Заметки для экспериментов с нейронными микросхемами

Сахань Д.

Рассматривется схема "настройка-восприятие-анализ-планирование-решение-действие" с использовнием нейрочипов.

В описании первого эксперимента с микросхемами интеграторов было сказано, что вы и сами можете попробовать что-либо построить на нейронных микросхемах. Нет ничего хуже, чем строить что-то непонятное. Основная проблема - непонятно, как строить, по каким правилам работают "участки" разума. Прекрасно понимаю эту ситуацию, тем более что сам был в таком же положении, когда рядом нет ни одного человека, кто мог бы подсказать непонятные моменты. Приходится перечитать много книг по психологии, искусственному интеллекту и прочим областям. А в результате - ничего конкретного. Слишком туманные объяснения, употребляется множество терминов, причем ни один из них не расписывается до конца. Объяснения не только не помогают, наоборот - еще больше усугубляют проблему.

Создается впечатление, что не только психологи, никто другой по-настоящему не знает, как работает интеллект. Любой функциональный акт расписывается только на уровне общих понятий. Так и хочется сказать: "Пожалуйста, объясните, из какой последовательности действий состоит такое-то употребляемое вами понятие". В то время было допустимо объяснять работу интеллекта общими понятиями. Сейчас же мы в состоянии экспериментировать, значит, нам нужна более конкретная информация, максимально раскрывающая последовательность действий, пусть и не во всех деталях. Из любой книги того времени извлекаешь, ну максимум, 2-3 страницы полезной информации, на остальное не стоит даже обращать внимания. В буквальном смысле приходится читать "сквозь" строки, чтобы от понимания не ускользнула основная нить идеи. Может быть это вам поможет, поэтому хочу рассказать, с чем я разобрался вот таким неудобным способом чтения.

Поскольку первый эксперимент был посвящен распознаванию образов, естественно, я "копал" информацию в этом направлении. Не ошибусь, что большинство психологов сходится во мнении, что функциональный акт распознавания выполняется по схеме "настройка-восприятие-анализ-планирование-решение-действие". Начиная с этапа "анализ" идет полная неразбериха. Общими понятиями можно сколько угодно расписывать принцип работы интеллекта на последующих этапах схемы, однако ни один из них не приближает нас к решению задачи. Чтобы совсем не путать вас, постараюсь объяснять только то, в чем разобрался.

Этап "настройка" обозначает настройку распознающего "органа", чтобы на его рецепторах появилась желаемая к распознаванию информация. Например, чтобы увидеть какой-нибудь объект, глаз должен сначала направить зрение в сторону объекта, настроить резкость, изменить просвет (диафрагма) в зрачке и тому подобное. Естественно, полный набор действий на этом этапе зависит исключительно от аппаратного устройства распознающего "органа". К примеру, для глаза функциональный акт начинается с отправки в схемы управления глазом нервных сигналов с "координатами" точки внутри видимой глазом области, куда требуется направить центр взгляда. В ходе перемещения глаза запрещается работа элементов распознающей схемы. То есть у каждой нейронной микросхемы имеются запрещающие дендриты. Схема управления глазом выдает на эти дендриты запрещающие нервные сигналы, пока глаз не достигнет желаемого положения. Затем запрещающие сигналы меняются на разрешающие, и начинается этап "восприятие".

Этап "восприятие" представляет собой элементарное считывание с рецепторов первичной модели - "картинки" внешней среды. Принцип действия на этом этапе сходен для любого распознавания, будь-то распознавание по изображению, звуку, ощущению и так далее. Распознающий "орган" имеет в своем распоряжении так называемое рецепторное поле, состоящее из N-ого количества рецепторов. Причем рецептор не всегда понимается как непосредственный элемент внутри тела. В рецепторное поле могут входить как реальные рецепторы, так и отдельные идущие из других частей организма нервные сигналы - результаты работы других "органов" тела. Информация снимается со всего рецепторного поля распознающего "органа".

Этап "анализ" состоит из 3 стадий: распознавание первичной модели, оценка опознанной модели и прогнозирование будущих изменений среды. Ход распознавания первичной модели ясен из эксперимента с интеграторами. Информация с рецепторного поля считывается на входы интеграторов. Они преобразуют первичную модель внешней среды в специальные коды, в результате получается опознанная модель. Замечу, опознанная модель - это получившийся набор ранее известных или неизвестных признаков, а не просто указание, что первичную модель распознали полностью. Чем больше в интегрирующей схеме напичкано интеграторов, тем больше совпадающих или отличающихся признаков выделяется в опознанной модели. То есть на выходах интеграторов всегда появляется опознанная модель в виде некоторой последовательности кодов. В принципе, каждый из этих кодов может рассматриваться как булевой признак "опознан ли конкретный фрагмент первичной модели". Без таких признаков невозможно выполнить оценку модели.

