…акое полупроводник (триод, транзистор) и что такое нейрон (искусственный нейрон). Разница почти никакая. В триоде сигнал передается от входа к выходу (от катода к аноду). Между катодом и анодом имеется сетка. Если на нее подавать дополнительный сигнал, то основной сигнал между катодом и анодом может не пройти. Вот и все устройство триода. Полупроводники (транзисторы) устроены в принципе так же. В результате какой-то сигнал может быть пропущен дальше, а может быть и не пропущен. То есть возникает основа для работы с бинарным кодом. Казалось бы, устройство – проще некуда. Однако если таких триодов (полупроводников) собрать много и объединить по определенной схеме, получится компьютер, который обыграет нас с вами в шахматы, поставит диагноз в больнице, выиграет деньги на бирже. Вот что такое «да» и «нет», когда их много. Это основа искусственного интеллекта.
Искусственный нейрон в упрощенном виде имитирует живой нейрон, то есть клетку, из каких состоит наш с вами мозг. Нейрон устроен не так, как триод, но разница не столь уж и велика. Через нейрон точно так же, как и через триод, проходит основной сигнал. Единственно, способ его затормозить или пропустить дальше немного иной. Для торможения используется не дополнительный сигнал со стороны, а свойства самого нейрона. Нейрон сам оценивает полученный сигнал и в зависимости от результатов такой оценки пропускает его дальше или нет. Нейроны, объединенные в сеть, выполняют работу, которая внешне проявляется как естественный человеческий интеллект. То есть предположительно и тут большое количество «да» и «нет», объединенных в систему, приводят к возникновению интеллектуальных качеств.
Полупроводниковые схемы со временем серьезно усовершенствовались. Теперь вычислительные машины работают уже на интегральных схемах. В одном микрочипе содержатся сотни и тысячи полупроводников. Технологии производства нередко таковы, что сначала создаются микрочипы, содержащие полупроводники, поначалу не объединенные ни в какие законченные схемы. Они лишь представляют собой сеть. Однако затем часть из них выжигается, а оставшиеся оказываются объединенными определенным образом и в результате в целом приобретают свойства, позволяющие им выполнять действия, иногда характерные для человеческого мозга, а иногда, хотя и не характерные, но не менее эффективные.
Никто не будет спорить, что вопрос о создании искусственного интеллекта на базе имеющихся вычислительных машин вполне актуален. Другое дело, что мнения по поводу того, что такое искусственный интеллект, разошлись. Если говорить о модели человеческого интеллекта, то ее, несмотря на большие ожидания, так пока и не удалось создать. Более того, теперь часть ученых считает, что в силу разных причин такое либо вовсе невозможно, либо это дело очень далекого будущего. Другие не без оснований полагают, что элементы искусственного интеллекта уже созданы, причем они довольно эффективны в соответствующих узких областях.
Мы знаем, что различные природные вещества имеют полупроводниковые свойства. Кремний в том числе. Кремния на Земле много. Мы с ним сталкиваемся повсеместно. Но это, конечно же, не единственное вещество, способное иметь свойства полупроводника. Грубо говоря, почти любая кристаллическая структура имеет разные свойства по разным направлениям. Веществ, способных превращаться в кристаллы, на Земле немало.[138]
Да почему обязательно кристаллы? Любое вещество, состоящее из множества первичных элементов, имеющих различные свойства по разным направлениям (это явление называется анизотропией), может претендовать на статус субстанции, потенциально способной к повторению операций вычислительной машины. Лед, вода, атмосферный воздух, вещества в недрах Земли. Список может быть большим. Тонкая органическая пленка, наконец.
Ясно, что подобные вещества достаточно часто встречаются в природе. И возможность формирования их в массивы кристаллических (или иных) элементов не то чтобы высокая. Она сверхвысокая. Это постоянно идущий в природе процесс. Тут не надо ждать необыкновенного совпадения обстоятельств, когда из метана или аминокислот вдруг возникнет живая клетка.
