Многие исследования в области искусственного интеллекта сталкиваются с проблемой отсутствия в настоящее время какой-либо мощной теории сознания и деятельности мозга.
На самом деле у нас довольно ограниченные знания о том, как мозг учится и достигает адаптивных результатов.
Однако на данный момент наблюдается заметный рост взаимного влияния области искусственного интеллекта и нейробиологии.
На основе результатов математического моделирования деятельности мозга ставятся новые цели перед экспериментами в области нейробиологии и психофизиологии, а экспериментальные данные биологов, в свою очередь, во многом влияют на вектор развития ИИ.
Исходя из вышеизложенного, становится ясно, что будущее успешное развитие бионического ИИ требует тесного сотрудничества математиков и нейробиологов, что в конечном итоге будет плодотворным для обеих областей.
Для этого, в частности, необходимо изучение современных достижений теоретической нейробиологии.
На данный момент в области теоретической нейробиологии существуют три наиболее разработанные и частично экспериментально проверенные теории структуры сознания: теория функциональных систем П.
К.
Анохина, теория отбора групп нейронов (нейродарвинизм) Джеральда Дельмана и теория глобальных информационных пространств Жан-Пьера Чейнджера (первоначально сформулированная Бернаром Баарсом).
Остальные теории либо являются модификациями упомянутых, либо не подтверждены никакими экспериментальными данными.
В этой статье будет обсуждаться первая из этих теорий – Теории функциональных систем П.
К.
Анохина .
Парадигмы реактивности и активности
Прежде всего необходимо сказать, что при всем многообразии теорий и подходов, используемых в психологии, психофизиологии и нейробиологии, их можно разделить на две группы.В первой группе реактивность рассматривается как основной методический принцип, определяющий подход к изучению закономерностей мозговой организации поведения и деятельности, во второй - активность [1] (рис.
1).
Рис.
1. Две парадигмы нейрофизиологии – реактивность и активность.
В соответствии с парадигмой реактивности за стимулом следует реакция – поведенческая у индивида, импульсная у нейрона.
В последнем случае в качестве стимула рассматривают импульс пресинаптического нейрона.
В соответствии с парадигмой деятельности действие заканчивается достижением результата и его оценкой.
Схема включает модель будущего результата: для человека, например, контакт с целевым объектом [2].
Согласно реактивному подходу, агент не должен проявлять активность при отсутствии стимулов.
Напротив, при использовании парадигмы деятельности можно допустить случай, когда агент не получил никакого стимула из внешней среды, однако, по ожиданиям агента, он должен был поступить.
В этом случае агент будет действовать и учиться устранять несоответствие, чего не могло быть в случае простейшего безусловного ответа агента на стимул внешней среды.
Теория функциональных систем
В теории функциональных систем детерминантой поведения является не прошлое событие по отношению к поведению – стимул, а будущее – результат [3].Функциональная система существует динамично развивающаяся широко распределенная система разнородных физиологических образований, все части которой способствуют получению определенного полезного результата [4].
Именно ведущее значение результата и модели будущего, создаваемой мозгом, позволяют говорить не о реакции на раздражители внешней среды, а о полноценной целеполагании.
Рис.
2. Общая архитектура функциональной системы [4] (ОА – ситуационная афферентация, ПА – пусковая афферентация) Архитектура функциональной системы представлена на рис.
2. На схеме показана последовательность действий при реализации одной функциональной системы.
Сначала происходит афферентный синтез, аккумулирующий сигналы внешней среды, памяти и мотивации субъекта.
На основе афферентного синтеза принимается решение, на основе которого формируются программа действия и акцептор результата действия – прогноз эффективности выполняемого действия.
После чего непосредственно выполняется действие и принимаются физические параметры результата.
Одной из важнейших частей этой архитектуры является афферентация обратной связи — обратная связь, позволяющая судить об успешности того или иного действия.
Это непосредственно позволяет субъекту обучаться, поскольку, сравнивая физические параметры полученного результата и прогнозируемого результата, можно оценить эффективность целенаправленного поведения.
При этом следует отметить, что на выбор того или иного действия влияет множество факторов, совокупность которых перерабатывается в процессе афферентного синтеза.
Такие функциональные системы разрабатываются в процессе эволюция И обучение на протяжении всей жизни .
Обобщая, вся цель эволюции — развитие функциональных систем, которые дадут наилучший адаптивный эффект. Функциональные системы, выработанные эволюцией, развиваются еще до рождения, когда нет прямого контакта с окружающей средой, и обеспечивают основной репертуар.
Именно этот факт указывает на эволюционный характер этих явлений.
Такие процессы широко известны как первичный системогенез [5].
Системно-эволюционная теория, разработанная В.
Б.
Швырков.
на основе теории функциональных систем она даже отвергла понятие «пускового стимула» и рассматривала поведенческий акт не изолированно, а как компонент поведенческого континуума: последовательности поведенческих актов, совершаемых индивидом на протяжении всей его жизни ( Рис.
3) [6].
Следующее действие в континууме реализуется после достижения и оценки результата предыдущего действия.
Такая оценка является необходимой частью процессов организации очередного поступка, которые, таким образом, можно рассматривать как трансформационные или процессы перехода от одного поступка к другому [7].
Рис.
