Ученые считают, что человеческий мозг остановился в своем эволюционном развитии 40–50 тысяч лет назад. О том, способен ли он будет справляться с новой, цифровой реальностью, рассказал в своей лекции в лекции «Контакт с мозгом: реалии и фантазии» психофизиолог Александр Каплан:
Представим ситуацию: человек приходит в магазин, выбирает круассан, дает его кассиру. Он показывает его другому кассиру и спрашивает: «Это что?» Тот отвечает: «40265». Кассирам уже неважно, как называется круассан, важно, что это «40265», потому что компьютер в кассовом аппарате воспринимает цифры, а не названия булок. Постепенно все погружается в цифровой мир: мы живем рядом с вычислительной техникой, которая понимает физические объекты как цифровые, и мы вынуждены подстраиваться. Близится эра интернета вещей, когда все физические объекты будут представлены в цифровом виде и хозяином в нашем холодильнике станет интернет. Все будет крутиться через цифры. Но проблема в том, что интенсивность информационных потоков для наших ушей и глаз уже сейчас слишком велика.
Недавно был разработан метод, позволяющий точно определить количество нервных клеток в мозге. Раньше считалось, что их 100 миллиардов, но это очень примерная цифра, потому что измерения проводились не совсем корректным методом: брали крохотный кусочек мозга, под микроскопом считали в нем количество нервных клеток, которое потом умножали на общий объем. В новом эксперименте однородную массу мозга размешали в миксере и подсчитали ядра нервных клеток, и, поскольку масса эта гомогенна, полученное количество можно умножать на общий объем. Получилось 86 миллиардов. Согласно этим подсчетам, у мыши, например, 71 миллион нервных клеток, а у крысы 200. У обезьян примерно 8 миллиардов нервных клеток, то есть разница с человеком составляет 80 миллиардов. Почему у животных движение было поступательным, а разрыв с человеком обозначился так резко? Что такого умеем делать мы, чего не умеют обезьяны?
В самом современном процессоре два-три миллиарда операциональных единиц. У человека 86 миллиардов только нервных клеток, которые не тождественны операциональной единице: у каждой из них по 10–15 тысяч контактов с другими клетками, и именно в этих контактах решается вопрос о передаче сигнала, как и в операциональных единицах транзисторов. Ели эти 10–15 тысяч умножить на 86 миллиардов, получится миллион миллиардов контактов — столько операциональных единиц в человеческом мозге.
Мозг слона весит четыре килограмма (человеческий — в лучшем случае полтора) и содержит 260 миллиардов нервных клеток. Мы оторвались от обезьяны на 80 миллиардов, а слон от нас — в два раза. Получается, количество клеток не коррелирует с интеллектуальным развитием? Или слоны ушли в другую сторону, и мы их просто не понимаем?
Дело в том, что слон большой, у него много мышц. Мышцы сделаны из волокон, размер которых равнозначен человеческим или мышиным, а поскольку слон гораздо больше человека, мышечных волокон у него больше. Мышцы управляются нервными клетками: к каждому мышечному волокну подходят их отростки. Соответственно, слону нужно больше нервных клеток, поскольку у него больше мышечная масса: из 260 миллиардов слоновьих нервных клеток 255 или 258 миллиардов ответственны за управление мышцами. Практически все его нервные клетки расположены в мозжечке, который занимает почти половину мозга, потому что именно там рассчитываются все эти движения. По правде говоря, человеческие 86 миллиардов нервных клеток тоже расположены в мозжечке, но на коре их все же остается значительно больше: не два-три миллиарда, как у слона, а 15, поэтому в наших мозгах неизмеримо больше контактов, чем в слоновьих. По сложности нейронной сети человек значительно обогнал животных. Человек выигрывает комбинаторикой, в этом богатство материи мозга.
