Теория интеллектуальных систем препринт

Теория интеллектуальных систем препринт

Предисловие

Президент Межнациональной ассоциации психофизиологов, профессор О. С. Булгакова

«Теория интеллектуальных систем» — это большой фундаментальный труд. Я рада, что на мою долю выпала возможность внести свой посильный вклад в поддержку традиций российской психофизиологии — в том числе через участие в создании ассоциации психофизиологов. Вопреки распространённому мнению, наша психофизиология не сказала своего последнего слова в начале XX века — мы можем и сегодня вносить значимый вклад в мировую науку.

В последние десятилетия ведущие учёные, изучающие нервную систему, всё чаще называют себя нейрофизиологами, подчёркивая, что для понимания принципов её работы необходимо глубже заглянуть в отдельные нейроны мозга и изучить протекающие в них процессы. В этом направлении проделана огромная работа, и проделана она не зря: понимание тонких процессов, происходящих внутри нейронов и микроглии, кардинально обогатило мировую науку. Однако, как для врача важно понимать процессы, протекающие в отдельных клетках пациента, но ещё важнее — видеть общие процессы, происходящие в организме в целом, так и для учёных, изучающих нервную систему человека, конечно, очень важно знать принципы работы отдельных клеток мозга, но ещё важнее — видеть всю нервную систему целиком. Именно так работали великие психофизиологи российской школы начала прошлого века. Именно такой общий взгляд на психику человека позволил им построить теории, предвосхитившие своё время.

Василий Алексеевич Сычев в своей работе постарался продолжить традиции старой школы. Опираясь на труды прошлого, он также внимательно изучил достижения современной науки, что и позволило ему объединить огромный объём накопленных в настоящее время знаний в целостную теорию. Поражает объём проделанной работы: теория, претендующая на объяснение подавляющего большинства процессов в нашей психике, создана — как пишет сам автор — всего лишь за десять лет.

Я не берусь судить, все ли выводы автора являются верными. Чтобы досконально изучить все выводы теории, потребуются десятилетия работы, и только наука будущего сможет дать точную оценку Теории интеллектуальных систем. Но в целом данная теория представляется мне вполне проработанной и убедительной.

В Теории интеллектуальных систем предпринята попытка описать процессы возникновения первых интеллектуальных систем — то есть того, как в принципе возникла субъектность. Во второй главе автор описывает, как благодаря взаимодействию отдельных частей мозга возникают процессы мотивации, мышления, сохранения памятных следов и так далее. Как учёному, в круг интересов которого входит в том числе изучение процессов психосоматики, мне особенно интересно, как теория объясняет процессы аллостаза нашего организма.

Но теория не ограничивается только попыткой объяснить принципы работы нашего мозга. Василий Алексеевич предлагает также подходы к созданию искусственного интеллекта, построенного на глубоком понимании процессов, протекающих в нашем мозге. При этом очень интересно, что, по его утверждению, такие интеллектуальные системы можно создать полностью на отечественной микроэлементной базе. Теория также рассматривает философские вопросы и вопросы этики будущего.

В целом Теория интеллектуальных систем кажется мне очень интересной, и я однозначно рекомендую её прочитать.

АННОТАЦИЯ

Монография представляет собой систематическое изложение Теории интеллектуальных систем — междисциплинарной теории, объединяющей данные нейрофизиологии, психофизиологии, когнитивной науки, эволюционной биологии и философии сознания. В основе работы лежит идея о том, что все известные интеллектуальные системы — от первых репликаторов до человеческой культуры и искусственного интеллекта — возникли в результате процессов обучения, порождающих цели. Автор последовательно прослеживает, как из первичных целей репликаторов возникли все остальные цели, как в ходе эволюции появились мемстинкты — волнообразно возбуждающиеся популяции нейронов, способные записывать последовательности сигналов, совпадающие по времени с важными для выживания событиями, — и как сформировались инстинкты, мышление, культура и сознание.

В книге подробно разобраны клеточные и субклеточные механизмы сохранения воспоминаний и мышления, предложена оригинальная модель работы гиппокампа, сна и сновидений, описана архитектура зооморфной искусственной интеллектуальной системы (ЗИИС), которая, в отличие от существующих подходов, не требует сверхбольших вычислительных мощностей и может быть реализована на доступной элементной базе — что открывает путь к созданию полноценного искусственного интеллекта в рамках одной страны, от фундаментальной теории до работающего прототипа. Кроме того, в монографии предложен новый математический аппарат — лингвоматика — для описания иерархических систем мемстинктов. Отдельные главы посвящены языку, культуре, юмору, любви, этике и проблеме цифрового бессмертия. В монографии представлен научный план, который в перспективе способен привести к полному преодолению ограничений естественной продолжительности жизни.

