ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Автор сравнивает наиболее человекоподобный тип машин — цифровые электронные машины — с мозгом человека. Он приходит к заключению, что через 50 лет мы, возможно, будем заняты обсуждением вопроса о предоставлении ЭВМ права голоса, (пер. И. Верещагина ) Машины, обладающие физической силой из "Человеческие способности машин" Открывая своей статьей специальный выпуск журнала Сайенс Джорнел , Н. С. Сатерленд, профессор экспериментальный психологии университета в Сассек-се, сравнивает наиболее человекоподобный тип машин— цифровые электронно-вычислительные машины (ЭВМ) — с мозгом человека. Он приходит к заключению, что не позже чем через 50 лет мы, возможно, будем вполне серьезно обсуждать вопросы о предоставлении ЭВМ права голоса. [c.23] Этот специальный выпуск журнала Сайенс Джорнел целиком посвящен машинам, поведение которых подобно поведению человека, — машинам, способным читать или говорить, играть в интелочектуальные игры, воздействовать на свое окружение, и рассуждающим машинам. Такие машины вызывают большой интерес ученых самых разнообразных специальностей. Есть по меньшей мере две причины для того, чтобы пытаться передать машинам решение некоторых задач, которые до последнего времени мог решать (на нашей планете) только человек. [c.23] Мозг человека можно рассматривать в двух различных, но тесно взаимосвязанных аспектах — его структуры и его функции. Нейрофизиологи пытаются познать структуру мозга — особенности работы отдельных клеток или выяснить природу физических изменений, происходяш,их в мозге в процессе обучения. Психолога-экспериментатора интересует не столько работа отдельных элементов мозга, сколько объединяющая их система или логика , определяющая поведение всего организма. Поскольку мозг человека является наиболее сложным из известных нам устройств обработки информации — вторая задача представляется невероятно трудной. Современные теории организации мозга часто весьма туманны и так как они по большей части не подвергаются анализу современными математическими методами, то часто бывает невозможно вывести все следствия из исходных предположений теории или хотя бы проверить их справедливость. Создание ЭВМ дает надежду на изменение этого положения, так как ЭВМ позволяет проверить на машинной модели любую сложную теорию организации мозга. [c.24] Это дает ряд преимуществ. Экспериментируя на машинной модели, можно проверить, в какой степени предлагаемая теория организации мозга соответствует тому типу поведения, которое стремятся объяснить. Более того, возможно также, что новая модель даст непредвиденное ранее поведение. Если это случится, то мы сможем дополнительно проверить модель на людях и выяснить, совпадает ли их поведение с ожидаемым. Не менее важным является то обстоятельство, что разработка машинной модели требует четких формулировок это объективно дисциплинирует исследователя. Для того чтобы придать машине поведение, сходное с заданным поведением человека, необходимо однозначно и строго записать основные свойства модели. [c.24] ЭВМ несравненно лучше человека решают арифметические задачи, но решают их совершенно иным способом. В то время как человек работает в десятичной системе счисления, машина выполняет арифметические операции, пользуясь двоичной системой. Она складывает все 48 разрядов суммируемых чисел одновременно, в то время как человек суммирует каждый разряд последовательно. Рабочая память человека несравненно беднее памяти машины. Поэтому мы вынуждены регистрировать каждую операцию, затрачивая большой труд на изменение внешнего окружения (например, записывая промежуточный результат карандашом на бумаге), а ЭВМ записывают результаты каждой операции в оперативной памяти и немедленно выдают их, по мере надобности, для дальнейшего использования. Хотя мы можем создать программу, имитирующую на машине привычный человеку способ арифметических вычислений, но это будет чрезвычайно неэффективный способ использования ЭВМ. [c.25] Несмотря на упомянутые различия между двумя подходами к человекоподобным машинам, существует также нечто общее. Если мы узнаем способ выполнения мозгом определенной задачи обработки информации, то сможем создать программу с такой же логикой и таким образом найдем способ (не обязательно наиболее эффективный) для того, чтобы машина решала такую задачу аналогично человеку. По-видимому, хотя бы для некоторых задач (например, для распознавания образа) наиболее эффективный способ работы машины в значительной мере окажется подобным способу, реализованному в мозге человека. Это построение может идти и в обратном направлении наличие программ для решения некоторых проблем, например типа рассмотренных Дональдом Мичи в статье о машинах, способных играть и планировать, может, по меньшей мере, подсказать гипотезу о том, как человек способен решать подобные проблемы. Хотя детали могут быть различны, многие из общих принципов останутся сходными. [c.25] Заслуживает рассмотрения