Рождение разума: Как интеллект зарождается в людях и нейросетях

Когда одному из авторов этой книги, Гаураву, исполнилось 14 лет, родители подарили ему на день рождения сумму, эквивалентную примерно $50. Этих денег хватило бы на джинсы клеш – абсолютный маст-хэв для любого подростка того времени – или на долгожданную школьную поездку с друзьями. Проблема заключалась в том, что он мог позволить себе что-то одно, а хотелось и то и другое. Нужно было принять решение. И вот тем вечером, собравшись с духом, он сделал выбор: он поедет в путешествие. Джинсы, в конце концов, могут подождать. Он был уверен, что поступает правильно.

Но наутро произошло нечто неожиданное: Гаурав проснулся с твердой уверенностью, что нужно выбрать джинсы. Варианты остались прежними, но его решение изменилось. Эти колебания, повторявшиеся несколько дней подряд, крайне озадачили его. В то время он только начинал осваивать компьютеры и представлял разум как своего рода компьютер, работающий по законам логики. Но какой компьютер выдает один ответ вечером, а другой – утром? Как могут меняться без видимой причины решения, основанные на логике? И если его мысли и предпочтения не результат работы логики и разума, то что же они такое?

Гаурав столкнулся с вечными вопросами человечества. Как рождаются наши мысли? Почему мы поступаем так, а не иначе? Можем ли мы доверять собственным мыслям? И в более общем смысле – что такое разум и как он работает?

Распространенные представления о разуме

(и их недостатки)

Что такое разум? Можно сказать, что это сущность внутри нас, которая порождает наши мысли, восприятие, воспоминания, чувства, решения и действия. Но что он представляет собой на самом деле? Откуда берется? Рассмотрим вкратце несколько распространенных концепций и их недостатки.

Одна из концепций разума основана на религиозных традициях, многие из которых сходятся в том, что разум происходит от божественной материи или духовной субстанции, способной оживить человеческую плоть и превратить ее в личность. Нетрудно понять источник этой идеи: человеческая плоть кажется приземленной и бессмысленной. Как она может порождать интеллект? Несомненно, разум должен происходить от чего-то иного – чего-то неведомого, неземного. Чего-то, что связывает нас с бессмертным, священным и исполненным смысла. Чего-то божественного.

Проблема в том, что поиск корней разума в вечном, при всей возвышенности и даже красоте этой идеи, не объясняет, что такое разум и как возникают мысли. Такой подход превращает разум в невыразимую сущность, не поддающуюся дальнейшему познанию. Если наша цель – понять, как разум порождает мысли и все остальное, что мы ему приписываем, то останавливаться на этом нельзя.

Согласно второй концепции, разум представляет собой набор связанных друг с другом убеждений и желаний. Например, убеждение: «Люди с учеными степенями больше зарабатывают». Соответствующее желание: «Я хочу получить высокооплачиваемую работу». Логично предположить, что убеждения и желания взаимодействуют, порождая намерения и действия. Когда нас спрашивают, почему мы поступили определенным образом, мы можем сослаться на убеждения и желания, которые, по-видимому, повлияли на наше решение. Почему мы поступили в аспирантуру? Можно ответить: «Чтобы получить работу с хорошей зарплатой». Возможно, работа разума заключается во взаимодействии убеждений и желаний, формирующих цели, которые затем направляют наше поведение.

Недостаток модели «убеждения-желания» состоит в том, что она не объясняет происхождение этих убеждений и желаний. Как такие абстрактные явления, как убеждения и желания, возникают из физических процессов в мозге и как они порождают физические действия – движения, поступки, речь? Кроме того, модель не объясняет, почему люди часто действуют вопреки своим убеждениям и желаниям. Например, пациенты не принимают жизненно важные лекарства, а работники не открывают пенсионные счета, необходимые для финансовой стабильности. И это происходит несмотря на то, что эти люди верят в эффективность лекарств и хотят обеспечить себе достойную старость. Тем не менее они бездействуют.

Еще одна концепция представляет разум как программное обеспечение, которое получает данные из внешнего мира и применяет к ним набор правил, возможно, заложенных эволюцией. И действительно, в некоторых случаях работа разума напоминает применение правил: если у животного есть крылья и оно летает, мы, скорее всего, отнесем его к птицам; мы выбираем блюдо в ресторанном меню, полагая, что оно будет лучше по сравнению с другими вариантами; мы образуем прошедшее время недавно возникшего глагола fax как faxed в соответствии с простым правилом: прошедшее время глагола в английском языке чаще всего образуется добавлением окончания ed.