3. Поведенческий временной континуум Из всего вышесказанного следует, что у человека и даже отдельного нейрона должна быть способность к выработке образа результата действия и способность оценивать эффективность своего поведения.
При соблюдении этих условий поведение можно с уверенностью назвать целенаправленным.
Однако процессы системогенеза происходят в мозге не только в процессе развития (первичный системогенез), но и в течение жизни субъекта.
Системогенез – это формирование новых систем в процессе обучения.
В рамках системно-селективной концепции обучения - формирование новой системы - рассматривается как формирование нового элемента индивидуального опыта в процессе обучения.
Формирование новых функциональных систем в процессе обучения основано на отборе нейронов из «резерва» (предположительно малоактивных или «молчащих» клеток).
Эти нейроны можно обозначить как доспециализированные клетки [8].
Выбор нейронов зависит от их индивидуальных свойств, т. е.
от особенностей их метаболических «потребностей».
Выделенные клетки становятся специализированными относительно вновь образовавшейся системы – системно-специализированными.
Эта специализация нейронов относительно вновь образующихся систем постоянна.
Таким образом, новая система оказывается «добавкой» к ранее сформированным, «наслаиваясь» на них.
Этот процесс называется вторичный системогенез [9].
Следующие положения системной эволюционной теории: • о наличии в мозгу животных разных видов большого количества «молчащих» клеток; • об увеличении количества активных клеток во время обучения; • что вновь сформированные специализации нейронов остаются постоянными • что во время обучения рекрутируются новые нейроны, а не переобучаются старые, согласуются с данными, полученными в работе ряда лабораторий [10].
Отдельно хотелось бы отметить, что, согласно современным представлениям психофизиологии и системной эволюционной теории, количество и состав функциональных систем человека определяются как процессами эволюционной адаптации, отражающимися в геноме, так и продолжительностью жизни индивидуума.
обучение.
Теория функциональных систем успешно изучается посредством имитационного моделирования и на ее основе строятся различные модели управления адаптивным поведением [11,12].
Вместо заключения
Теория функциональных систем в свое время первой ввела понятие целенаправленного поведения путем сравнения прогнозируемого результата с его действительными параметрами, а также обучения как способа устранения несоответствия между организмом и средой.Многие положения этой теории сейчас требуют существенного пересмотра и адаптации с учетом новых экспериментальных данных.
Однако на данный момент эта теория является одной из наиболее разработанных и биологически адекватных.
Я хотел бы еще раз отметить, что, с моей точки зрения, дальнейшее развитие области ИИ невозможно без тесного сотрудничества с нейробиологами, без построения новых моделей, основанных на мощных теориях.
Библиография
[1] .Александров Ю.
И.
«Введение в системную психофизиологию».
// Психология XXI века.
М.
: Per Se, стр.
39-85 (2003).
[2] .
Александров Ю.
И.
, Анохин К.
В.
и другие.
Нейрон.
Обработка сигнала.
Пластик.
Моделирование: фундаментальное руководство.
Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета (2008).
[3] .
Анохин П.
К.
Очерки по физиологии функциональных систем.
М.
: Медицина (1975).
[4] .
Анохин П.
К.
«Идеи и факты развития теории функциональных систем».
// Психологический журнал.
Том.
5, стр.
107-118 (1984).
[5] .
Анохин П.
К.
«Системогенез как общая закономерность эволюционного процесса».
// Вестник экспериментальной биологии и медицины.
№ 8, том.
26 (1948).
[6] .
Швырков В.
Б.
Введение в объективную психологию.
Нейрональные основы психики.
М.
: Институт психологии РАН (1995).
[7] .
Александров Ю.
И.
Психофизиология: Учебник для вузов.
2-е изд. СПб: Питер (2003).
[8] .
Александров Ю.
И.
«Обучение и память: системная перспектива».
// Вторые Симоновские чтения.
М.
: Издательство.
РАН, стр.
3-51 (2004).
[9] .
Теория системогенеза.
Под. ред. К.
В.
Судакова.
М.
: Горизонт (1997).
[10] .
Джог М.
С.
, Кубота К.
, Коннолли К.
И.
, Хиллегаарт В.
, Грейбил А.
М.
«Создание нейронных представлений о привычках».
// Наука.
Том.
286, стр.
1745-1749 (1999).
[11] .
Редько В.
Г.
, Анохин К.
В.
, Бурцев М.
С.
, Манолов А.
И.
, Мосалов О.
П.
, Непомнящих В.
А.
, Прохоров Д.
В.
«Проект «Анимат Мозг»: проектирование системы управления аниматом на основе теории функциональных систем» // Упреждающее поведение в адаптивных обучающихся системах.
LNAI 4520, стр.
94–107 (2007).
[12] .
Редько В.
Г.
, Прохоров Д.
В.
, Бурцев М.
С.
«Теория функциональных систем, адаптивная критика и нейронные сети» // Труды IJCNN, 2004. Стр.
1787-1792 (2004).
Теги: #искусственный интеллект #сознание #нейробиология
-
Как Работает Спутниковый Интернет
19 Oct, 24 -
Вентилируемая Мышь
19 Oct, 24 -
Возобновляемая Энергия
19 Oct, 24 -
Конференция C++ Сибирь`2015
19 Oct, 24 -
Итоги Конкурса На Самый Глючный Код C++
19 Oct, 24