То есть различные природные вещества постоянно формируют массивы первичных частиц, которые могут обладать какими-то полупроводниковыми или просто неоднородными свойствами. Это факт, который нельзя отрицать. Эти первичные частицы далеко не всегда являются полупроводниками в привычном для нас понимании. Однако это не столь уж и важно. Конечно, пока человечество широко использует ЭВМ, построенные именно на полупроводниковом эффекте. Но вполне вероятно, что можно создать машины, также обладающие подобными же свойствами, но основанные не на полупроводниках, а на ином физическом принципе. На принципе того же нейрона, в конце концов. Наверняка существуют и другие такие физические свойства вещества, которые нам еще не известны, но которые могут быть использованы для создания "умных" машин не на основе полупроводникового эффекта, а на ином принципе. Собственно говоря, такие разработки уже есть. Другое дело, что полупроводниковые компьютеры на одном процессоре пока превосходят их по многим параметрам.
Однако для ясности дальнейшего изложения давайте сначала остановимся на констатации того, что по крайней мере полупроводники могут послужить основой вычислительной машины, имеющей некоторые свойства человеческого интеллекта.
Итак, можно утверждать, что на Земле, да и не только на ней, часто возникают значительные количества вещества, которые, грубо говоря, представляют собой огромное множество полупроводников, связанных между собой в цепи. Или не полупроводников, а иных элементов, но со свойствами, позволяющими, например, оперировать с бинарными кодами. Что-то похожее на искусственный нейрон. Или еще что-то такое подобное. Конечно, было бы слишком самонадеянно утверждать, что из глыбы льда в силу случая может возникнуть вычислительная машина, похожая на ноутбук, на котором были написаны эти слова. Более того, наверняка вероятность подобного не только стремится к нулю, но и практически ему равна. Однако нам и не нужно, чтобы изо льда возникал ноутбук. События могут развиваться совсем по другому, намного более реальному сценарию.
Для начала необходимо, чтобы возникла сеть. То есть какое-то количество первичных элементов, связанных между собой систематическим образом. Грубо говоря, это «глыба льда», все первичные элементы (кристаллы) которой между собой связаны. Связаны таким образом, чтобы они пропускали сигнал. Если первичные кристаллы обладают определенным свойствами, сигнал может видоизменяться. Вы считаете, что это совершенно невероятная ситуация? Аминокислоты могут сами связаться между собой, создавая живую клетку, а глыба льда не может возникнуть? А если она замерзает в магнитном поле? В магнитном поле Земли? Как тогда будут расположены ее кристаллы, какими будут обладать свойствами и как они между собой будут связаны?
Пока не будем строить догадок, на что способна такая «ледяная глыба». Коснемся этого чуть позже. А сейчас попробуем подойти к нашей проблеме немного с другой стороны. Возможно ли случайное возникновение какого-то ограниченного по объему вещества, обладающего определенными свойствами? Ну, любое вещество обладает свойствами. Однако бывают свойства и свойства. Одно дело – вес, объем. А может быть свойство отражения окружающего мира? Может, конечно. Это все зеркальные поверхности. А еще какие свойства могут быть нам интересны? Не просто отразить, но и запомнить окружающий мир в своей внутренней структуре? Тоже вполне часто встречающееся свойство, надо отметить. Те же кристаллы льда формируются различным образом в зависимости, например, от звучащей в этот момент музыки. Известный эффект, тут мы ничего нового не придумываем.
То есть у единицы вещества могут быть какие-то специфичные свойства, возникшие и реализуемые в силу естественных причин. Будем считать это установленным фактом.
А может так случиться, что единица вещества будет способна сама себя воспроизводить? Подобно живой клетке? Мы не знаем, случалось ли такое раньше на Земле. Во всяком случае, сейчас мы не видим вещества, которое постоянно росло бы в объеме на подобной основе.
Вообще, возможен ли в неживой природе процесс, похожий на саморазмножение живых клеток? То есть операция самовоспроизведения какого-то элемента неорганического вещества? Мы такое вокруг себя сейчас вроде бы не наблюдаем. Но внешне похоже, что подобное все-таки могло случиться в силу простого стечения обстоятельств. Случайно. То есть в каком-то ограниченном объеме вещества возникло качество воспроизводить самого себя. Например, вещество, состоящее из крупных молекул, захватывает простые химические элементы и строит из них такие же крупные молекулы. Какой-то простой аналог саморазмножающихся клеток живого вещества.
К чему мы, собственно говоря, клоним? А вот к чему. Возможность такого саморазмножения, возникшая случайно, все-таки намного более вероятна, чем самозарождение живых органических клеток. Хотя бы в силу факта, что органические соединения могут быть довольно сложными, а неорганические все-таки попроще.