Монография адресована специалистам в области нейрофизиологии, психофизиологии, когнитивной науки, искусственного интеллекта, культурологии и философии, а также широкому кругу читателей, интересующихся устройством человеческой психики и перспективами развития интеллектуальных систем.

Ключевые слова: Теория интеллектуальных систем; Общая когнитивная теория; мемстинкт; инстинкт; обучение; сознание; субъект; консолидация; культура; лингвоматика; зооморфная искусственная интеллектуальная система; цифровое бессмертие.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Теологические и философские истоки понятий «сознание» и «субъект»

Кантовский переворот: трансцендентальный субъект

От феноменологии к аналитической традиции

Современные междисциплинарные исследования

Технологический поворот: субъект в кибернетике и науках управления

Проникновение в физику: квантовая механика и проблема измерения

Постановка задачи

Глава 1. Появление целей благодаря естественным процессам обучения

1.1. Определение интеллектуальной системы

1.2. Обучение первого типа: мир РНК и библиотеки генов

1.3. Обучение второго типа А: привыкание и рефлексы

1.4. Обучение второго типа Б: от условных рефлексов к первому мемстинкту

1.5. Инстинкты как врождённые детекторы последовательностей

1.6. Культура — третий тип интеллектуальных систем

1.7. Интеллектуальные системы, обучающиеся по четвёртому типу

1.8. Нетипичные интеллектуальные системы

Выводы первой главы

Глава 2. Общие принципы работы мозга в рамках Общей когнитивной теории как части Теории интеллектуальных систем

Введение

2.1. Базовые элементы психики: мемстинкты, инстинкты и воля

2.2. Инстинкты внимания и формирование мемстинктов первых уровней в онтогенезе

2.3. Мотивационные инстинкты: врождённые детекторы биологической значимости

2.4. Реципрокное торможение и волевой акт: почему мы делаем то, что приносит удовольствие

2.5. Инстинкты агрессии: выход из двигательного паралича

2.6. Планирование как внутреннее проигрывание: отбрасывание опасных вариантов

2.7. Нервная система как часть целостного организма: аллостаз, эндокринная и иммунная регуляция

2.8. Механизмы усталости и цикла «сон — бодрствование»

2.9. Основные принципы возникновения психосоматических и нейродегенеративных заболеваний

2.10. Учёт психоэмоционального состояния в медицинских протоколах

2.11. Психические заболевания и состояния в свете Общей когнитивной теории

Выводы второй главы

Глава 3. Нейробиологические основы консолидации и узнавания мемстинктов

Введение

3.1. Мотивационные инстинкты. Подкорковые источники нейромодуляции и их рецепторный аппарат: механизмы воздействия на глутаматергическую передачу

3.1.1. Дофамин: D1- и D2-подобные рецепторы

3.1.2. Норадреналин: α- и β-адренорецепторы

3.1.3. Гистамин: H1- и H2-рецепторы

3.1.4. Серотонин: 5-HT1A и 5-HT2A-рецепторы

3.1.5. Ацетилхолин: никотиновые и мускариновые рецепторы

3.2. Мотивационные инстинкты. Пути поступления нейромодуляторов в кору и регионализация инстинктов

3.3. Эволюционные предпосылки нейромедиаторной специфичности мотивационных инстинктов

3.4. Ламинарная организация AMPA/NMDA-рецепторов в префронтальной коре и волновая динамика

3.5. Мемстинкт как единица записи последовательности

3.5.1. Клеточные механизмы сохранения мемстинктов

3.5.1.1. Сохранение последовательностей в мемстинктах первых уровней: роль инстинктов внимания

3.5.1.2. Сохранение последовательностей в мемстинктах высоких уровней: роль мотивационных инстинктов

3.5.2. Регионы инстинкта и двусторонняя связь мемстинкт-инстинкт

3.5.3. Клеточные механизмы узнавания

3.5.4. Механизмы записи и узнавания у примитивных животных

3.5.4.1. Процеребро моллюсков

3.5.4.2. Грибовидные тела насекомых

3.5.4.3. Хордовые: данные по данио-рерио

3.5.4.4. Реципрокное торможение и возбуждение протоинстинктов

3.5.4.5. Эволюционный синтез

3.5.5. Время и длительность: как мозг измеряет продолжительность процессов

3.6. Роль гиппокампа в консолидации мемстинктов: реципрокное усиление и нейрогенез

