суббота, 27 декабря 2008 г.

Модель мозга как глючного двухпроцессорного нейро-квантового компьютера

Качественное различие между интеллектом человека и обезьян состоит в отсутствии у последних способности мыслить рекурсивно, то есть применять логические операции к результатам предшествующих аналогичных логических операций. Неспособность к рекурсии объясняется малой емкостью «рабочей памяти», которая у обезьян не может одновременно вместить более двух-трех концепций (у человека — до семи).

Мозг человека отличается от мозга наших ближайших невымерших родственников — шимпанзе и бонобо — в основном размером (он втрое массивнее). Структурные различия сравнительно невелики и приурочены в основном к отделам, связанным с решением социальных задач. Этот факт, наряду с результатами исследований обезьяньего интеллекта, позволяет предположить, что различия между интеллектом человека и высших обезьян имеют не столько качественный, сколько количественный характер: обезьяны обладают теми же умственными способностями, что и мы, только все эти способности у них развиты слабее

Увеличение мозга должно было практически неизбежно и автоматически вести к росту объема памяти. Память хранится не в каком-то специально выделенном для этой цели участке мозга, а распределяется по всем отделам, причем для запоминания используются те же нейроны, которые возбуждались при непосредственном переживании события. Увеличение объема памяти, в свою очередь, теоретически может оказаться достаточным объяснением всех прочих «усовершенствований» нашего мыслительного аппарата. В данном случае допустима аналогия с компьютером: известно, что чем больше у компьютера памяти, тем более сложные программы он может выполнять, причем эта зависимость работает в довольно широких пределах даже при одном и том же процессоре.

Антрополог Дуайт Рид (Dwight W. Read) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, следуя за многими другими специалистами, полагает, что интеллектуальные способности особенно сильно зависят от объема так называемой рабочей памяти (working memory) - это та часть памяти, в которой хранится и обрабатывается информация, непосредственно необходимая субъекту в данный момент.

По современным представлениям, рабочая память имеет довольно сложную структуру. Центральное место в ней занимает «исполнительный компонент» (central executive component), локализованный в одном из участков префронтальной коры (а именно в полях Бродмана 9 и 46). Его главная задача — удерживать внимание на той информации, которая необходима субъекту для решения насущных задач. Сама эта информация может храниться где-то еще. Ее обычно называют кратковременной памятью (short-term memory) и рассматривают как компонент рабочей памяти. Компьютерным аналогом кратковременной памяти (понимаемой как часть рабочей памяти) являются регистры процессора. Кроме того, в состав рабочей памяти входит ряд вспомогательных структур (см. Baddeley's model of working memory).

Ключевое значение имеет объем кратковременной памяти, измеряемый количеством идей или концепций, с которыми «исполнительный компонент» рабочей памяти может работать одновременно. Эту важнейшую характеристику рабочей памяти называют short-term working memory capacity (ST-WMC). Многочисленные эксперименты показали, что у человека ST-WMC ≈ 7 (хотя некоторые исследователи склоняются к более низким оценкам, порядка 4-5). Большинство животных не может обдумывать комплексно, как часть единой логической операции, более одной, максимум двух идей (ST-WMC ≤ 2).

Малый объем кратковременной памяти не позволяет обезьянам мыслить рекурсивно, и в этом состоит важнейшее качественное отличие обезьяньего интеллекта от человеческого. Рекурсивное мышление необходимо для решения самых разнообразных задач — от изготовления каменных орудий, более совершенных, чем ручное рубило Homo erectus, до выяснения родственных отношений и формирования структуры рода («я — сын такого-то, сына такого-то» — образец рекурсивного рассуждения).

В некоторых популяциях диких шимпанзе из поколения в поколение тысячелетиями передается умение колоть орехи камнями. Это не врожденное поведение: молодые обезьяны учатся ему у матери или старших товарищей. Судя по всему, обезьянам требуется предельное напряжение ума, чтобы овладеть этой наукой. Рид подчеркивает, что далеко не все популяции шимпанзе владеют тайной раскалывания орехов, хотя орехи потенциально являются для них весьма ценным пищевым ресурсом. Шимпанзе, содержащиеся в неволе, обычно не могут сами догадаться, как вскрыть орех, даже если им предоставить в изобилии и орехи, и подходящие камни.