В отношении органических веществ вообще планка требований стоит довольно высоко. Для того чтобы какая-то органика превратилась во что-то живое, нужны немыслимо сложные органические молекулы. Точно также немыслимо сложным образом между собой соединенные.
К неорганике требования иные, намного более простые. Тут читатель возразит, что из простых неорганических молекул вряд ли получится жизнь. Это уж точно, тут и спорить не о чем. Но мы и не говорим о возникновении жизни. Мы имеем в виду иной процесс - создание носителя интеллекта. А для него не нужно сложно переплетенных органических молекул. Для его существования достаточно сети простых неорганических элементов с неоднородными свойствами. Например, полупроводников, каждый из которых действует как простой триод (транзистор). Или искусственных нейронов. Лишь бы такая сеть была способна обработать бинарный код.
В случае самовоспроизведения неорганических молекул или групп молекул из них может возникнуть именно такая сеть. Или не самовоспроизведения, а просто объединения в силу естественных причин. А это уже потенциальная основа для существования интеллектуальных качеств. Короче, идея авторов данной книги и простая, и сложная. В силу естественных причин возможно возникновение сети первичных элементов, способных реагировать хотя бы на сигналы в двоичном коде. Такое, по нашему разумению, запросто может случиться само по себе. Мы полагаем, что возможность возникновения вещества, способного стать носителем каких-то интеллектуальных качеств, действительно не является невероятной.
Вообще, мысль о том, что параллельно нашей нуклеиново-белковой жизни могут существовать и иные носители интеллекта, не то, что не нова, а очень не нова. Начиная с утверждений о существовании Бога. Примечательно, однако, что и в наше время ученые, которых трудно обвинить в невежестве, хоть и осторожно, но тоже высказывают подобные предположения. Пусть такие утверждения не говорят о существовании подобной «жизни» прямо рядом с нами, но и само такое предположение уже о многом говорит. Ведь ясно, что оно возникает не на пустом месте. Упомянуть в этой связи можно было бы многих. Пользуясь правом автора, скажем только о наших соотечественниках - К.Э. Циолковском и его «неизвестных разумных силах», а также о В. Казначееве.[139]
Попутно отметим, что далеко не очевидно, что весь окружающий нас мир, как живой, так и неживой, развивается от простого к сложному. Изменяется – да. Но в каком направлении? Вот это, наверное, не слишком очевидно. Иногда речь идет о возникновении более сложных форм и связей, а иногда – как раз наоборот. Вообще существует ли она, биологическая эволюция? Может быть, правильнее говорить об эволюции интеллекта (ноогенезе)? Как связанного, так и не связанного с жизнью? Конечно же, мы далеко не первые, кто сделал такое предположение. Чтобы не перегружать читателя ссылками, упомянем в этой связи только А.Л. Еремина.[140]
Итак, возвратимся к вариантам возникновения интеллекта. Назовем его условно неорганическим интеллектом. Описанный нами выше путь, как представляется, в такой степени вероятен, что можно было бы взять на себя смелость утверждать, что разум – это вообще достаточно часто встречающееся в космосе явление. Что это, может быть, даже присущая ему черта. Нет Космоса без разума? В этой связи уместно, наверное, упомянуть один из аспектов небезызвестной теории большого взрыва, касающейся возникновения Вселенной. Обычно обращают внимание только на одну сторону этой теории: вот все вещество было сжато до размера апельсина, а потом взорвалось, и возникли галактики и прочие космические объекты. Однако существует и другая сторона проблемы. А что если просчитать такой взрыв в обратном направлении? Дело в том, что согласно второму началу термодинамики энтропия вещества, то есть, грубо говоря, мера его неупорядоченности, со временем возрастает. Сейчас мы видим вокруг себя не такой уж и хаос. Существуют звезды и планеты, которые объединены в галактики. На некоторых планетах, как мы можем наблюдать сами, вещество подчас существует в очень даже упорядоченной форме. Например, в виде человечества.
Однако если сейчас имеется какой-то порядок в устройстве Вселенной, то что, выходит, раньше он был еще выше? Многие ученые задают себе этот вопрос. Получается, что в момент большого взрыва вещество было предельно упорядочено. Энтропия веществ была исключительно низка. Это был какой-то идеал порядка, а не просто сильно сжатый комок материи. Так что же это было на самом деле, может быть, что-то вроде взрыва божественно идеальной субстанции? Сверхпорядок и сверхинтеллект преобразовались в иную форму? Может, и так. В таком случае не исключено, что все мироздание может быть пронизано состоянием, проявляющимся, в том числе, и в виде интеллекта или даже суперинтеллекта.
