Кибернетика и общество (сборник)
Шрифт:
Кроме этих машин, работающих по принципу «да – нет», существуют другие вычислительные и контрольные машины, которые не столько считают, сколько измеряют. Эти машины называются аналоговыми машинами, потому что они работают на аналоговых связях между измеряемыми величинами и цифровыми параметрами, которые призваны характеризовать эти величины. Примером аналоговой машины является логарифмическая линейка, противопоставляемая, скажем, настольному арифмометру, который оперирует цифрами. Те, кто пользовался логарифмической линейкой, знают, что шкала, на которой нанесены деления, и острота нашего зрения ставят жесткие ограничения на точность чтения показаний линейки. Эти ограничения не так просто раздвинуть, как может показаться, за счет увеличения размеров линейки. Логарифмическая линейка длиной в 10 футов даст решение точнее всего на один десятичный разряд по сравнению с логарифмической линейкой в один фут, причем для достижения такой точности необходимо не только отмерить каждое деление на большой линейке столь же тщательно, как на малой, но и ориентировать эти последовательные деления в соответствии
Однако если слишком упорно настаивать на том, что мозг является идеальной цифровой машиной, мы рискуем вызвать вполне обоснованную критику, частично со стороны физиологов, а частично со стороны до некоторой степени противоположного лагеря тех психологов, которые предпочитают не прибегать к сравнениям с машинами. Я уже сказал, что для цифровых машин используется тейпинг, который определяет последовательность выполняемых операций, и что изменение тейпинга на основании предыдущего опыта соответствует процессу обучения. В человеческом мозге ближайшую аналогию тейпингу составляет определенность синапсических порогов, то есть комбинаций входящих нейронов, что возбуждают соединенный с ними выходящий нейрон. Мы видели, что эти пороги могут меняться под воздействием температуры, и у нас нет оснований полагать, что они не могут изменяться под воздействием химического состава крови и многих других факторов, каковые сами по себе не относятся к явлениям типа «все или ничего». Поэтому необходимо при рассмотрении проблемы обучения чрезвычайно осторожно применять принцип «все или ничего» для описания деятельности нервной системы – во всяком случае, без обоснованной научной критики этого принципа и без конкретных экспериментальных свидетельств в подкрепление нашей гипотезы.
Часто можно услышать, будто теории обучения, которая подходила бы для машин, вовсе не существует. Еще говорят, что на современной ступени нашего познания любая теория обучения, которую я могу предложить, окажется преждевременной и, вероятно, не будет соответствовать фактическому функционированию нервной системы. Я хотел бы выбрать среднюю линию между этими двумя критическими высказываниями. С одной стороны, я намерен описать метод конструирования обучаемых машин – метод, который не только позволит мне создавать специальные машины такого типа, но и предоставит общие технические приемы конструирования очень широкого класса подобных машин. Лишь в случае, если я смогу достичь такой степени обобщения, мне удастся хотя бы в некоторой степени защититься от того критического замечания, что механические процессы, которые, по моему мнению, аналогичны обучению, по своей сути принципиально отличаются от обучения.
С другой стороны, мне хотелось бы описать такие машины в терминах, которые покажутся достаточно знакомыми тем, кто ведет фактическое наблюдение за процессами нервной системы, за поведением человека и животных. Конечно, я понимаю, что не могу надеяться на абсолютную правоту в изложении всех деталей при описании реального человеческого механизма и что могу даже серьезно ошибаться. Тем не менее, если хочу предложить схему, которая может быть выражена словесно в форме понятий, относящихся к человеческому разуму и человеческому мозгу, я тем самым обеспечу себе отправную точку для преодоления критики, а также критерий, с которым можно сопоставить ожидаемый результат на основании других теорий.
Джон Локк в конце XVII столетия выдвинул гипотезу о том, что разум наполнен некими сущностями, которые он называл идеями. Для Локка разум был совершенно пассивен, представлял собой пустую доску, tabula rasa [32] , на которой фиксируются опыт и впечатления индивидуума. Если эти впечатления появляются часто, либо единовременно, либо в определенной последовательности, или же в ситуациях, которые мы обычно относим к причинно-следственным связям, то, по Локку, эти впечатления, или идеи, будут формировать комплексные идеи, обладающие выраженной позитивной тенденцией к удержанию составных элементов вместе. Механизм, посредством которого идеи удерживаются вместе, является неотъемлемой частью самих идей; при этом во всей работе Локка ощущается своеобразное нежелание охарактеризовать подобный механизм. Его теория, пожалуй, имеет такого рода отношение к действительности, какое наблюдается между фотографией локомотива и настоящим локомотивом. Это просто схема без каких-либо работающих элементов. Впрочем, последнее неудивительно, если принять во внимание период, когда Локк выдвинул свою теорию. Именно в астрономии, а не в инженерном деле или психологии, впервые приобрела значимость динамическая точка зрения, представление о работающих частях; и в том заслуга Ньютона, не предшественника Локка, а его современника.
32
Букв. «чистая доска» (лат.).