В задачи оценки опознанной модели входит получение количественного выражения, какие из ее неопознанных участков оказались самыми неясными. То есть оценка для того, чтобы выяснить, а стоит ли уточнять что-то в опознанной модели или этого будет достаточно. Допустим, глаз увидел какую-то картинку. Нижняя часть картинки была распознана интеграторами, а вот в верхней части осталось много неизвестных объектов. Оценивающая схема должна не просто выяснить, что вверху картинки есть неизвестные объекты, но и выдать их количество. Чем больше количество, тем больше шансов, что схемы "любознательности" и других заинтересованных чувств приостановят этот функциональный акт и начнут еще один такой же акт заново. Сейчас я не буду говорить о чувствах и их схемных решениях. Чувства действительно есть, но многое в них еще непонятно.

Итак, представим, одно из чувств "посчитало", что неизвестных объектов слишком много, а в сложившейся ситуации (допустим, она критическая для организма) крайне важно знать максимум информации о внешней среде. Тогда это чувство, на основании результатов стадии оценки, приостанавливает функциональный акт и запускает новый функциональный акт, а в этап "настройка" нового акта передает, что глаз нужно перевести вверх, и куда именно. Кстати, информация "куда именно" связана с теми интеграторами, которые не опознали фрагменты картинки. То есть каждый интегратор в интегрирующей схеме глаза имеет свое координатное представление на сетчатке глаза.

И вот мы видим, как функциональный акт может перезапускаться на стадии оценки, пока первичная модель внешней среды не будет опознана до требуемого уровня. Требуемый уровень определяется тем, насколько сильно заинтересованные чувства организма "желают" изучить первичную модель. Тут есть неясные моменты. Во-первых, каждый новый функциональный акт является уточняющим, поэтому его нет смысла доводить до конца. По всей видимости, он всегда прерывается после стадии оценки, так как в его задачи входит только уточнить неопознанные детали. После завершения уточняющего акта всегда происходит возврат к приостановленному функциональному акту.

Видимо, в мозге есть участок, работающий в стиле стековой памяти. Тогда непонятно, что именно передается и что возвращается через такой "стек". Ну, допустим, запоминаются предыдущие настройки распознающего "органа", но как функциональному акту указывается признак, что он уточняющий и его нужно прервать после стадии оценки. Дело в том, что уточняющий акт выполняется теми же самыми интеграторами, поэтому в "стеке" нужно сохранить и все нервные сигналы на их выходах, чтобы потом восстановить их для приостановленного функционального акта. Во-вторых, уточняющий акт должен возвратить в приостановленный функциональный акт все, что он опознал из неопознанного. Возможно, это делается заменой в "стеке" части неопознанных признаков на опознанные, а "стек" уже возвратит информацию на выходы интеграторов.

Идем дальше. После полного цикла "оценка-уточнение-оценка" выполняется стадия прогнозирования будущих изменений среды. Как говорилось ранее, все уточняющие акты прерываются сразу после стадии оценки, а до прогнозирования доходят только корневые функциональные акты. Что собой представляет прогнозирование в виде последовательности действий для меня полностью неясно. Во всяком случае, в задачи прогнозирования входит привести в "боевую" готовность те органы тела, которые вероятнее всего понадобятся в силу спрогнозированных изменений внешней среды. К стадии прогнозирования первичная модель внешней среды превратилась в достаточно четко опознанную модель, а где-то в мозге хранится информация о "поведении" всех объектов в опознанной модели.

Значит, есть какая-то возможность определить, какие из органов тела и чувств организма потребуется активировать, чтобы предупредить или поддержать изменения внешней среды. Мне так кажется, что схемы прогнозирования считывают с выходов интеграторов только все опознанные признаки, затем по какой-то схеме (вероятно, состоящей из таких же интеграторов) их обрабатывают и выдают новые признаки для схем разных органов тела на их подготовку к работе. Вероятнее всего, схема прогнозирования выглядит в виде интегрирующей надстройки над интегрирующей схемой, то есть серии интеграторов, считывающих все опознанные признаки с выходов интеграторов интегрирующей схемы.