Кстати, в феномене большого взрыва много чего непонятного. Обыватель обычно представляет себе процесс, похожий на взрыв чего-то вроде куска динамита на Земле. Но тут на самом деле есть очень большая разница. На Земле существует тяготение, сопротивление атмосферы. В результате взрыва частицы будут разбросаны, но затем прекратят движение и займут какое-то стабильное положение. Хаотичное положение. В Космосе в период большого взрыва, надо полагать, не было ни тяготения, помимо тяготения самого взрывающегося вещества, ни тем более сопротивления пространства – оно было совершенно пустым. В момент большого взрыва, грубо говоря, действовали две силы – сила взрыва, разбрасывавшая вещество, и сила тяготения самого этого вещества. Если бы сила взрыва была недостаточной, то сила тяготения не дала бы веществу разлететься. И наоборот, если бы сила взрыва была больше силы тяготения, вещество в вакууме разлетелось бы так, что потом оно никогда не собралось бы ни в какие галактики. Соответственно, было рассчитано, что если бы скорость расширявшегося вещества отличалась от той, которая на самом деле имела место, всего на 10-18 доли секунды, то никакая современная Вселенная никогда бы не возникла.[141] Но откуда такая точность, такое немыслимо точное соответствие? Случайность или результат разумного плана? Сложный вопрос для материалистов.
Вообще, рассуждений и предположений на эту тему великое множество. Другое дело, что пока у человечества еще мало знаний, чтобы более или менее уверенно утверждать что-то определенное. В этой связи можно также упомянуть о таком не всеми признаваемом направлении научных исследований, как синергетика, которая в первую очередь изучает явления самоорганизации в природе.[142] В этой же связи уместно упомянуть и понятие антихаоса, которое использует, например, американский биокибернетик С. Кауфман. Суть наблюдаемого феномена в этом случае сводится к тому, что сложные системы иногда склонны к самоорганизации, как бы к кристаллизации, упорядоченности.[143]
Однако вернемся к нашим баранам. Упомянем еще кое-какие факты, касающиеся возникновения и совершенствования интеллекта (неорганического интеллекта). Усилия по созданию искусственного интеллекта привели к разработке теории искусственных нейронных сетей. В этом случае моделируются биологические нейронные сети, то есть то, что имеется у нас с вами в голове (если быть точным, то часть головного мозга, ответственная за интеллект, называется неокортексом[144]). Если мы обладаем интеллектом, то тогда воспроизведение этого множества нейронов и их связей тоже может привести к созданию интеллекта, например, путем построения сверхбольших интегральных схем.[145] В этом направлении проведена довольно большая работа. И надо отметить, что она дала определенные результаты.
Собственно говоря, пройденный за последние полсотни лет путь был следующим. Была создана модель биологического нейрона (формальный нейрон). Кто-то считает ее удачной, а кто-то - нет, но главное, что хоть в какой-то форме она существует и действует. Искусственные нейроны были объединены в сеть. И она стала проявлять некоторые признаки интеллекта. Конечно, это еще не был аналог человеческого интеллекта. Но удалось воспроизвести некоторые функции человеческого мозга. Дальше работы пошли по пути усовершенствования сетей. Были созданы многослойные сети, разработан алгоритм обратного распространения ошибки. В настоящее время искусственные нейронные сети реализуются как с помощью программных средств, так и аппаратных.[146] Программное использование замедляет процесс обработки информации, зато позволяет использовать компьютеры, имеющие только один или лишь несколько процессоров. Но аппаратное использование, видимо, более перспективно. Хотя дело пока упирается в значительное повышение быстродействия. И не только.
Проведенные работы показали, что сеть искусственных нейронов может при определенных условиях самообучаться, самосовершенствоваться. При этом удалось решить некоторые задачи распознавания образов, прогнозирования, адаптивного управления. Собственно говоря, не так уж и важно, что практические результаты исследований пока не увенчались созданием аналога человеческого интеллекта. Главное, была показана принципиальная возможность возникновения и совершенствования интеллекта на подобной основе.
Что такое «самообучение» и «самосовершенствование» искусственной нейронной сети? Это значит очень много. Выходит, «глыба льда» при определенных условиях способна накапливать информацию об окружающем мире. Мало того, что накапливать. Еще и самообучаться. То есть, получая все новую и новую информацию, такая «глыба» будет делать какие-то «выводы». Поначалу самые простые. Потом, наверное, и посложнее. Количество должно перейти в качество. Это и есть самообучение.
Может ли такая «глыба» со временем стать носителем полноценного интеллекта? А почему нет? Конечно, тут мы попадаем в область домыслов и почти фантастических предположений. Никакие опыты или наблюдения за окружающей природой этого пока не подтвердили. Но именно что «пока». В любом случае, согласитесь, очень серьезная основа для предположений о том, как именно мог возникнуть «неорганический» интеллект.
Итак, подытожим. Могла возникнуть сама собой большая сеть однородных элементов, в чем-то похожих на искусственную нейронную сеть? Наверное, могла. Если уж хромосомы якобы сами возникли, то такая сеть тем более. Следующий вопрос: могло так случиться, что подобная сеть стала поглощать и запоминать информацию об окружающем мире и даже самообучаться? Звучит совсем фантастично. Но в этой части наши предположения как раз имеют основу. Искусственная нейронная сеть именно так себя и ведет. Накапливает информацию и самообучается. Если все так, то мы уже почти получили искусственный (неорганический) интеллект. Который, заметим, возник сам по себе.
А если все так, то тогда картина возникновения жизни на Земле может быть следующей: сначала возник носитель интеллекта. Потом в силу естественных причин сформировался сам интеллект («неорганический» интеллект). А уж потом он мог инициировать возникновение и формирование органической жизни.
Говоря об искусственных нейронных сетях, нужно упомянуть об одном довольно интересном проекте – создании вычислительной машины пятого поколения. В девяностых годах прошлого века такие работы велись в Японии, причем довольно широко. Смысл этих работ заключался в следующем. Предполагалось, что новая ЭВМ будет основана на параллельной работе множества простых процессоров, объединенных в сеть. В чем-то речь шла о механическом моделировании человеческого мозга. Параллельная обработка информации означала не только рост быстродействия, но и такое важное свойство, как самообучение и самосовершенствование.
Проект, как известно, окончился не слишком удачно. Новая ЭВМ была создана, причем с характеристиками, даже превосходящими запланированные. Но она оказалась невостребованной. Созданные модели не смогли конкурировать с однопроцессорными машинами, которые, вопреки ожиданиям, совершенствовались проще и легче и в конечном итоге оказались намного более быстродействующими. Программный прогресс пока доказал свое превосходство над аппаратным. А Интернет оказался на данном этапе более эффективным способом хранения и использования информации, чем отдельно взятая машина.
Тем не менее понятно, что количественное объединение простейших процессоров по определенному принципу скорее всего приведет к возникновению интеллекта, к тому же способного самосовершенствоваться. Хотя бы в силу того факта, что существует естественный интеллект, основанный, судя по всему, именно на принципе объединения нейронов в сети. Однако пока возможности аппаратного совершенствования оказались довольно скромными по нынешним понятиям, а принципы взаимодействия элементарных частей системы все еще далеки от идеала.
Иными словами, научные работы в вышеуказанных направлениях показали, что интеллект может возникнуть из объединения элементарных частиц (нейронов, простейших процессоров), обладающих каким-то определенным, но не обязательно сложным свойством. Может быть, это полупроводниковый эффект. А может быть, и иной эффект. Однако это значит, что интеллект может возникнуть и не в результате деятельности человека, а самостоятельно, без его помощи.
Применительно к данной теме можно также упомянуть проводимые работы по созданию квантового компьютера.[147] Один из вариантов – это использование в качестве процессора такого компьютера органической жидкости.[148] При определенных условиях она сама становится процессором с быстродействием, немыслимым для современных машин.
Может быть, и в целом можно искать ответы на вопрос, как возник интеллект, в рамках законов квантовой физики, например, применительно к эффекту спутанности. Напомним еще раз: спутанность означает, что некоторые объекты микромира являются взаимозависимыми. Если какому-то изменению подвергается один, то мгновенно какие-то изменения претерпевает и другой объект, несмотря на то, что он может находиться на значительном удалении. Это спутанные элементарные частицы. Иногда их называют ЭПР-парами (Эйнштейн-Подольский-Розен), что не совсем верно. Эйнштейн с Борисом Подольским и Натаном Розеном как раз на примере таких пар элементарных частиц пытались оспорить фундаментальные основы квантовой механики.
Так вот, не исключено, что вся окружающая нас объективная материя состоит из таких спутанных пар. Эти объекты могут также в рамках законов квантовой физики возникать из ничего и исчезать в ничто. Звучит немыслимо, но это именно так. На научном языке этот феномен называется декогеренцией и рекогеренцией. А "ничто" называется скромным научным термином "квантовая нелокальность".
Казалось бы, объекты квантового мира слишком малы, чтобы учитывать специфические феномены, происходящие с ними. Однако допустим на миг, что появилась причина, которая заставила в силу декогеренции появиться в окружающем нас пространстве одну спутанную пару. Если появилась одна пара, то не могут ли в силу определенной специфической причины появиться сразу две пары, много пар? Наверное, могут. И в каком же, интересно, виде будут существовать эти пары? В виде отдельных элементарных частиц? А почему, собственно говоря, отдельных? Может быть, возможен и чуть иной сценарий? Допустим, что такие пары появляются во множестве. Но каждый элемент пары сразу объединяется в устойчивую структуру с другими элементами. Что-то вроде кристалла, например. И на каком-то расстоянии друг от друга возникают два кристалла. Один из них состоит из первых элементов пары, а другой – из вторых. Получится два взаимосвязанных объекта, но уже не микромира, а макромира. То есть два связанных объекта, которые имеют довольно специфические свойства и которые существуют в виде привычной для нас материи, внешне подчиняясь законам классической физики. И квантовой физики тоже.
Конечно, сценарий немного фантастичен. Что-то вроде двух магических кристаллов, а тем более каких-нибудь полудрагоценных или драгоценных камней. Тем не менее, может быть, следует иметь в виду и такую фантастическую возможность. Отсюда ясновидение, телепатия, чтение мыслей, вещие сны и вообще много чего еще.
Насколько реален шанс самоорганизации материи?
Было бы ошибкой считать, что процессы, протекающие в нейронных сетях, слишком просты. И вряд ли материя склонна слишком часто самоорганизовываться, превращаться в носителя интеллекта, способного к тому же эволюционировать. Нет, такие процессы, наверное, не простые. Но все-таки, похоже, реальные. Давайте порассуждаем на эту тему, используя уже имеющиеся научные знания в этой области. Как известно, однопроцессорные компьютеры осуществляют вычислительные операции последовательно. При этом их действия определяются алгоритмом, заранее заданным человеком. Процессор обрабатывает не образы, а символы. Таких символов ограниченное количество. Процессор можно заранее "научить" распознавать и обрабатывать символы. Информация для обработки хранится в этом случае отдельно, в долговременной памяти, которая имеет некий аппаратный вид (винчестер).
Такой вид вычислительной машины вряд ли может возникнуть самостоятельно. Процессор слишком сложен по своему устройству. Кроме того кто-то должен задать алгоритм. Одновременно должна возникнуть субстанция, хранящая информацию. Мало того, нужен механизм извлечения и обработки информации. Все операции последовательные. Само "железо" – высокоуязвимое, хрупкое. Нет, такое само никогда не возникнет. Это просто немыслимо и за пределами любых допущений, даже учитывая космические масштабы времени и пространства. Единственно, тут речь идет все-таки о простейших символах. Вот только такие символы и есть единственный простой элемент во всей этой структуре.
Теперь давайте оценим, что такое нейронная сеть. У человека это сеть нейронов, особых клеток. Это биологическая субстанция, которая как-то возникла. Такие клетки тоже предельно сложные. Если бы их не было, разумно было бы предположить, что такое само никогда не возникает. Но они есть. Другое дело, откуда они взялись (как и вообще все то, что мы называем жизнью). Поэтому ограничимся констатацией, что такой феномен существует. Есть сети нейронов, они функционируют, эффект от их работы налицо. Это человеческий интеллект.
Сеть естественных нейронов можно смоделировать. Это уже удалось, причем двумя путями. Один – создание программного нейрона. Другой – аппаратного. И тот, и другой намного проще биологического нейрона. Но они все равно являются его моделью, пусть и упрощенной. Главное, что искусственные нейроны работают на том же принципе, что и биологические. При этом они могут выполнять числовые и логические операции, если, конечно, объединены в сеть. Это бесспорный научно установленный факт, который к тому же удалось подтвердить и практическими опытами.
Насколько искусственный нейрон прост? Может ли он возникнуть сам, без помощи человека? Еще раз, на этот раз поподробнее, опишем формальный нейрон, первая из моделей которого была разработана еще в 1943 году. Это так называемый пороговый элемент. К нейрону приходит сигнал. На входе формального нейрона имеются возбуждающие и тормозящие синапсы. Синапс – это элемент нейрона, участвующий в передаче сигнала.[149] В самом нейроне определяется взвешенная сумма входящих сигналов (весы синапсов). Если эта сумма выше определенного порога, то нейрон вырабатывает выходной сигнал.
С математической точки зрения искусственный нейрон – это нелинейная функция от единственного аргумента, который представляет собой линейную комбинацию всех входных сигналов. Такую функцию называют функцией срабатывания или активации.
Биологический нейрон работает с бинарным сигналом. Он может находиться либо в возбужденном, либо в невозбужденном состоянии. То есть формально работает только с двумя знаками: нулем и единицей. Такие нейроны находятся в нашей с вами голове и предположительно именно они позволяют совершать все те действия, которые мы называем проявлениями человеческого интеллекта. Тут мы намеренно немного упрощаем, но читатель, будем надеяться, это простит. Конечно, в реальности живой нейрон не просто пропускает полученный сигнал или тормозит его. Такой сигнал может быть также усилен или ослаблен. Наверное, это тоже играет какую-то роль. Однако, наверное, не слишком принципиальную. Информация может передаваться в двоичном коде, а может и с помощью другой системы счисления. Мы, люди, в обыденной жизни пользуемся, как правило, десятью цифрами. Двоичная система счисления позволяет легче формализовать ту или иную информацию, не более. Кроме того, как известно, она более экономична.
Двоичный код вообще может служить основой познания окружающего мира. Например, следующим образом можно описать процесс познания только что родившегося ребенка. Тот для начала выделяет около себя "нечто" как противоположность понятию "ничто". То есть начало процесса познания окружающего мира – это обнаружение какой-то субстанции в противоположность пустоте, ничему. Нетрудно заметить, что тут действует принцип "да" и "нет", или, другими словами, бинарный код, единица и нуль, которые и являются двоичной системой. Выходит, что, пользуясь двоичной системой, можно познавать окружающее пространство. То есть субстанция, которая способна разделить сигнал на "да" и "нет", может быть способна к отражению окружающего мира, его запоминанию, а может быть, и познанию.
Современные искусственные нейроны устроены намного более сложно, чем первые прототипы, и работают, в отличие от них, даже с аналоговым сигналом. Но первые модели, так же, как и биологический нейрон, работали только с бинарным кодом. Уже в 1957 году была разработана модель искусственного нейрона, которая называлась персептроном. Он состоял из трех элементов: сенсоры (рецепторы), ассоциативные элементы, реагирующие элементы. Сигнал попадал на сенсор, от него передавался ассоциативным элементам, а от них – реагирующим элементам. На основе даже этого сравнительно простого искусственного нейрона были получены достаточно неплохие практические результаты. Хотя исследования показали, что возможности персептрона довольно ограниченные. Задачи, которые могли быть решены с его помощью, подчас требовали нереально большого времени или нереально большой памяти.[150]
Итак, простейший искусственный нейрон также работает по принципу "да" или "нет". На входе сигнал "взвешивается". Результат - либо "да", либо "нет". Дальше сигнал изменяется по определенному правилу, пусть даже самым простейшим образом, и передается дальше, на входы всех тех других нейронов, которые с ним связаны. Простейшее правило изменения – это передавать дальше 0 или 1.
Связь между нейронами, в том числе и искусственными, называют синапсом. Она характеризуется своим весом. Если вес положительный, то это возбуждающая связь. Если отрицательный, то тормозящая связь. Вес – это коэффициент передачи сигнала. Выход у искусственного нейрона называют аксоном. Он соединен с входами произвольного количества других нейронов. Один синапс хранит два байта информации.
Сама сеть нейронов – это не совсем их произвольная совокупность. Есть входные нейроны. Они принимают входную информацию и передают возникшие сигналы дальше, возможно усиливая или ослабляя их. На этом этапе, как правило, не происходит никаких вычислительных операций. Существуют также выходные нейроны. Они могут осуществлять какие-то вычислительные операции. Кроме того, существуют промежуточные нейроны. Вот они выполняют основные вычислительные операции. Если быть точным, то нейроны классифицируются как детекторы, гностичес