Искусственный мозг

Любая машина всегда была усилителем физического труда человека. Собственно, машина и была для этого изобретена.

Кибернетическая машина должна стать усилителем умственной работы человека - именно усилителем, а не заменителем, как думают некоторые. На каких же путях искать необычную схожесть двух начал - мозга и машины?

Когда-то известный русский врач И. М. Сеченов писал в своей книге "Рефлексы головного мозга":

"Мысль о машинности мозга, при каких бы то ни было условиях, для всякого натуралиста клад. Он в своей жизни видел столько разнообразных, причудливых машин, начиная от простого винта до сложных механизмов, которые все больше и больше заменяют человека в деле физического труда, он столько вдумывался в эти механизмы, что если поставить перед таким натуралистом новую для него машину, закрыть от его глаза ее внутренности и показать лишь начало и конец ее деятельности, то он составит приблизительно верное понятие об устройстве этой машины и ее действии".

Ведь мозг - это тоже закрытая от наших глаз машина. Открытой может быть машина кибернетическая. Но оба механизма во многом по внутреннему устройству схожи.

Кибернетическая машина составляется из большого количества электронных ламп или полупроводников. Работа машины очень проста - лампы либо пропускают ток, либо не пропускают его. Можно считать эти два состояния как плюс или минус или как ноль и единицу. Комбинация двух сигналов - основа счетного дела. Машина прислушивается к информации, отвечая "да" или "нет". Выбирая каждый раз одно из этих решений, она в конечном итоге приводит к окончательному и правильному выбору.

Но ведь те же вспышки биотоков, та же проверка на "да" и "нет", происходит в человеческом мозгу. Клетки либо пропускают через себя биоток, либо не пропускают его. Нет промежуточного состояния клетки мозга, так же как нет промежуточного состояния элементов кибернетической машины. Только "да" и только "нет"!

Связанные между собою клетки и составляют мозг. Какое бы решение мозг ни принял, он должен произвести своеобразные вычисления.

Представьте себе на мгновение: вы входите в ярко освещенную комнату. Помимо вашей воли и сознания зрачки у вас немедленно сужаются.

Как это могло произойти?

Видимо, в мозг немедленно поступила информация о том, как освещена комната. Мозг знает, что должен делать глаз - всматриваться в даль или читать мелкий шрифт в книге. И он немедленно определяет, какого размера должен быть зрачок, в зависимости от освещенности или от цели обзора. Затем он сравнивает эти размеры с существующим состоянием зрачка, после чего приказ направляется мышцам и они прикрывают диафрагму хрусталика на соответствующую величину.

Эта работа производится непрерывно, с абсолютной точностью - до десятых долей миллиметра.

Разве не так работает кибернетическая машина?

Возникает вопрос: можно ли построить модель мозга? И если раньше мы не торопились ответить на этот вопрос, долго и мучительно сопоставляя возможности радио и электроники, то сегодня, на новом уровне развития техники, мы уверенно отвечаем: да, можно!

...Академик Виктор Михайлович Глушков возглавляет Институт кибернетики, находящийся в пригороде Киева. Среди огромного количества интереснейших, чрезвычайно важных и нужных для развития народного хозяйства нашей страны проблем институт занят сегодня и проблемой моделирования человеческого мозга.

- Конечно, весь процесс моделирования мы должны начинать с самого простого,- рассказывает Глушков,- с создания модели ячейки мозга, с модели нейрона. Пускай в мозгу этих клеток бесчисленное множество - миллиарды, но, познав состояние одной клетки, взаимосвязь ее с другими, мы сумеем, как нам думается, создать модель этой клетки и ее взаимосвязи в машине. Если условно оценить стоимость лишь одной модели клетки, предположим, в 10 копеек, затраты на моделирование всего мозга будут исчисляться колоссальной цифрой - в несколько миллиардов рублей. Но,- улыбается он,- давайте начинать с малого.

Мы отлично понимаем, что следовать тем принципам, по которым работает наш мозг, при создании новой машины неприемлемо. Надо искать обходные пути, копии, аналогии, замены. Только тогда мы сможем добиться реального успеха. И вот перед нами первая модель маленького кирпичика разума - нейрона. Машина называется "Нейристор".

Что требуется от "Нейристора"?

Пропускать без затухания импульсы. Посылать импульсы, соответствующие силе раздражения. Реагировать на возбуждающие и тормозящие сигналы, которые поступают на вход и выход модели.

"Нейристор" обязан не пропускать сигналы в обратном направлении. При превышении порога чувствительности он не должен захлебываться, но обязан отвечать не во всю свою силу.

Все это в какой-то степени копирует работу клетки мозга.

Одна из возможных схем "Нейристора" построена на четырех полупроводниковых элементах. По сравнению с микроскопически малой клеткой живого мозга "Нейристор" - гигант. Чтобы из таких приборов сложить машину, моделирующую мозг, вероятно, потребуется объем небоскреба, а может быть, даже целого квартала города.