Мозг очень сложен. Для сравнения: геном человека состоит из трех миллиардов парных элементов, ответственных за кодировку. Но коды в нем совсем другие, поэтому мозг с геномом сравнивать нельзя. Возьмем простейшее существо — амебу. Ей нужны 689 миллиардов пар кодирующих элементов — нуклеотидов. В русском языке 33 кодирующих элемента, но из них можно сделать 16 тысяч слов пушкинского словаря или несколько сотен тысяч слов языка в целом. Все зависит от того, как складывается сама информация, каков код, насколько компактно он придуман. Очевидно, что у амебы это сделано чрезвычайно неэкономно, ведь она появилась на заре эволюции.
Эволюционное развитие мозга остановилось 40–50 тысяч лет назад
Проблема мозга в том, что это обычный биологический орган. Он эволюционно создан для того, чтобы адаптировать живое существо к среде обитания. Фактически мозг остановился в своем эволюционном развитии 40-50 тысяч лет назад. Исследования показывают, что человек кроманьонский уже обладал качествами, которые есть у человека современного. Ему были доступны все виды работ: сбор материалов, охота, обучение молодежи, кройка и шитье. Следовательно, все основные функции — память, внимание, мышление — у него были. Эволюционировать мозгу было некуда по простой причине: человек стал настолько разумным, что смог подгонять условия среды под свое тело. Остальным животным приходилось менять свое тело под условия среды, что занимает сотни тысяч и миллионы лет, мы же полностью изменили под себя среду всего за 50 тысяч.
Мозг был заточен под жизнь в пещере. Подготовлен ли он к современным дворцам и потокам информации? Вряд ли. Все же природа экономна, она затачивает животное под ту среду обитания, в которой оно существует. У человека, конечно, менялась среда, но суть ее варьировалась мало. Несмотря на разительные изменения, произошедшие с древности, механика среды в рутинном понимании осталась той же. Как изменилась деятельность конструкторов, делающих ракету вместо «Жигулей»? Разница, конечно, есть, но смысл работы один и тот же. Сейчас же среда принципиально изменилась: огромные автотрассы, бесконечные телефонные звонки, причем все это случилось всего за 15–35 лет. Как отшлифованный под пещеру мозг будет с этой средой справляться? Мультимедийность, огромные, неадекватные человеческим скорости поступления информации, новая ситуация с перемещениями по планете. Нет ли опасности, что мозг уже не может выдерживать такие нагрузки?
Есть исследование заболеваемости людей в период с 1989 по 2011 год. За 20 лет уменьшилась смертность от сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, а вот количество неврологических расстройств (проблемы с памятью, тревожность) за то же время резко возрастает. Неврологические заболевания еще можно объяснить поведенческими проблемами, но число заболеваний психологических растет так же быстро, и при этом они обретают хронический характер. Такая статистика и является сигналом, что мозг больше не справляется. Возможно, это касается не всех: кто-то ходит на лекции, читает книги, кому-то все интересно. Но мы рождаемся разными, поэтому чей-то мозг лучше подготовлен в силу генетических вариаций. Доля людей с неврологическими заболеваниями становится очень значительной, и это говорит о том, что процесс пошел в нехорошую сторону. Третье тысячелетие бросает нам вызов. Мы вошли в зону, когда мозг начал подавать сигналы о том, что созданная нами же среда для него неполезна. Она стала сложнее той, что может нам обеспечить мозг, если говорить об адаптации. Запас заточенного для пещеры инструментария начал исчерпываться.
Одним из техногенных факторов, давящих на мозг человека, является то, что множество решений теперь связаны с вероятностью серьезной ошибки, а это сильно усложняет вычисления. Раньше все, чему мы учились, легко автоматизировалось: мы один раз учились ездить на велосипеде, и дальше мозг об этом не беспокоился. Сейчас появились процессы, которые не автоматизируются: за ними надо постоянно следить. То есть нам нужно либо вызывать скорую помощь, либо возвращаться в пещеры.