3.6.1. От «временного хранилища» к реципрокному осциллятору

3.6.2. Проблема универсальности нейронов решётки: данные от других видов

3.6.3. Альтернативная интерпретация: решётка как карта обонятельных меток

3.6.4. Как мы сохраняем пространственную информацию

3.6.5. Гиппокамп как реципрокный усилитель корковых мемстинктов

3.6.6. Генерация высокочастотных осцилляций и replay

3.6.7. Оценка количества мемстинктов: арифметика нейрогенеза и архитектоники колонок

3.7. Динамика сна как циклический механизм поддержания консолидации мемстинктов

3.7.1. Медленный сон: прекращение активной консолидации

3.7.2. Быстрый сон: периодическая реактивация мотивационных инстинктов

3.7.3. Сновидения как побочный продукт реактивации

3.7.4. Защита от сохранения сновидений

3.8. Согласование с данными функциональной нейроанатомии и ритмами ЭЭГ

3.9. Консолидация двигательных мемстинктов и архитектура моторной коры

3.10. Зеркальные нейроны, мемстинкты зеркальных нейронов (МЗН) и культура

3.11. ОКТ и экспериментальные данные: проблема интерпретации

3.11.1. Почему наука пошла не по тому пути: историко-методологический экскурс

Выводы третьей главы

Глава 4. Принципы построения зооморфной интеллектуальной системы (ЗИИС)

Введение

4.1. Общая архитектура ЗИИС

4.2. Преимущества архитектуры ЗИИС по сравнению с существующими архитектурами

4.2.1. Энергоэффективность и нейроморфная реализация

4.2.2. Сигнал-аналог: отказ от кодирования

4.2.3. Многотысячезначная логика как математическая метафора

4.2.4. Информационная эффективность иерархии последовательностей

4.2.5. Частичное узнавание и обобщение без полного перебора примеров

4.2.6. Мультимодальность как врождённое свойство архитектуры

4.2.7. Отсутствие сквозной архитектуры и возможность обучения «на лету»

4.2.8. Устойчивость к катастрофическому забыванию

4.2.9. Планирование, творчество и оценка планов

4.2.10. Сравнение с традиционными архитектурами: метафора грифельной доски

4.2.11. Выводы: ЗИИС как архитектура сильного искусственного интеллекта

4.3. Аналоговая арифметика: суммация возбуждений как основа мышления и творчества

4.3.1. Инстинкты как усилители сигнала в среде с положительными обратными связями и торможением

4.3.2. Частотная маркировка как дополнительное измерение «арифметики»

4.4. Искусственные МЗН и обучение через культуру роботов

4.4.1. Архитектурные требования к искусственному МЗН

4.4.2. Обучение наблюдением и культурная синхронизация

4.4.3. Взаимодействие с человеческой культурой

4.4.4. Автономная культура неантропоморфных интеллектуальных систем

4.5. Другие архитектуры, использующие зооморфные принципы

4.6. Создание прототипа зооморфной интеллектуальной системы (ЗИИС)

4.6.1. Общие вопросы

4.6.2. Описание прототипа ЗИИС-1

4.6.2.1. Основные компоненты системы

4.6.2.2. Правила работы нейронов

4.6.3. Второе поколение: ЗИИС-2

4.6.4. Правила работы системы: три типа

Выводы четвёртой главы

Глава 5. Язык и культура

Введение

5.1. Что современная наука знает о времени возникновения языка

5.2. Что ОКТ добавляет в копилку знаний о языке: эффективность двусоставных и трёхсоставных групп

5.2.1. Проблема слога: не ошибка, а решение для экономии памяти

5.2.2. Разрешение спора Хомского с бихевиористами: врождённое и приобретённое в языке

