Первые нейронные модели

Если придерживаться высказанной ранее точки зрения, состоящей в том, что мышление - это не только способы решения специфических задач, но и в первую очередь специфическая нейронная реализация этих способов решения, включающая способность строить и использовать активную динамическую модель среды, то для того чтобы понять, что такое мышление, нужно понять не только функциональное содержание мышления, но также устройство и принципы работы мозга.

Первые модели нейронных сетей Мак-Каллока и Питтса, так же как и перцептрон Розенблатта, разрабатывались и представлялись авторами как модели механизмов мозга. В современных формальных распознающих нейронных сетях теоретический аспект часто оттесняется на второй план. На первый план вышла прикладная ориентация - распознавание образов. Однако и об этих распознающих нейронных сетях часто говорят как о моделях мозга. Попробуем разобраться в том, насколько оправданы такие представления.

Свойства и функции нейронных моделей, необходимые для решения базовых задач мышления

Итак, для того чтобы моделировать мозг, нужно понять не только то, что мозг делает, но и то как он это делает. И то и другое одинаково важно.

Ранее мы сформулировали предположения о том, что делает мозг для решения многоэкстремальной задачи поведения, - строит модели среды, имеющие уровни обобщений и укрупнений. Это позволяет сводить многоэкстремальные задачи поведения к одноэкстремальным и обеспечивает тем самым возможность пользоваться локальными правилами принятия решений, основанными на эмоциональной оценке вариантов поведения в ситуациях альтернативного выбора.

Также ранее на примере системы машинного зрительного восприятия мы сформулировали предположения об устройстве целостных моделей объектов среды и основных элементов этих моделей, то есть укрупненных и обобщенных структурных описаний. Были также высказаны предположения о роли предвидения в процессе восприятия и описана программная реализация целостного активного зрительного восприятия на основе выдвижения и целенаправленного подтверждения гипотез об объектах восприятия, представляемых полными, целостными, отображаемыми структурно-метрическими описаниями.

Кроме того, отмечались проблемы, связанные с необходимостью описания взаимодействия между частями и целым, и были сформулированы общие необходимые свойства модели проблемной среды применительно к задачам управления поведением и зрительного восприятия. Были также упомянуты некоторые результаты классических работ в области нейрофизиологии, относящиеся главным образом к поведению животных.

На основании всего этого с учетом представлений о накапливающейся неустойчивости и принципа устойчивого неравновесия Э.С. Бауэра можно определить свойства и функции, которыми должны обладать моделируемые нейронные механизмы мозга. Представляется, что приводимые ниже свойства как минимум являются необходимыми, хотя и возможно, что часть этих свойств может оказаться не необходимыми, а только полезными. Вопрос о достаточных свойствах остается пока еще открытым.

Итак, сформулируем представляющиеся необходимыми свойства и функции нейронных механизмов мозга. В мозгу должна строиться и использоваться при поведении и восприятии модель проблемной среды. Поэтому, естественно, список необходимых свойств и функций механизмов мозга в значительной степени совпадает с представлениями об основных необходимых свойствах и функциях модели проблемной среды.

1. Для решения задач восприятия и поведения мозг должен при обучении строить нейронное отображение среды. Нейронная модель среды субъективна, то есть она строится с позиций субъекта восприятия и поведения и включает информацию, необходимую для решения задач восприятия и поведения.
2. Нейронная модель среды должна быть активной и моделировать изменения в среде, как зависящие, так и не зависящие от субъекта восприятия и поведения. Должно осуществляться опережающее моделирование, т. е. предвидение.
3. В нейронной модели должна содержаться и использоваться информация, необходимая для реализации поведения, оптимального по критерию maxT и основывающегося на предвидении, построении в воображении и эмоциональной оценке вариантов поведения.
4. В нейронной модели механизмов мозга должны быть средства для построения целостных структурных обобщенных отображений классов объектов, определяющих, с одной стороны, свойства целого, и, с другой стороны, состав и свойства частей целого и отношения между ними. Объект в нейронной модели - это необязательно реальный физический объект среды. Объектами в нейронной модели могут быть также ситуации в среде и действия, изменяющие ситуации.
5. Нейронная модель механизмов мозга должна иметь средства для формирования иерархии, то есть должна быть возможность построенния объектов разного уровня укрупнения и обобщения. Частями (элементами) объектов каждого уровня укрупнения должны являться объекты более низкого уровня. Основная цель построения уровней укрупнения - это сведение многоэкстремальных задач поведения к одноэкстремальным.
6. В нейронной модели должно осуществляться моделирование переходов как по вертикали - между уровнями укрупнения, так и по горизонтали - между ситуациями и объектами одного уровня.
7. В нейронной модели механизмов мозга должны быть средства для формирования ассоциаций по смежности во времени и реализации на этой основе предвидения и предактивации.
8. Среда не является статической, поэтому нейронная модель среды также не должна быть статической. Нейронная модель должна быть активной и "жить" по законам среды.
9. В нейронной модели среды должно строиться отображение себя и эмоционально окрашенное отображение взаимодействия себя со средой.
10. В нейронной модели в пределе должно реализовываться абстрактное мышление. Для моделирования мышления человека необходимо использование вербального уровня, то есть необходимо построение понятийной словесно-логической модели.
11. Наконец, в полной модели должны реализовываться подсознательные процессы и элементы творчества.

Кроме того, было бы хорошо, а может быть, даже и принципиально, если бы нейронные модели объясняли эмоциональные реакции, в том числе и такие неспецифические, как реакции на музыку, абстрактную живопись, свет костра или морской прибой.

Эти предположения о необходимых свойствах и функциях нейронных моделей механизмов мышления, по-видимому, могут быть использованы как при построении определения мышления, так и в работах по моделированию механизмов мозга. В то же время сами по себе эти предположения недостаточны для построения исчерпывающего определения мышления, поскольку не определены достаточные свойства механизмов мышления. Недостаточны эти предположения и для создания нейронных моделей механизмов мозга. Не хватает предположений о том, как мозг все это делает. Однако, по всей видимости, без учета этих предположений строить полные нейронные модели механизмов мозга нельзя.

Уже говорилось о том, что не все перечисленные свойства могут оказаться необходимыми. Кроме того, первичная нейронная модель может не включать всех, даже необходимых, свойств полной модели. В то же время представляется, что нейронная модель механизмов мозга как минимум должна отвечать на вопросы: как строится включающее целостные обобщенные и укрупненные представления объектов иерархическое многоуровневое отображение среды и как на этой модели среды разворачиваются процессы предвидения и оценки предвидимых ситуаций.

Модель мозга не должна быть простым пассивным дешифратором, формирующим выход как функцию входа. Модель мозга должна быть активна и обеспечивать "умозрительное моделирование" процессов в среде и результатов взаимодействий субъекта поведения со средой. Именно это позволит говорить, что мышление - это не только способы решения специфических задач, но и в первую очередь специфическая нейронная реализация этих способов решения.

Таким образом, одно из выделенных свойств нейронных механизмов мозга, а именно активность, является, по-видимому, важнейшим и, безусловно, необходимым для моделей мозга. Ниже в последующих лекциях это свойство рассматривается более подробно.