также вопрос о том, насколько современные машины действительно подобны человеку. Поскольку ЭВМ является наиболее гибким и современным средством обработки информации, то мы и уделим основное внимание вопросам сходства и различия между работой мозга и ЭВМ. Следует, однако, с осторожностью подходить к приведенным ниже количественным оценкам человеческого мозга. Хотя они вычислены по наилучшим из имеющихся данным, сами эти данные весьма неполны и частично основаны на сомнительных предпосылках. [c.26] Очевидно, что физические элементы мозга и ЭВМ имеют различную природу отсюда, однако, не следует, что логика обработки информации человеком и машиной должна быть различной. Еще в 1943 году Уоррен Мак-Каллох и Уолтер Питтс доказали, что любое устройство обработки информации можно представить в виде релейной схемы так, что при этом будет обеспечена эквивалентность соотношений входов и выходов в обоих устройствах. [c.26] Современные ЭВМ состоят почти целиком из двухпозиционных реле. Большинство нейронов в мозге, вероятно, также передают информацию, используя лишь два дискретных состояния, — они либо проводят, либо не проводят нервный импульс, но здесь имеют место процессы аналогового типа на стыках нервных клеток. Хотя аналоговый, непрерывный процесс может быть представлен в виде дискретного, однако это означает, что для достижения сложности организации мозга человека ЭВМ, возможно, должна будет обладать большим числом элементов, чем мозг. С другой стороны, некоторые аналоговые процессы типа рассматриваемых У. К. Тейлором в статье Обучающиеся машины могут быть непосредственно использованы в устройстве ЭВМ общего назначения. [c.26] Другое существенное различие между элементами мозга и машины состоит в том, что клетки мозга имеют значительно большее число соединений, чем элементы ЭВМ. В то время как на вход элемента ЭВМ обычно подается сигнал с одного или двух элементов, нервная клетка мозга может одновременно находиться под воздействием нескольких сотен других нервных клеток. Позднее я еще вернусь к этому вопросу. [c.26] Машина работает во много тысяч раз быстрее, и скорость ее ограничивается в основном возможностями входных и выходных устройств, а не быстродействием внутренних систем обработки информации. Считывание с перфорированной ленты может производиться со скоростью около 6 ООО бит/сек, что примерно равно скорости работы выходного устройства, печатающего в одну строку. Значительно большая скорость может быть достигнута при использовании магнитной ленты во входных и выходных устройствах. [c.28] Принимая во внимание все эти факторы, 1 бит/сек представляется достаточно надежной верхней границей для скорости ввода информации в долговременную память мозга. Отсюда следует, что человек, поглощая информацию по 16 часов в день, за 70-летнюю жизнь сможет накопить не более 10 бит (по чистому совпадению в коре мозга имеется 10 нейронов). Это превышает объем памяти наибольшей из современных ЭВМ всего лишь в 30 раз. Следует учитывать, что накопление 10 бит информации в памяти, обладающей емкостью 10 бит, потребовало бы использования кода, обеспечивающего оптимальное хранение. Однако Ю бит является преувеличенной оценкой действительной емкости долговременной памяти человека. [c.29] Разумеется, письменность дает нам доступ к значительно большему объему информации, чем хранится в нашей памяти. Однако для извлечения информации, хранимой в документах, требуются значительные затраты времени. ЭВМ имеет также возможность хранения информации во внешней памяти, на магнитных дисках или магнитной ленте. Хотя на извлечение информации из внешней памяти требуется значительно больше времени, чем из оперативной памяти, все же скорость этого процесса во много раз превышает скорость извлечения информации из книг. [c.29] Человек обладает вторым типом памяти, известным как кратковременная ( оперативная ) память. Мы можем быстро запомнить серию из 7—8 слов или цифр, услышав либо прочитав их однажды. Если постоянно возобновлять эту серию (повторяя, например, про себя), то она может оставаться в памяти сколь угодно долго, но если мы отвлечемся, этот материал быстро исчезнет из памяти. Именно из-за таких ограничений мы вынуждены прибегать к карандашу и бумаге, решая арифметическую задачу. [c.29] Память ЭВМ имеет еще одно преимущество перед памятью человека машина сама решает, что можно забыть. Мы произведем подобную операцию с нашей оперативной памятью, если перестанем думать о материале, который старались запомнить, повторяя его наизусть однако как только информация проникла в долговременную память, то ее уже нельзя забыть произвольно. Такая способность мозга причиняет серьезные неприятности каждый игрок в гольф знает, как трудно избавиться от дурных навыков. Приобретая новые навыки, мы невольно повторяем снова и снова ошибки, полученные нами в предшествующем обучении. ЭВМ может не только решить, какой материал изъять из памяти, она может также быстро передать часть материала в долговременную