Эволюция разума - Курцвейл Рэймонд. Страница 29

Задача таких моделей, как «Голубой мозг» или новая кора Модха, заключается в уточнении и подтверждении функциональной модели. Модель человеческого искусственного разума в принципе будет использовать именно такие алгоритмы. Однако молекулярные модели помогают усовершенствовать эти алгоритмы и более полно изучить наиболее важные детали. В ходе наших экспериментов 1980-х и 1990-х гг., посвященных созданию технологии распознавания речи, нам удалось усовершенствовать наши алгоритмы, когда мы поняли суть реальных превращений, происходящих в слуховом нерве и некоторых участках новой коры. Даже если наша функциональная модель безупречна, понимание ее функционирования в биологическом мозге даст важную информацию о функции и дисфункции человеческого организма.

Для создания моделей мозга нам нужна очень подробная информация о функционировании настоящего мозга. Группа Маркрама собирает собственные данные. Сбору подобной информации и ее передаче широкой научной общественности посвящено несколько крупномасштабных проектов. Например, в результате сканирования головного мозга мышей лаборатория в Колд-Спринг-Харбор получила 500 терабайт информации, которую выложила для общественного доступа в июне 2012 г. Этот проект позволяет пользователям изучать мозг таким же образом, как программа Google Earth позволяет изучать поверхность планеты. Вы можете перемещаться внутри мозга и при более сильном приближении рассматривать отдельные нейроны и их контакты. Вы можете выделить отдельную связь и следовать по ней вдоль всего мозга.

Шестнадцать отделов Национального института здоровья США объединились и выделили 38,5 млн долларов на реализацию проекта под названием «Коннектом человека» [94]. Проект выполняется под руководством Университета Вашингтона в Сент-Луисе, Университета Миннесоты, Гарвардского университета, Массачусетского генерального госпиталя и Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе и направлен на создание трехмерной карты связей нейронов в головном мозге человека. С этой целью применяются различные неинвазивные технологии сканирования, включая новые варианты МРТ, магнитоэнцефалографию (МЭГ — измерение магнитных полей, образующихся в результате электрической активности мозга) и диффузионную трактографию (анализ пучков нервных волокон в головном мозге). Как я расскажу в десятой главе, пространственное разрешение неинвазивных методов сканирования мозга увеличивается с невероятной скоростью. Одними из первых результатов проекта были данные Ван Видена и его коллег из Массачусетского генерального госпиталя о том, что в головном мозге существует регулярная сеть нейронов, напоминающая структуру возбуждения нейронов новой коры, о которой я рассказывал в четвертой главе.

Специалист в области компьютерной нейробиологии из Оксфордского университета Андерс Сэндберг (род. в 1972 г.) и шведский философ Ник Востром (род. в 1973 г.) разработали детальный план эмуляции головного мозга, в котором определены подходы к моделированию головного мозга человека (и других существ) на разном уровне детализации — от сложных функциональных моделей до имитации действия отдельных молекул [95].

Схема эмуляции активности человеческого мозга (Andrs Sandberg, Nick Bostrom, Whole Brain Emulation: A Roadmap).

Этот план не дает временных ориентиров, но описывает требования, которые должны быть выполнены для воссоздания различных типов мозга с разной степенью детализации в плане сканирования, моделирования, хранения информации и вычислений. Авторы проекта указывают на неизбежный экспоненциальный рост информации во всех этих направлениях, который позволит осуществить моделирование человеческого мозга с высокой степенью детализации.

[96]

Нейронные сети

В 1964 г., когда мне было 16 лет, я написал письмо профессору Фрэнку Розенблатту из Корнельского университета с просьбой рассказать о машине под названием Mark 1 Perception. Профессор создал эту машину за четыре года до того, и она, как было заявлено, обладала свойствами человеческого мозга. Розенблатт пригласил меня к себе, чтобы опробовать машину.

Система Perception была построена на основе электронных моделей нейронов. На вход в систему подавались двумерные значения. В случае речевых образов одно измерение соответствовало частоте, а второе — времени, так что каждое значение демонстрировало интенсивность частоты в данный момент. В случае зрительных образов каждая точка представляла собой пиксел в двумерном массиве. Входные сигналы случайным образом поступали на модельные нейроны первого уровня. Все связи характеризовались синаптическим потенциалом, отражающим их значимость, который исходно устанавливался случайным образом. Каждый нейрон суммировал поступающие к нему сигналы. Если суммарный сигнал превышал некое пороговое значение, нейрон возбуждался и посылал выходной сигнал на следующий контакт. Если суммарный сигнал был меньше порогового значения, нейрон не возбуждался и выходной сигнал равнялся нулю. Выходные сигналы всех нейронов случайным образом поступали на нейроны следующего уровня. Таких уровней в системе Mark 1 Perception существовало три, и каждый из них мог быть организован в различной конфигурации. Например, какой-то уровень мог иметь обратную связь с предыдущим. На высшем уровне в результате случайного выбора выходных сигналов одного или нескольких нейронов формировался ответ (алгоритм действия сетей нейронов подробно описан в приложении [97]).

Поскольку возбуждение нейронов и величина синаптического потенциала сначала выбирались случайным образом, ответы такой необученной сети нейронов тоже были случайными. Таким образом, важнейшим элементом в моделировании нейронной сети является обучение, как и в головном мозге млекопитающего, который она имитирует. Сначала нейронная сеть ничего не знает. Ее учитель (это может быть человек, компьютерная программа или, возможно, другая, более зрелая нейронная сеть, которая уже получила какие-то знания) вознаграждает обучающуюся сеть, когда та генерирует правильный ответ, и наказывает, если ответ неправильный. Эта обратная связь используется обучающейся сетью для корректировки силы межнейронных контактов. Контакты, приводящие к правильным ответам, становятся прочнее, а те, что формируют неправильный ответ, напротив, ослабевают.

Со временем нейронная сеть организуется таким образом, что может выдавать правильные ответы безо всякой подсказки. Эксперименты показывают, что нейронные сети могут обучаться даже у ненадежных учителей. Если учитель вносит исправления лишь в 60 % случаев, обучающаяся нейронная сеть все равно выучит урок так, что точность ответов приблизится к 100 %.

Однако достаточно скоро стало очевидно, что Perception может усвоить лишь ограниченный объем материала. Когда я посетил профессора Розенблатта в 1964 г., я попытался слегка изменить входные данные. Система была натренирована на распознавание печатных букв и делала это достаточно точно. Она довольно хорошо выполняла задачу самоассоциации (узнавала букву, если я закрывал ее часть), но не справлялась с инвариантностью (путалась при изменении размера буквы или шрифта).

Во второй половине 1960-х гг. нейронные сети стали невероятно популярными, и «коннекционизму» была посвящена как минимум половина исследований в области искусственного интеллекта. Между тем, более традиционный подход к созданию искусственного интеллекта состоял в попытках программирования решений специфических задач, таких как распознавание инвариантных свойств печатных букв.