5.3. Как возникал язык: от рефлекторного крика к иерархии смыслов

5.4. Иерархия языка как отражение иерархии мемстинктов

5.5. Почему мы любим стихи, песни и музыку: власть повтора и её обратная сторона

5.6. Юмор и смех как неожиданная активация целевого инстинкта

5.7. Добро и зло: физиологическая основа этических категорий

5.8. Любовь, дружба и социальные инстинкты

5.9. Культура как распределённая система хранения мемстинктов

5.10. Факторы ускорения культурной эволюции

5.11. Пределы скорости изменения культуры и количество каналов коммуникации

5.12. Дополненное мышление: культура как расширение разума

5.13. Условия успешной консолидации культурных мемстинктов

5.14. Искусство как инструмент изменения культуры

5.15. Почему мы так ценим произведения искусства: механизм переоценки значимости

5.16. Искусствоведение и культурология как точные науки

5.17. Культура как инструмент управления поведением

5.18. Культура как инструмент управления: политический аспект

5.19. Международные средства коммуникации и рост агрессивности культуры

5.20. Ответственность за изменение культуры и роль науки

Выводы пятой главы

Глава 6. Лингвоматика

Введение

6.1. Система мемстинктов как многотысячезначное число

6.2. Комбинаторный анализ: сколько вариантов может сохранить система?

6.2.1. Потенциальная ёмкость иерархической системы

6.2.2. Реальный мозг человека: языковая аналогия

6.2.3. Ограничения упрощённой модели

6.2.4. Почему расчёт в битах некорректен

6.3. Оптимальное количество сигналов в последовательности: математическое доказательство

6.3.1. Постановка задачи и переменные

6.3.2. Определение функции стоимости

6.3.3. Вывод функции и поиск минимума

6.3.4. Учёт целочисленного ограничения

6.3.5. Итоговый результат

6.4. Подходы к динамической лингвоматике

6.4.1. Ключевые процессы: консолидация и узнавание

6.4.2. Подходы к упрощению системы для моделирования

6.4.3. Стандартизация искусственных мемстинктов и многофакторное моделирование

6.5. Статическая лингвоматика: форма записи

6.5.1. Лингвоматическая запись: система как ключ к самой себе

6.5.2. Почему теория графов не подходит для описания системы

6.5.3. Применение статической лингвоматики

Выводы шестой главы

Глава 7. Сознание, философия и общие вопросы

Введение

7.1. Эпизод сознания как гиперактивация сенсорного элемента

7.1.1. Эмоции как интероцептивные ощущения

7.2. Свобода воли и привычка: от философского вопроса к нейрофизиологическому механизму

7.3. Самосознание: почему мы узнаём себя в зеркале?

7.4. Сложность сознания как проекция сложности интеллектуальной системы

7.5. Логика и философия как производные от архитектуры интеллекта

7.5.1. Время и последовательность как условие логического мышления

7.5.2. Точечный сбор информации и логика перемещения

7.5.3. Иерархическая организация как основа дедукции, индукции и системного подхода

7.5.4. Логика как продукт архитектуры интеллекта

7.5.5. Сравнение как фундаментальный процесс узнавания и его роль в психике

7.5.6. Может ли появиться сознание у искусственного интеллекта?

7.5.7. Проблема определения живого: как инстинкты внимания сформировали интуитивную категорию

7.6. Самоформирование: сознательное управление системой мемстинктов

7.6.1. Общие принципы самоформирования

7.6.2. Практический подход к ослаблению стрессовых мемстинктов

7.6.3. Пример: работа с травмирующим воспоминанием

7.6.4. Формирование полезных привычек

Выводы седьмой главы

Глава 8. Будущее: реальный научный план перехода к цифровому бессмертию

Введение

8.1. Первые шаги: протезирование нервной системы

8.2. Протезирование инстинктов и мемстинктов

8.3. Полная замена и цифровое бессмертие

8.3.1. Киберсимбиот

8.3.2. Постепенная замена

8.4. Новая этика: субъектность в эпоху сильного интеллекта и протезирования мозга

Заключение

Список литературы

Глоссарий

Введение

Теологические и философские истоки понятий «сознание» и «субъект»

Понятия «сознание» и «субъект» представляют собой одни из наиболее фундаментальных и одновременно проблематичных концептов в истории человеческой мысли. В отличие от происхождения жизни, где современная наука располагает наиболее разработанной на сегодняшний день гипотезой «мира РНК» (RNA World hypothesis), объясняющей переход от неживой материи к самовоспроизводящимся системам, возникновение сознания и субъективности остается глубочайшей загадкой. Эти понятия появились в человеческом дискурсе как бы «из воздуха» — из теологических размышлений о духах, природе души, божественного познания и человеческого места в творении.