Этап "планирование" в чем-то похож на стадию прогнозирования будущих изменений среды. Хочу заметить, в последующих действиях функционального акта наступает неясность, как только на каком-то его этапе или стадии мы не смогли до конца разобраться во всех действиях этапа или стадии. Вы видели, как из-за неясности уже на стадии прогнозирования отсутствовала четкая последовательность действий, поэтому, начиная с данного этапа, я уже не смогу в точности описать последовательность действий. И все же постараюсь объяснить суть действий всех последующих этапов.

Обратите внимание, стадия оценки оперировала всеми неопознанными признаками, стадия прогнозирования - всеми опознанными признаками. В результате работы каждой стадии появились новые признаки. В данном случае, стадия оценки оставила (не создала, а оставила) после себя часть признаков, которые не смогла опознать, а стадия прогнозирования на основе опознанных признаков создала новые признаки, из которых ясно, какие органы тела намеревается активировать организм. Другими словами, результаты стадии оценки остались на выходах интегрирующей схемы, результаты стадии прогнозирования - на выходах интегрирующей надстройки над интегрирующей схемой.

Этим я хочу сказать, что функциональный акт стремится выявить через опознанную модель признаки "хорошо" и "плохо" (или "неизвестно"). Признаки "плохо" идут от стадии оценки и подразумеваются показателями неизвестности. Признаки "хорошо" - от стадии прогнозирования. Не отрицаю, что признаки от стадии прогнозирования должны каким-то образом разделяться на свои "хорошо" и "плохо". Опираясь на все эти признаки этап "планирование" старается выявить все чувства, на которые признаки повлияют непосредственно. Так, например, признаки "плохо", скорее всего, повлияют на чувство "страх" (неизвестное пугает), а также еще на какие-либо чувства. Признаки "хорошо" повлияют на такие-то и такие чувства. В этот момент может возникнуть доминирование какого-то чувства или нескольких чувств вопреки происходящим во внешней среде событиям. А раз есть доминирование, значит, есть смысл пересмотреть (спланировать), какие из готовящихся к активации органов тела нужно остановить, а какие наоборот - активировать.

Приведу пример, в нем хорошо прослеживается суть работы этапа планирования. Петя разговаривает с Ваней, причем Петя настроен весьма агрессивно. Ваня говорит ему неприятные слова, а в этот момент в комнату заходит уважаемый Петей человек. В голове Пети параллельно выполняются два функциональных акта - речевой и зрительный. В речевом акте стадия оценки полностью опознала неприятные слова и начинается стадия прогнозирования будущих изменений внешней среды, то есть - разговора Вани. Прогнозирование выдает очень много признаков "плохо", так как стадия прогнозирования "понимает", что извлеченное из памяти "поведение" объекта "Ваня" подтверждает, что он и дальше будет говорить неприятные слова. Из-за множества признаков "плохо" у Пети начинают доминировать агрессивные чувства, в результате чего этап планирования речевого акта решает активировать руки Пети, кулаки, и вообще, готовится к выражению агрессивности. А параллельно работает зрительный акт, стадия оценки которого опознала в изображении с сетчатки глаза уважаемого Петей человека. Стадия прогнозирования будущих изменений внешней среды, то есть - картинки с уважаемым человеком, "подтверждает", что уважаемый человек еще какое-то время будет в поле зрения Пети и уж точно в ближайшее время не выйдет из комнаты. Естественно, это влияет на какие-то чувства Пети (уважение, нежелание "ударить в грязь лицом", нежелание показать себя несдержанным и тому подобное). В итоге над доминирующими агрессивными чувствами начинают доминировать совсем другие чувства. И вот этап планирования зрительного акта снимает активацию с подготовленных к выражению агрессии органов тела. В конечном итоге мы увидим, как Петя сдержал свою агрессию.

Этап "решение" находит способ, каким образом выполнить действия с активированными органами тела. Этап планирования просто указывает, чем действовать. Например, этап планирования как бы "говорит": "Выдвинуть руку вперед", а этап решения находит список всех операций, чтобы это выполнить. Ведь на выдвижение руки нужно задействовать такие-то и такие мышцы. По всей видимости, где-то в мозге хранятся модели действий, в которых указана вся последовательность операций. От этапа планирования приходят признаки действия, эти признаки каким-то образом интегрируются и сравниваются с признаками моделей действия. С какой моделью совпало больше признаков, та модель и выбирается.

Этап "действие" последовательно выбирает из указанной модели действия все операции и отправляет их на исполняющий орган тела. Тут, как и в этапе настройки, последовательность действий зависит только от аппаратного устройства исполняющего органа.