Шимпанзе из Таи манипулируют двумя объектами: орехом и камнем, который используется в качестве молотка (см. видео). Наковальней служат элементы рельефа, которыми не нужно манипулировать — например, плоский выход скальных пород или корень дерева. В Таи все взрослые обезьяны умеют колоть орехи. Очевидно, управляться с двумя объектами может научиться любой шимпанзе.

Шимпанзе из Боссу пытаются совладать сразу с тремя объектами, потому что у них принято использовать в качестве наковальни небольшой камень, который нужно выбрать и правильно установить. Обычно наковальня получается шаткая, и ее нужно придерживать. Иногда используется и четвертый объект — камень-клин, которым шимпанзе подпирают наковальню, чтобы не шаталась. Но в этом случае сначала обезьяна возится с двумя объектами (наковальней и клином), а потом с тремя (наковальней, которую всё равно нужно придерживать, орехом и молотом). С четырьмя предметами одновременно никто работать не пытается (клин не придерживают).

Обучение искусству раскалывания орехов протекает долго и мучительно. В возрасте полутора лет обезьяны начинают имитировать отдельные действия, входящие в комплекс (например, стучат по ореху рукой). Примерно в 2,5 года они уже выполняют последовательности из двух действий (например, кладут орех на камень и стучат рукой). Лишь в возрасте 3,5 лет они оказываются в состоянии правильно выполнить всю цепочку операций: найти наковальню, положить орех и стукнуть камнем.

Если шимпанзе из Боссу не научился колоть орехи до 5 лет, то не научится уже никогда. Бедная обезьяна будет до конца своих дней с завистью смотреть на соплеменников, ловко колющих орехи, но так и не сообразит, в чём же тут секрет. Таких «двоечников» в популяции Боссу примерно четверть. Они иногда возобновляют попытки, но не могут понять, что нужны три предмета, и пытаются обойтись двумя. Например, одна семилетняя самка, не научившаяся колоть орехи правильно, время от времени пыталась разбить лежащий на камне орех рукой или ногой (как мы помним, так обычно поступают детеныши в возрасте 2,5 лет).

Подробно проанализировав все мнения, высказанные специалистами на сей счет, Рид заключает, что для того, чтобы колоть орехи, как это принято в Таи, достаточно иметь ST-WMC = 2. Для более сложной технологии, практикуемой шимпанзе из Боссу, требуется ST-WMC = 3, однако не все особи достигают таких интеллектуальных высот. Вероятно, у тех обезьян, которые так и не осваивают это искусство, кратковременная память в состоянии вместить только два объекта (ST-WMC = 2). Теоретически можно предложить и другие объяснения наблюдаемым фактам (например, шимпанзе могли бы делить между собой обязанности — одни ищут орехи, другие раскалывают, и тогда сборщикам не нужно учиться колоть орехи). Рид скрупулезно разбирает это и ряд других возможных объяснений и показывает, что они не подтверждаются фактами.

К аналогичным выводам можно прийти и на основе наблюдений за другими видами орудийной деятельности шимпанзе. Одновременное манипулирование двумя объектами встречается сплошь и рядом, тремя — редко, четырьмя — никогда.

Дети начинают создавать «классификации первого порядка» (создание одной группы объектов, объединенных по какому-то признаку — например, красные кубики) уже в возрасте 12 месяцев. Шимпанзе достигают этой стадии лишь в 2 года. Создавать одновременно две группы предметов дети начинают в 18 месяцев, шимпанзе — около 4 лет. К трем годам дети уже могут создавать одновременно три группы предметов. Шимпанзе до этой стадии не доходят почти никогда, если не считать нескольких особо одаренных индивидуумов, воспитанных людьми и овладевших речевыми навыками. Для шимпанзе это предел, а дети продолжают развиваться дальше.

Эти результаты, по мнению Рида, опять-таки указывают, что рабочая память у шимпанзе вмещает не более 2-3 понятий.