Парадоксальность ситуации заключается в том, что, несмотря на отсутствие научного консенсуса относительно самих определений сознания и субъекта, эти концепты оказываются принципиально важными для развития целых отраслей современной науки. Без них кибернетика, науки управления, разработка искусственного интеллекта и когнитивные исследования не могут адекватно концептуализировать свои объекты исследования. Современные эмпирические исследования показывают, что ученые по-разному интерпретируют эти термины, что создает методологические трудности для междисциплинарного диалога.

Разумеется, сейчас мы не сможем точно определить, когда в человеческой культуре появились размышления о субъекте и сознании, но мы можем увидеть следы подобных размышлений в шаманских верованиях. Как показывают исследования, шаманизм представляет собой одну из древнейших форм культурной и когнитивной практики, связанной с измененными состояниями сознания [1].

Зарождение научных идей можно наблюдать и в трудах древнегреческих философов, в частности, в работах Платона и в психологии Аристотеля, роль деятельного ума в которой была глубоко проанализирована Францем Брентано [2].

В средние века генезис понятия субъекта неразрывно связан с теологическими размышлениями о природе божественного и человеческого познания. Фома Аквинский (1225–1274) в своей «Сумме теологии» (Summa Theologica) заложил фундаментальные основы для понимания субъекта через призму отношения между интеллектом и волей. В его концепции intellectus и voluntas образуют единство познающего субъекта, способного к рефлексии не только о внешнем мире, но и о собственных познавательных актах [3].

Аквинский вводит критически важное различение между esse naturale (естественным бытием) и esse intentionale (интенциональным бытием), которое предвосхищает современные дискуссии об интенциональности сознания. Его анализ cogitativa (оценивающей способности) как связующего звена между чувственным познанием и интеллектуальным пониманием содержит в зародыше идею сознания как специфически человеческой способности к самопознанию и саморефлексии.

Дальнейшее развитие этих идей происходило в рамках поздней схоластики, где Дунс Скот и его последователи разрабатывали концепцию haecceitas (этости), а номиналисты подготавливали почву для радикального пересмотра отношений между универсальным и индивидуальным в познании.

Кантовский переворот: трансцендентальный субъект

Иммануил Кант (1724–1804) осуществил подлинную революцию в понимании субъекта, переведя проблематику из метафизической плоскости в эпистемологическую. В «Критике чистого разума» (1781/1787) Кант формулирует концепцию трансцендентального субъекта как условия возможности всякого опыта и познания. Его знаменитое утверждение о том, что «я мыслю должно сопровождать все мои представления» (Das: Ich denke, muß alle meine Vorstellungen begleiten können), устанавливает единство апперцепции как фундаментальную структуру сознания [4].

Кантовское различение между эмпирическим и трансцендентальным субъектом открыло новые горизонты для понимания сознания как активной синтетической деятельности, а не пассивного восприятия данных. Концепция спонтанности рассудка и его категориальной структуры предвосхитила многие идеи современной когнитивной науки, хотя и в философско-трансцендентальной оболочке.

От феноменологии к аналитической традиции

XIX и XX века ознаменовались драматическим расширением проблемного поля исследований сознания и субъективности. Эдмунд Гуссерль (1859–1938) в «Логических исследованиях» (1900–1901) и «Идеях к чистой феноменологии» (1913) развил систематическую науку о сознании, введя понятие интенциональности как основной структуры сознательных актов [5]. Его концепция трансцендентального эго и методы феноменологической редукции оказали влияние на всю последующую философию сознания.

Параллельно в аналитической традиции Готлоб Фреге, Бертран Рассел и ранний Людвиг Витгенштейн разрабатывали логико-лингвистические подходы к проблеме субъекта и сознания. Витгенштейновский анализ «приватного языка» в «Философских исследованиях» (1953) поставил под сомнение возможность прямого доступа к содержаниям сознания и заложил основы для социально-лингвистических концепций субъективности [6].

Современные междисциплинарные исследования

Во второй половине XX века исследования сознания становятся интенсивно междисциплинарными. Дэвид Чалмерс в работе «Сознающий ум» (1996) сформулировал различение между «легкими» и «трудной» проблемами сознания, где последняя касается объяснения феноменального опыта [7]. Томас Нагель в классической статье «Каково быть летучей мышью?» (1974) поставил вопрос о принципиальной субъективности сознательного опыта [8].

Дэниел Деннет в «Объясненном сознании» (1991) предложил элиминативистский подход, рассматривая сознание как иллюзию, создаваемую сложными информационными процессами [9]. Джон Серл в работах по философии сознания развил концепцию биологического натурализма, утверждая, что сознание является естественным биологическим феноменом [10].