На протяжении нескольких столетий наука, подчинявшаяся аристотелевскому стремлению к классификации, пренебрегала современным стремлением искать способы функционирования явлений. Скажу так: применительно к тем растениям
В последней четверти минувшего века и в первой четверти XX столетия другой великий ученый, Иван Павлов, по-своему исследовал фактически ту же самую область, которую ранее изучал Локк. Однако Павлов исследовал условные рефлексы экспериментально, а не теоретически, как Локк. Более того, отслеживал условные рефлексы низших животных, а не проявления этого рефлекса у человека. Низшие животные не способны говорить на человеческом языке, они изъясняются на языке поведения. Большая часть их наиболее очевидного поведения эмоциональна по своим побуждениям, а большинство эмоций диктуется поисками пищи. Павлов начал свои исследования именно с пищи и с физиологических симптомов слюноотделения. Довольно просто вставить канюлю в слюнную железу собаки и далее наблюдать выделение слюны при появлении пищи.
Обыкновенно многие факторы, не связанные с пищей, например видимые объекты, услышанные звуки и пр., не оказывают никакого воздействия на слюноотделение, но Павлов заметил, что если при кормлении собаки регулярно показывать какие-то предметы или издавать какие-то звуки, то позднее одного показа предмета или одного звука становится достаточно, чтобы вызвать слюноотделение. То есть рефлекс слюноотделения обусловлен предыдущими ассоциациями.
Здесь перед нами, на уровне рефлекса животных, нечто наподобие ассоциации идей Локка, ассоциация, которая возникает как рефлекторная реакция, чье эмоциональное содержание предположительно чрезвычайно сильно. Отметим довольно сложную природу предшествующих факторов, необходимых для появления условного рефлекса павловского типа. Прежде всего эти факторы обычно связаны с каким-то важным параметром жизни животного, в данном случае с пищей, пускай даже в своей окончательной форме рефлекс может вызываться в отсутствие пищи. Впрочем, можно проиллюстрировать значимость первоначального стимула для павловского условного рефлекса на примере электрифицированных изгородей вокруг скотоводческой фермы.
На скотоводческой ферме не так-то просто установить проволочные изгороди, достаточно прочные для того, чтобы не выпускать наружу бычков. Потому экономически выгодно заменить крепкие изгороди такого типа изгородью с одной или двумя сравнительно тонкими нитками проволоки, по которым пущен электрический ток; напряжение тока довольно велико, и животное получает ощутимый удар, когда замыкает своим телом электрическую цепь. Изгородь способна сработать несколько раз, а после этого она будет выполняет свою функцию не потому, что может механически отгонять бычков при помощи электрических разрядов, а потому, что у бычка возникает условный рефлекс, побуждающий держаться подальше от изгороди. Тут непосредственным раздражителем для рефлекса выступает боль, а всякое животное норовит избегать боли, это непременное условие продолжения жизни. Вторичным раздражителем для рефлекса оказывается вид изгороди. Помимо голода и боли существуют другие раздражители, стимулирующие появление условного рефлекса. Называть их эмоциональными состояниями – значит прибегать к антропоморфическому языку, но такой антропоморфизм не понадобится, если описывать их как состояния, имеющие общее важное значение для животного, чего не скажешь о многих других состояниях. Этот опыт, назовем мы его эмоциональным или как-то еще, провоцирует появление сильных рефлексов. При формировании условных рефлексов как таковых рефлекторная реакция преобразуется в одно из этих состояний раздражения. Состояние раздражения часто возникает одновременно с появлением раздражителя. Изменение стимула, вызывающего данную реакцию, должно иметь свой коррелят в нервной системе в виде открытия синапсических путей, что ведут к реакции, но в остальных случаях пребывали бы закрытыми, – или в закрытии тех, что иначе оставались бы открытыми; в итоге возникает, как выражаются кибернетики, изменение тейпинга.
Такому изменению тейпинга предшествует непрерывная ассоциация старого и сильного естественного раздражителя конкретной реакции с новым раздражителем, ему сопутствующим. Как если бы старый раздражитель был наделен способностью изменять «проницаемость» путей передачи сообщений в то самое время, когда он активен. Любопытно, что новый активный раздражитель не нуждается ни в каких предварительно задаваемых свойствах, кроме факта повторяющихся совпадений с исходным раздражителем. То есть исходный раздражитель как будто оказывает долговременное воздействие на все пути передачи сообщений в ходе своего действия (по крайней мере, на значительное их число). Произвольность вторичного раздражителя показывает, что видоизменяющий эффект исходного раздражителя распространяется широко и не ограничивается несколькими специфичными путями. Отсюда мы умозаключаем, что может иметься некоторый общий тип сообщения, порождаемый исходным раздражителем, но это сообщение циркулирует только по тем каналам, которые передавали его в примерный период действия исходного раздражителя. Последствия этого действия могут оказаться временными, но тем не менее весьма длительными. Логично предположить, что это производное действие будет происходить в синапсах, где, вероятно, на него реагируют пороги.