Но работники института уверены, что эту преграду они тоже преодолеют. Происходит постоянный процесс беспредельного уменьшения элементов кибернетической машины. Когда-то употреблялись лампы. Сейчас выпускаются устройства, изготовленные печатным способом, и схемы собирают из крохотных элементов. Схема, по объему занимающая несколько квадратных миллиметров, уже может запоминать до 500 тысяч знаков.

Как и у людей, у ЭВМ существует несколько поколений. И это не метафора - в технике электронные машины различают именно по поколениям.

Первое поколение вычислительных машин занимает десятилетие с 1946 по 1956 год и характеризуется применением электронных ламп. Машины эти требовали много энергии, огромных площадей. Скорость их работы, надежность и долговечность желали много лучшего.

На смену этим машинам пришли ЭВМ второго поколения. Они действовали на полупроводниках, которые имели малые размеры, не нуждались в охлаждении, были надежными и быстрыми в работе.

На место неуверенных, медлительных гигантов пришли надежные и расторопные карлики.

Однако этот процесс продолжался - развитие ЭВМ шло по пути миниатюризации и увеличения надежности. Машины третьего поколения работают на тонких пленках, которые именуются интегральными схемами.

Тончайшие пленки (стотысячная доля миллиметра!) наносятся напылением в вакууме друг на друга в десятки слоев, образующих сложные разветвленные схемы. В одном кубическом дециметре их может быть до 350 тысяч, 100 миллионов приборов в одном кубическом миллиметре - уму непостижимая конструкция!

Но на этом не остановилась человеческая мысль. Применить в конструировании оптико-электронные устройства, заставить не только электричество, но и свет трудиться для обработки информации, в этом случае на место электроники придут лазеры, вводимые в действие импульсами света длительностью в стомиллиардную долю секунды.

Фантастическое быстродействие, предельно малые и надежные машины на новой основе составят четвертое поколение машин, где вычислительной ячейкой станет молекула, атом. Но уже существуют проекты машин пятого поколения, которые будут отличаться принципиально новой системой переработки информации.

Эти машины условно названы машинами "картинной логики". Они в состоянии перерабатывать исходные данные не значками, не строчками, а целыми массивами информации.

Вычислительный элемент в этих машинах будет воспринимать одновременно не строку, не страницу, а десятки тысяч картин, каждая из которых будет состоять из 10¹⁰ знаков. Полмиллиона томов информации в состоянии вместить одновременно "память" такой машины. Эти машины, допускающие 10²⁰ операций в секунду, произведут подлинную революцию в электронной технике, значение которой сегодня даже трудно определить. Стремительное развитие ЭВМ голосует за возможность существования пятого поколения машин.

- Придет день, и мы сумеем построить модель мозга,- говорит Глушков,- по весу своему соизмеримую с весом живого мозга человека. Тем более, что последние исследования говорят о том, что конструкция мозга не может быть беспредельно сложной. Она должна быть значительно проще, чем мы до сих пор предполагали.

Об этом очень интересно рассказывает в своей книге "Конструкция мозга" Эшби.

Касаясь моделирования процессов, происходящих в человеческом мозге на инженерном уровне, ученый приводит один характерный пример:

"Вот перед вами 1000 вращающихся колес. На ободе каждого колеса две буквы - "а" и "б" - на соответствующей половине. Как сделать, чтобы все колеса одновременно повернулись к нам стороною с буквой "а"? Для решения задачи может быть несколько путей. Можно одновременно вращать всю тысячу колес и ждать, пока на всех колесах не появится буква "а". Расчет показывает, что на это должно уйти ни много ни мало, а две в десятитысячной степени секунды, то есть практически - бесконечность. Можно действовать другим образом. Будем вращать колеса по очереди: повернули одно на "а", затем второе и т. д. Для того чтобы, накапливая постепенно колеса с буквой "а", дойти до конца операции, потребуется уже несравнимо меньше времени - 500 секунд.

Есть, наконец, третий, самый правильный путь: давайте одновременно вращать тысячу колес и останавливать те, на которых появится "а", продолжая вращать колеса с буквой "б". Когда выпадут все колеса с буквой "а", пройдет всего лишь половина секунды".

По мнению Эшби, мозг - это тоже своеобразное сочетание систем, которые приспосабливаются к внешней среде подбором необходимого состояния равновесия. Видимо, мозг использует не первый и не второй метод, а третий метод, наиболее выгодный и наиболее простой, постоянно накапливая то или иное состояние. Именно об этом говорит приведенный эксперимент. Какой же вывод делает ученый?

Он говорит:

"Вероятно, мозг был бы более емким, более гибким, если бы между его нейронами существовало как можно больше связей. Но такое положение значительно удлинит приспосабливаемость мозга к внешней среде, то есть решение может быть и должно быть каким-то промежуточным. Мозг обязан быть достаточно сложным, но не слишком сложным".

Такие выводы обнадеживают конструкторов искусственного мозга.

- Не беспокойтесь,- говорят они.- Когда мы начнем всерьез конструировать модель искусственного мозга, мы изрядно упростим ее!

- Вначале я хотел сделать модель нейрона, но потом увлекся... И вот получился электронный мозг!!!