Проблема концепции «разум как программа» в том, что она не продвигает нас далеко в понимании разума. Да, многие птицы летают, но мы узнаем птицу, даже если она не умеет летать. Да, мы часто выбираем в меню то, что нам нравится, но на наш выбор влияют факторы, не связанные с внутренней ценностью, – например, расположение блюда в верхней части страницы. Да, мы часто добавляем ed для образования прошедшего времени, но существует множество неправильных глаголов, где это правило не работает (например, sleep превращается в slept). Еще одно существенное ограничение этих моделей – они не привели к созданию работающих систем искусственного интеллекта. Подход, который мы представляем в нашей книге, оказался гораздо успешнее.

Согласно последней концепции, с которой мы часто сталкиваемся, различные аспекты разума зависят от отдельных «специалистов», каждый из которых располагается в своей специализированной области мозга. С этой точки зрения, мы двигаемся благодаря областям мозга, специализирующимся на движении; видим благодаря областям, отвечающим за зрение; чувствуем мотивацию благодаря областям, специализирующимся на мотивации; говорим благодаря языковым зонам – а в некоторых версиях этой теории мышление также осуществляется специализированными «мыслительными» областями.

Бесспорно, области мозга демонстрируют определенную степень специализации. Вопрос в том, откуда она берется. Согласно одному подходу, который отстаивает философ Джерри Фодор в книге «Модулярность разума» (The Modularity of Mind), специализация возникает благодаря особым внутренним свойствам этих областей мозга, отобранным эволюцией для выполнения специфических вычислений. Хотя области мозга действительно в некоторой степени различаются по внутренней структуре, в нашей книге мы представляем иную точку зрения: специализация в основном является следствием различий между входящими и исходящими связями разных областей мозга. Например, часть мозга, называемая зрительной корой, играет важную роль в зрительном восприятии именно потому, что получает особенно мощный сигнал от глаз. Это означает, что изменение входящих сигналов должно изменить и функцию данной области мозга. И действительно, у людей, слепых от рождения, зрительная кора не получает визуальной информации и перепрофилируется для невизуальных задач – обработки слуховых или тактильных сигналов, которые также частично поступают в эту область.

Вместо представления о разуме как наборе жестко специализированных модулей такой подход предлагает видеть его как гибкую систему, формируемую опытом, обучением и требованиями среды. Это помогает объяснить существование того, что некоторые ученые называют «областью визуальной формы слова», – области мозга, которая специализируется на чтении написанных слов. Было бы странно утверждать, что эволюция создала эту область специально для чтения, ведь письменность была изобретена всего около 5000 лет назад. 5000 лет – слишком малый срок для эволюции, чтобы путем естественного отбора сформировать специализированный модуль чтения.

И все же у людей, умеющих читать, эта область мозга действительно специализируется на чтении. Почему? Чтение требует различения тончайших визуальных деталей – например, различий между очень похожими буквами. Область визуальной формы слова получает мощные сигналы от нейронов зрительных областей мозга, обладающих максимальной чувствительностью к деталям, и потому вовлекается в процесс чтения. У людей, не умеющих читать, эта область специализируется на других задачах, также требующих различения мелких деталей, например на распознавании лиц. Такие факты подтверждают нашу точку зрения: специализация в мозге формируется опытом и зависит от входящих и исходящих связей областей мозга, а не от заранее заданных эволюцией функций.

Мы рассмотрели несколько концепций разума, каждая из которых обладает определенными недочетами. Теперь обратимся к концепции, которая открыла путь к гораздо более глубокому пониманию разума и сделала возможным развитие искусственного интеллекта: к представлению о разуме как о явлении, возникающем в нейронной сети.

Что такое нейронная сеть?

Осознав ограниченность привычных представлений о разуме, некоторые ученые и математики решили подойти к его пониманию совершенно по-новому. Они предположили, что, возможно, стоит начать с изучения продуктов деятельности разума, то есть мыслей и действий, путем отслеживания сигналов в сетях нейронов головного мозга. Мозг состоит из миллиардов клеток, которые называются нейронами. Нейрон – это базовый элемент, который обрабатывает и передает информацию в мозге и всей нервной системе.

На самом элементарном уровне функции нейронов вполне понятны. Они способны: 1) активироваться – то есть генерировать короткие электрические импульсы, называемые потенциалами действия; 2) передавать сигналы другим нейронам, с которыми соединены физически; 3) создавать новые связи с другими нейронами или изменять силу существующих.