Рид также проанализировал данные по двум знаменитым обезьянам, овладевшим речью (шимпанзе Ним и бонобо Канзи). Они научились общаться с людьми при помощи специально разработанной для них системы знаков-слов. Если отбросить высказывания с повторяющимися словами (вроде «дай банан, дай, дай, дай»), то выясняется, что частота употребления фраз у Нима и Канзи убывала экспоненциально по мере роста числа слов в предложении. До конца своих дней обе обезьяны остались приверженцами односложных высказываний. Канзи использовал фразы из двух слов примерно в 10 раз реже, чем одиночные слова, из трех — в единичных случаях. Более длинные фразы не только крайне редки, но и сомнительны (третье, а тем более четвертое слово-знак обычно не добавляло нового смысла к первым двум знакам). Дети, напротив, уже в возрасте двух лет используют фразы из двух слов чаще, чем односложные высказывания. Ним и Канзи так и не достигли этого уровня.

Точно такое же экспоненциальное убывание частоты событий наблюдается и для манипуляций с объектами (по мере возрастания числа объектов), и для последовательностей жестов (по мере возрастания числа жестов в последовательности).

Таким образом, у людей умственное развитие начинается раньше, идет быстрее и заканчивается позже, чем у обезьян. В целом, интеллектуальное развитие человека и шимпанзе остается более или менее сравнимым примерно до трехлетнего возраста. После этого развитие шимпанзе резко затормаживается, и люди начинают их стремительно опережать. Для шимпанзе всё заканчивается в возрасте около четырех лет при уровне ST-WMC = 2 или, самое большее, 3. Люди же продолжают развиваться по прежней «траектории», достигая уровня ST-WMC ≈ 7 примерно к 12 годам.

По прикидкам исследователя, у Homo habilis, овладевшего технологией четвертого уровня (олдувайские галечные орудия с одним режущим краем), величина ST-WMC составляла около 4. У Homo erectus с его обоюдоострыми рубилами (уровень 5) ST-WMC достигла пяти. У неандертальцев и древнейших сапиенсов, овладевших технологиями шестого уровня, ST-WMC была примерно равна шести. Наконец, первые признаки «подлинно человеческой» культуры, появившиеся около 70 тысяч лет назад в Африке, а также несколько более позднее появление технологий седьмого уровня, возможно, маркируют распространение генетической мутации, увеличившей производительность «исполнительного компонента» рабочей памяти и поднявшей ST-WMC до семи, что внезапно открыло перед сапиенсами все возможности полноценного рекурсивного мышления.

Но одной рекурсии мало для того, чтобы строить адекватные полноценные модели реального мира, чтобы потом из них строить целостную модель мира, вносить в нее изменения, запускать время, наблюдать развитие модели, вносить изменения в начальные условия, в саму модель, вновь запускать время, сравнивать результаты полученных испытаний, чтобы продолжить конструирование будущего сначала в виде модели, а потом и в реальном воплощении, используя различные математические идеи от теорем Гёделя о неполноте и фракталов, до Теории Физических Структур, моделирования коры головного мозга на суперкомпьютере, создания искусственного интеллекта с устойчивым феноменом сознания и Математической Метатеории Мировоззрений - МММ. Достаточно я много сейчас сделал рекурсий, чтобы считаться человеком? :)

Проблема человека на современной прошивке ДНК в том, что у него в голове происходит конкуренция между двумя механизмами обработки информации. Между Древним механизмом, который обрабатывает неосознаваемую информацию, и между Новым механизмом, который может обрабатывать только ту информацию, которая доступна сознанию. Чем больше у человека имеется неосознаваемой информации, записанной в ключевых событиях, тем больше его поведение может быть неподвластно ему самому в случае включения в работу Древнего механизма. Древний механизм просто следует по записанному алгоритму (в котором записаны все ощущения, вместе с болью), который он считывает и считает единственно правильным, не имея ни единой возможности для его анализа. Новому механизму обработки информации доступны сами алгоритмы для их анализа и модификации. Борьбу между этими механизмами и исследует теория Феномен Дежавю, с помощью которой человек способен осознать все ключевые события своей жизни, осознать весь механизм своего поведения и полностью лишить власти Древний механизм, который действует механически и, поэтому, как правило, часто неадекватно.

Как показал Кара-Мурза в своей книге "Манипуляция сознанием", мы живем не в век информации, а в век манипуляции. Как это возможно? Это возможно, если в способах обработки информации среди людей преобладает Древний механизм, а не Новый и творческий, способный критически оценивать поступающую информацию.

Комментариев нет: