Из предисловия автора

В темном переулке наперерез прохожему бросается вор. Минутное замешательство - и мозг прохожего выбирает одно из возможных действий: бежать или сопротивляться.

На листе кувшинки сидит лягушка. В ее поле зрения появляются две жужжащие мухи, и картина электрического возбуждения, передающегося из сетчатки лягушки в мозг, изменяется. Мозг интегрально оценивает новый сигнал и выбирает одну из мух в качестве цели. Лягушка поворачивается, бросок - и одной мухой стало меньше.

В заставленной предметами комнате находится робот. Его "глаз" (телевизионная камера) снабжает его "мозг" (вычислительную машину) необходимыми данными. Машина преобразует эти входные данные в представления находящихся в комнате объектов и их локализации. Затем она намечает путь, двигаясь по которому робот может выполнить стоящую перед ним задачу, не натыкаясь ни на какие препятствия.

Мы хотим понять, как люди думают и как они управляют своим поведением. В частности, мы хотим понять, какую роль в мышлении и поведении играет мозг. В некоторых отношениях мозг человека сходен с вычислительной машиной робота, а в других он ближе к мозгу лягушки. Цель настоящей книги состоит в том, чтобы в какой-то степени разобраться в работе мозга, опираясь на две метафоры: кибернетическую - "человек - это машина" - и эволюционную - "человек - это животное". Мы не собираемся преуменьшать различия между человеком и машиной или человеком и другими животными, но мы надеемся, что черты сходства между ними позволят нам понять многое.

Таким образом, озаглавив книгу "Метафорический мозг", мы не имели в виду, что те сведения о функционировании мозга, которые можно из нее извлечь, менее "реальны", чем содержащиеся в других книгах. Просто нам хотелось четко указать, что мы в известной мере опираемся на эти метафоры, а также уменьшить вероятность ложных интерпретаций, которые могут возникнуть из-за смешения неявной метафоры с реальностью.

Прежде чем разбирать содержание книги по главам, я хотел бы вкратце охарактеризовать принятый в ней уровень изложения. Книга в целом, хотя она отнюдь не предназначена для легкого чтения, вполне доступна всем тем, кто читает журнал Scientific American. Впрочем, мы надеемся, что материал третьей части заслуживает внимания не только "просвещенных дилетантов", но также специалистов и серьезных студентов, занимающихся кибернетикой, искусственным интеллектом или физиологической психологией. В отличие от моей более ранней книги "Мозг, машины и математика", где я пытался рассказать читателю, знакомому с современной алгеброй, о некоторых математических моделях (к сожалению, эти модели остались несколько разобщенными), полезных для кибернетического подхода к изучению мозга, настоящая книга не требует от читателя никакой математической подготовки и содержит последовательное изложение предмета. Она знакомит читателя с основами теории систем, исследованиями по искусственному интеллекту и физиологической психологии в той мере, в какой это необходимо для того, чтобы оценить предлагаемый здесь новый и целостный взгляд на работу мозга. На некоторых страницах можно встретить небольшое число формул, дающих математически подготовленному читателю более глубокое представление об излагаемом предмете, но всем другим читателям для понимания основных идей достаточно одного только текста. Поэтому они могут спокойно продолжать чтение, опуская формулы и не опасаясь, что книга окажется непонятной.

В этой книге много труда было затрачено на рисунки. Ауро Лекки удалось превратить мои корявые наброски и 26 страниц машинописи в прекрасные схемы, украсившие книгу. У меня нет слов, чтобы выразить ему благодарность за все внимание и мастерство, которые он вложил в работу. Надписи на рисунках составлены таким образом, чтобы их можно было просматривать, не обращаясь все время к тексту, это позволит читателю получить представление о книге, прежде чем начинать читать ее внимательно.

Книга разбита на четыре^* части.

^* (Четвертая часть (восьмая глава) в русском переводе опущена. (См, "Предисловие к русскому изданию".) - Прим. ред.)

Первая часть "Введение" открывается главой "Мозг, поведение и метафора", в которой довольно подробно освещается роль наших двух метафор и отмечается, что из кибернетической метафоры вырастают сразу два подхода: 1) работы по искусственному интеллекту, в которых разумное поведение стараются моделировать, не уделяя внимания структуре модели; 2) теория мозга, которая требует, чтобы внутренняя структура модели соответствовала строению мозга. В гл. 2 читатель знакомится с проблемой, общей для обоих подходов, - с проблемой кодирования получаемой системой (будь это животное или робот) информации в форме, полезной для управления действиями системы. В частности, мы познакомимся с кодированием информации, происходящим в зрительной системе кошек и лягушек, и одновременно разъясним некоторые необходимые нейрофизиологические и нейроанатомические термины.

Во второй части "Теория систем и искусственный интеллект" уделяется мало внимания строению мозга. В гл. 3, например, в общий контекст поведения активного организма или робота вводятся такие основные понятия теории систем, как состояние (выжимка из прошлого опыта), алгоритм (программа для вычислительной машины), обратная связь (позволяющая системе компенсировать непредвиденные возмущения) и адаптация (позволяющая системе изменяться во времени, обеспечивая лучшее взаимодействие с окружающей средой). Гл. 4 "Искусственный интеллект и конструирование роботов" открывается рассуждениями о различных аспектах разумного поведения и подчеркивает необходимость для каждой разумной системы иметь "внутреннюю модель своего мира", на использовании которой основано восприятие внешней среды и разумное взаимодействие с ней. В остальной части главы рассматриваются программы, позволяющие машине планировать свои действия или анализировать картинки, вычленяя имеющиеся на них объекты; рассматривается также вопрос об объединении этих программ в системе управления интегрального робота.

Центральное место в книге занимает третья часть "Теория мозга". В гл. 5 рассматриваются нейронные механизмы управления движением, начиная с контуров управления движением в спинном мозгу и нейроанатомии моторной системы и кончая беглым обзором множества функций, которыми приходится заниматься мозгу при управлении даже таким простым видом поведения, как ходьба. В последнем разделе этой главы рассматриваются различные схемы распределенного управления движением, напоминающие по своей организации мозг. Эти схемы создают основу для обсуждения общих принципов организации, которому посвящена гл. 6 "Многослойная организация памяти и восприятия". Рассмотрение комплексов выходных признаков завершает тему деенаправленного кодирования, начатую в гл. 2. Затем мы узнаем, как преобразования могут скорректировать восприятие животного в соответствии с изменениями его взаимоотношений с внешней средой, и познакомимся с голографической метафорой, помогающей понять устройство распределенной памяти. Третья часть завершается гл. 7 "Устранение избыточности потенциальных команд", в которой описываются механизмы мозга, которые могли бы объяснить два типа поведения, упомянутые в начале предисловия: выбор прохожим одного из возможных типов поведения при нападении хулигана и выбор лягушкой одной из двух мух.

К написанию этой книги меня побудили главным образом идеи У. Мак-Каллока. Но кроме того, авторы многих работ, о которых я здесь упоминаю, мои личные друзья, и их идеи, а также споры с ними, не говоря уж о их печатных работах, сыграли большую роль в появлении этой книги.

Майкл А. Арбиб

Амхерст, Массачусетс, декабрь 1971 г.