Теперь попробуем представить себе сеть нейронов. Изображать настоящие нейроны довольно сложно, поэтому договоримся обозначать их кружками, которые будем называть элементами сети. Некоторые элементы связаны между собой, и эти связи мы можем показать стрелками. Элементы, которые активируются сигналами из внешнего мира, назовем входными; те, что передают сигналы во внешний мир, – выходными; а элементы без контакта с внешним миром – скрытыми. Мы изобразили нейронную сеть (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1. Примитивная модель нейронной сети

Как же такая нейронная сеть поможет нам понять разум? Чтобы показать возможности подобного подхода, представим автобус, несущийся на пешехода на переходе. Если рассматривать мозг пешехода как нейронную сеть, то сигналы, обнаруживающие большой движущийся объект, передаются через глаза к входным элементам. Те, в свою очередь, посылают сигналы скрытым элементам, которые активируют выходные элементы, заставляющие мышцы ног сократиться и унести тело с опасного места. Стрелки здесь показывают направление передачи сигналов: например, входные элементы воздействуют на скрытые, поэтому между ними идут прямые стрелки.

Обратите внимание: это объяснение основывается на том, что мы знаем о возможностях нейронов. Получается, что наши нейроны – каждый из которых сам по себе не способен «думать» о том, чтобы увернуться от несущегося автобуса, – совместными усилиями осуществляют это действие, обмениваясь сигналами и активируя друг друга. Согласно теории нейронных сетей, все мысли и действия разума возникают благодаря взаимодействию нейронов. Больше ничего нет.

Разумеется, передача сигналов между нейронами в мозге устроена сложнее, чем в нашем упрощенном примере. Но можно достичь существенного прогресса, сосредоточившись на нескольких ключевых аспектах этого процесса. Во-первых, нейроны способны менять частоту генерации потенциалов действия – это можно представить как градуированную степень активации. Во-вторых, каждый нейрон способен принимать сигналы от множества других нейронов. По крайней мере в первом приближении можно сказать, что нейроны суммируют поступающие к ним сигналы активации и чем больше эта сумма, тем сильнее активируется сам нейрон. В-третьих, нейроны создают и изменяют силу связей в зависимости от опыта. Например, знакомство с новым человеком может сформировать связи между нейронами, которые представляют его лицо, и нейронами, которые представляют его имя. При повторных встречах эти связи укрепляются. Прочная связь между двумя нейронами позволяет им сильнее воздействовать друг на друга.

На схеме крайне сложно отобразить множество нейронов, активирующихся с разной интенсивностью и одновременно влияющих друг на друга через связи различной силы. Но одному из нас, Джею Макклелланду, помогла визуальная аналогия, которая позволила ему осмыслить одновременную работу элементов нейронной сети (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2. Горный поток, падающий в природные резервуары, можно использовать как иллюстрацию некоторых аспектов одновременной работы нейронной сети

Джей был тогда молодым доцентом, который пытался понять разум не как систему, последовательно обрабатывающую разрозненные идеи, а как непрерывный процесс, подверженный множеству воздействий различной интенсивности. Во время похода по Йосемитскому национальному парку, там, где другие люди видели горный поток, каскадами падающий из одного природного резервуара в другой, Джей вдруг увидел метафору непрерывных процессов разума. Он представил, что разные резервуары соответствуют разным мыслям. Количество воды в них соответствует их активации. Каждый водоем может получать воду из нескольких других, и уровень воды в нем определяется суммой всех этих струй. Одни бассейны соединены глубокими или широкими протоками, несущими мощные потоки, другие – едва заметными ручейками. Эти соединения напоминали связи различной силы, объединяющие мысли друг с другом. Он понял, что эта метафора позволяет думать о разуме как о нейронной сети, и вскоре начал строить модели, во многом опираясь на это интуитивное представление.

Метафора Джея, как и любая другая, несовершенна, но, помимо иллюстрации процессов в нейронной сети, ее механистическая природа указывает на заманчивую возможность: операции разума можно понять как физический процесс, подобный течению воды под уклон или повороту растений к свету, а не как проявление какой-то загадочной сущности. Не может ли это стать отправной точкой для разгадки всех тайн разума?

Возникновение разума в нейронной сети

Возможно, вы уже начинаете признавать, что нейронная сеть действительно открывает путь к пониманию разума. И все же вас может смущать мысль о том, что мышление возникает из взаимодействия нейронов, каждый из которых сам по себе мыслить не способен.

Центральная идея нашей книги: мышление возникает из компонентов, которые сами не могут мыслить.

Примеры помогут понять явление эмерджентности. Одно из самых впечатляющих проявлений эмерджентного поведения – согласованный полет птичьей стаи, обычно скворцов или ласточек. Стая движется как единое целое, пульсирует и колышется, создавая завораживающий воздушный балет (рисунок 1.3). Это явление называется мурмурацией, и, наблюдая за ним, легко поддаться ощущению, что стая – это единый организм с собственным разумом, который каким-то образом координирует движения всех своих частей.