память, где он будет храниться до возникновения потребности в нем, не мешая работающей программе. [c.30] Из приведенного сравнения мозга, и ЭВМ может сложиться впечатление, что машина обладает решающими достоинствами однако основное преимущество мозга состоит, по-видимому, в том, что по сравнению с ЭВМ он содержит значительно больше решающих элементов, которые обладают огромным числом взаимных связей. [c.30] Рассматривая сенсорную систему, можно выявить еще одно отличие работы мозга от ЭВМ, а именно — объем параллельной обработки информации в мозге человека. Информация, поступающая от каждого глаза, обрабатывается по пути к зрительным участкам коры мозга в миллионах различных каналов одновременно. Мы уже упоминали об этой особенности, и именно она может явиться ключом к пониманию фантастической способности мозга человека к извлечению существенной информации за очень малые промежутки времени. Мы можем опознать знакомую обстановку или лицо меньще чем за секунду, и мы делаем это, не совершая последовательного поиска среди всех известных нам обстановок и лиц. Учитывая малую скорость работы нейронов, такой процесс последовательного перебора потребовал бы недопустимых затрат времени. [c.32] Проблема опознавания — это проблема ассоциативной памяти . Хотя природа этой проблемы ясна, в настоящее время совершенно неизвестно, как человек ее решает. Современные ЭВМ — это машины последовательного действия . Они имеют только один (или в лучшем случае несколько) блоков, где производится обработка информации, и эти блоки накладывают ограничения на работу всей машины. Не существует прямого доступа от одной ячейки памяти к другой — информация обменивается только через центральный арифметический блок. В отличие от этого мозг человека производит обработку информации одновременно в различных участках. Более того, информация в мозге почти наверняка запоминается способом, принципиально отличным от способа запоминания информации машиной и, в особенности, — избыточностью и взаимной связью между ячейками хранения. В ЭВМ место хранения информации совершенно произвольно и не связано с характером задачи. Для извлечения определенного элемента информации машина должна либо произвести его поиск путем перебора, либо располагать адресами ячеек, где эта информация хранится. Решение проблем ассоциативной памяти составляет одно из самых больших препятствий к созданию машин со способностью мыслить, равной или превосходящей способность человека. [c.32] Одно из самых больших различий между ЭВМ и мозгом человека состоит, вероятно, в характере ошибок, совершаемых этими системами. ЭВМ обычно работает значительно точнее, чем мозг человека, однако выход из строя хотя бы одного из ее элементов ведет к катастрофическим ошибкам и выходные данные теряют всякий смысл. В отличие от этого, если не считать патологических случаев, мозг никогда не выходит полностью из строя, и хотя значительная часть информации обрабатывается неточно, результат никогда не бывает полностью бессмысленным. Так, например, хотя мы не можем оценивать расстояние с большой точностью, наши оценки никогда не бывают нелепыми. Как и элементы любой другой физической системы, элементы мозга должны временами выходить из строя, но процесс обработки информации в мозге организован таким образом, что обеспечена защита от результатов подобных отказов. Однако нам не известно, каким образом организация мозга позволяет минимизировать последствия отказов ее элементов. Одним из возможных путей была бы большая избыточность в структурах, участвующих в обработке информации. Тогда отказ одного элемента окажется незаметным в конечном результате, но возможно также, что действуют п более тонкие приемы. [c.33] До сих пор мы обсуждали различия между ЭВМ и человеком по способам ввода информации и методам ее обработки. Различие имеется также и на выходе человек активно, сложным образом воздействует на свое окружение, в то время как подобные возможности ЭВМ еще крайне ограничены. Между человеком и машиной имеется еще одно принципиальное различие. Человек, такой как он есть, представляет собой результат эволюционного процесса способ обработки информации в его мозге формировался в ходе естественного отбора и оценивался процессом выживания. Человек способен поддерживать собственное существование, что недоступно ни одной из существующих машин. Самообеспечение и сохранение жизнеспособности обеспечено генетически тем, что в мозге человека имеются врожденные побуждения и инстинкты. Наиболее очевидные из них — голод, жажда, сексуальное влечение и уклонение от боли. Все эти побуждения являются необязательными в том смысле, что можно легко представить себе сложную систему обработки информации, проявляющую разумное поведение, ко полностью лишскную этих качеств. Любознательность или инстинкт ориентации, связанный со стремлением к овладению внешней средой, является более тонким свойством, чем первые четыре биологических побуждения. [c.34] Вернуться к основной статье