это датчики, аппараты и лекарства, в психоло- гии главное — слово, но наряду с ним также датчики и ле- карства, в обществе на входах — статистика и анализ производства, потребления, психики граждан, на выхо- дах — управление производством и воспитанием. Второй тип — разум-память, вместилище различного рода сведений и система их выборки для сообщения людям 148
или перевода в память оперативного разума. Уже сейчас разработана техника хранения колоссальных объемов информации. Как мне кажется, в будущем совершенство- вание ее пойдет по нескольким направлениям. Во-первых, изменится язык науки. Качественные — словесные — мо- дели уступят место количественным — структурным и ма- тематическим. В конечном итоге любую сложную систему можно представить в виде структуры и характеристик ее элементов, точных или вероятностных. Как уже говори- лось, возможно множество подобных моделей и целая иерархия обобщенных и частных. Сейчас все они выража- ются словами с добавлением цифр и рисунков. В будущем их станут кодировать цифрами. Разумеется, сохранятся программы считывания информации словесным кодом — для людей. Надо полагать, что разум-память построят по алгоритмическому, а не по сетевому принципу. Выборка будет осуществляться через многочисленные автоматиче- ские каталоги-— наборы моделей высших этажей и ка- честв. Вероятно, эта система будет Связана с обычными библиотеками на микрофильмах. Видимо, возможны и другие типы разума с различной спецификой программы и техники. Например, мне кажется интересным аналитический разум —моделирующая уста- новка, предназначенная для создания «действующих» моделей систем разных этажей сложности. Не знаю, по- строят ли их по аналоговому или цифровому принципу либо это будет гибрид со стандартизированными анало- говыми блоками, объединенными в разных отношениях на базе цифровой машины. Еще один тип— синтетический разум, «машина твор- чества». Возможно искусственное воспроизведение про- граммы создания новых моделей, как и любой другой. Стимулом для творчества может быть удовольствие от про- цесса поиска и его успешных результатов. Задание для 149
новых произведений представляет собой обобщенные мо- дели смысла и качеств высших этажей. Общий алгоритм решения творческих задач известен. Дело сводится к поис- ку нужных деталей, причем иногда из совершенно необыч- ной сферы фактов. Я думаю, этот процесс вполне досту- пен искусственному разуму, имеющему в своем распоря- жении огромный материал моделей из разных областей знания. Оперативный разум может объединять все другие типы, используя их как вспомогательные для анализа объектов управления, синтеза новых воздействий и фик- сирования в памяти всего необходимого фактического материала. По всей вероятности, коллективная деятель- ность нескольких или даже многих искусственных разумов окажется гораздо эффективней, чем совместная работа людей. Дело в том, что в отличие от качественного —сло- весного — языка людей у машин будет единый количе- ственный язык моделей. Это упростит и ускорит общение между машинами, хотя влияние индивидуальности и субъ- ективности останется, поскольку запрограммированы чувства и самоорганизация. У человека медленно и огра- ниченно обучение, затруднено обращение к коллективной памяти —книгам. Все это упростится при машинных фор- мах переработки информации. Особенно важен новый язык науки — язык структурных действующих моделей и возможность быстрого считывания их электрическими сигналами. Проблема роботов-автоматов, способных выполнять функции человека, тесно соприкасается с моделированием психики. По существу робот — это разум плюс органы чувств и движения. О разуме уже достаточно говорилось. Его можно воспроизвести в разных вариантах сложности, с разными программами. На первый взгляд кажется, что создать глаз, руку или гортань гораздо проще, чем мозг, 150
поскольку эти органы есть у всех животных. Но и это тоже оказалось очень трудным. Однако нет сомнения в том, что соответствующие конструкции будут созданы. Тогда все дело решит технология. Можно ожидать огромного разно- образия этих машин, еще большего, чем разнообразие организмов. Мыслится производство роботов по любым заданиям — специализированных, универсальных, все бо- лее совершенных по форме и функциям. У них будет важное преимущество перед животными — связь через радио и единый язык для общения. Я не хочу фантазировать об устройстве общества буду- щего и влиянии на него техники, включая разумные ма- шины. Уверен, что эти влияния могут стать определяю- щими не только в материальной жизни, но и в психике. В частности, искусственный разум изменит состояние обу- чения и воспитания детей, медицины, управления в любых сферах, регулирования психики и внедрится во все области науки. Однако во всем, что я перечислил до сих пор, искус- ственный разум выступит в качестве вспомогательного орудия для человека в области переработки информации, как это было до недавнего времени с энергией. Разумные машины будут служить обществу. К сожалению, можно предположить и другие аспекты проблемы, которые нуждаются в обсуждении уже сейчас. Их по крайней мере две. Первое — ущерб человеку от внедрения искусствен- ного разума в творчество. Не исключено, что придет вре- мя, и искусственный разум сможет не только конструи- ровать машины, но писать стихи и музыку, открывать новые законы природы. Это повлечет за собой ослабление стимула творчества у людей. Вторая проблема состоит в превращении искусствен- ного разума, действующего по программам человека, в личность, имеющую собственные интересы. Я уже гово- 151
рил о том, что нельзя выполнить разум без всяких чувств, так как ойи отражают степень эффективности в реализа- ции поставленных целей. Минимальные чувства — добро и зло, приятное и неприятное. Этого уже достаточно, чтобы при наличии самоорганизации, то есть способности к созданию новых моделей, появились новые, производные чувства и новые, собственные цели деятельности. Лич- ность тем и отличается от автомата, что имеет собственные интересы —потребности, цели, оценки. Искусственный разум неизбежно превратится в личность, как только у него будет воспроизведена самоорганизация. Пределы независимости личности, границы ее возмож- ного отличия от первоначально заданных программ— эти понятия имеют количественное выражение. Поведение одних людей остается в пределах преподанных воспитанием норм, другие люди выходят за эти границы — вплоть до преступлений против общества. Многое зависит от проч- ности воспитания и «воспитуемости» — индивидуальных свойств коры головного мозга и подкорки. Все эти каче- ства будут задаваться и искусственному разуму, с тем что- бы они служили некоторой гарантией «лояльного» пове- дения в отношении людей (вспомним «Законы роботех- ники» А. Азимова!). Правда, гарантии относительные, и они тем меньше, чем выше уровень самоорганизации. В то же время поведение искусственной личности, даже если она будет умна, не обещает быть всегда «разумным». Вероятность ошибок остается, поскольку сохранится ограниченность познавательных возможностей и субъек- тивность суждений. Так возникает опасность не только ошибочного, но и злонамеренного поведения разумных машин в отношении людей. Опасность велика, если это касается машин, принимающих участие в управлении обществом даже в сфе- ре чистой экономики. 152
Смогут ли люди ограничить развитие систем искусствен- ного разума или, по крайней мере, держать их под конт- ролем? Боюсь, что ни то, ни другое невозможно. Создание и совершенствование разума необходимо для целей познания и оптимального управления сложными системами — организмом, психикой, обществом. Челове- ческий мозг и традиционные средства переработки инфор- мации не могут обеспечить этого, особенно теперь, когда стремительно возрастающее разнообразие вещей и мо- делей догоняет разнообразие природы, требуя в то же вре- мя более активного управления. Развитие разума действи- тельно необходимо, хотя и не обязательно до уровня вы- сокой самоорганизации. Вся беда в том, что есть любозна- тельность ученых — еще один психологический фактор, не позволяющий ограничить развитие любой науки. Контроль над сложным искусственным разумом осуще- ствить трудно. Конечно, можно выдавать на выход все его мысли, но прочесть их практически не удасться из-за сложности и, главное, обилия. Внутренние процессы в си- стемах «машинного» регулирования будут недоступны контролю, когда речь идет о столь сложных программах, как управление обществом. Разумеется, внешние выходы в виде воздействий на людей будут доступны критике, как и при «ручном» управлении, но мнения людей разно- речивы, а отказаться от машинного управления станет так же невозможно, как сейчас невозможно отказаться от электричества. Еще один вопрос: размножение машин. Можно не сом- неваться, что со временем люди овладеют биосинтезом и смогут воспроизвести биологические системы в их есте- ственном виде. Но это уже иная проблема. Я не думаю, что развитие искусственного разума пойдет по этому пути. Человек имеет в своем распоряжении больше возможностей 153
для создания новых сложных систем и едва ли будет пы- таться повторить природу, тем более что она несовершен- на. Вполне мыслима такая фабрика искусственных орга- низмов — от примитивных роботов до сложнейших ин- теллектов,— которая сможет обойтись без помощи лю- дей. Она не только обеспечит серийное производство, но и неограниченную «изменчивость», конструирование все новых видов с новыми качествами. Разум находится на столбовой дороге развития мира, которое можно задержать, но не остановить. Следователь- но, вопрос только в регулировании прогресса и в поиске новых решений проблемы человека в будущем мире. 154
СОДЕРЖАНИЕ Введение 3 Общие понятия кибернетики в Основы гипотезы искусственного мозга 19 Создание искусственного разума____________122 Заключение 146
Николай Михайлович Амосов ИСКУССТВЕННЫЙ РАЗУМ Печатается по решению Редакционной коллегии науч- но-популярной литературы Академии наук УССР Редактор С. М. X а з а и е т Художественный редактор В. П. Кузь Оформление художника В. И. Смордского Технический редактор Б» М. Кричевская Корректор Э. Я. Белокопытова БФ 34037. Зак. № 9-200. Изд. № 286 Тираж 58 000. Бумага № 2, 70хЮ8/3,. Печ.-физ. листов 4,875. Условн. печ. листов 6,825. Учетно-изд. листов 6,67. Подписано к печати 26/VIII 1969 г. Цена 20 коп. Издательство «Наумова думка», Киев, Репина,3. Отпечатано с матриц книжной фаорики им. М. В. Фрунзе в Киевской книжной типографии № 5 Комитета по печати при Совете Министров УССР, г. Киев, ул. Репина, 4. Зак. 305.
If М AMOfOB €К1 '(ГИМН HL РАЗУМ