Какие более прогрессивные способы решения этой задачи у нас есть? Возможно, стоит объединиться с искусственным интеллектом, который будет рафинировать поток: снижать скорость там, где она слишком высока, исключать из поля зрения ненужную на данный момент информацию. Автоматические регулировщики, которые могут подготавливать для нас информацию, сродни первичным технологиям приготовления пищи: они ее разжевывают, чтобы можно было потребить, не тратя много энергии. Когда человек начал готовить пищу на огне, произошел очень большой рывок. Челюсти стали меньше, и в голове освободилось место для мозгов. Возможно, настал момент, чтобы препарировать окружающую нас информацию. Но кто будет это делать? Как совместить искусственный интеллект и естественный? И вот тут появляется такое понятие, как нейроинтерфейс. Он обеспечивает прямой контакт мозга с вычислительной системой и становится аналогом приготовления пищи на огне для данной ступени эволюции. В такой тройке мы сможем просуществовать еще 100–200 лет.
Как это реализовать? Искусственный интеллект в его обычном понимании вряд ли существует. Высокоинтеллектуальная игра в шахматы, в которую человек уже никогда не обыграет компьютер, сродни соревнованию по поднятию тяжестей с экскаватором, и дело не в транзисторах, а в написанной для этого программе. То есть программисты просто написали алгоритм, предусматривающий определенный ответ на определенный ход: никакого искусственного интеллекта, который сам соображает, что надо делать, здесь нет. Шахматы — игра с конечным количеством вариантов развития событий, которые можно перебрать. Но осмысленных позиций на шахматной доске десять в 120-й степени. Это больше, чем число атомов во Вселенной (десять в 80-й). Шахматные программы — переборные. То есть им в память закладываются все чемпионские и гроссмейстерские партии, а это уже очень небольшие цифры для перебора. Человек делает ход, компьютер за секунды выбирает все партии с этим ходом и следит за ними. С информацией об уже сыгранных партиях всегда можно вести оптимальную игру, и это чистое жульничество. Ни на каком чемпионате шахматисту не разрешат взять с собой ноутбук, чтобы посмотреть, какую партию кто и как играл. А у машины 517 ноутбуков.
Получается, что естественного интеллекта нет, что мы тоже ходячие вычислительные системы, просто наша программа написалась сама собой?
Есть игры с неполной информацией. Например, покер — психологическая игра, основанная на блефе. Как машина будет играть против человека в ситуации, просчитать которую до конца невозможно? Однако же недавно написали программу, которая прекрасно с этим справляется. Секрет тоже в переборе. Машина играет сама с собой. За 70 дней она сыграла несколько миллиардов партий и накопила опыт, гораздо превышающий опыт любого игрока. С таким багажом можно предсказывать результаты ходов. Сейчас машины вышли на 57% попадания, что вполне достаточно для победы почти в любом случае. Человеку везет примерно раз в тысячу партий.
Самая крутая игра, которую не взять никаким перебором, — го. Если число возможных позиций в шахматах равно десяти в 120-й степени, то здесь их десять в 250-й или в 320-й — в зависимости от того, как считать. Это астрономическая комбинаторика. Именно поэтому каждая новая партия в го уникальна: слишком велико разнообразие. Повторить партию — даже в общих чертах — невозможно. Вариативность настолько высока, что партия почти всегда идет по уникальному сценарию. Но в 2016 году программа Alpha Go стала обыгрывать человека, тоже предварительно сыграв сама с собой. 1200 процессоров, 30 миллионов позиций в памяти, 160 тысяч человеческих партий. Ни у какого живого игрока нет такого опыта, объемов памяти и скорости реакции.
Практически все специалисты считают, что до создания искусственного интеллекта еще далеко. Но они придумали такое понятие, как «слабый искусственный интеллект», — это системы автоматизированного принятия интеллектуальных решений. Некоторые решения за человека теперь может принимать машина. Они схожи с человеческими, но приняты они, так же как в шахматах, не интеллектуальным трудом. Но как же наш мозг принимает интеллектуальные решения, если машина гораздо сильнее и в запоминании, и скорости? Человеческий мозг тоже состоит из множества элементов, которые принимают решения на основе опыта. То есть получается, что естественного интеллекта нет, что мы тоже ходячие вычислительные системы, просто наша программа написалась сама собой?
Теорема Ферма долгое время являлась предположением. 350 лет самые крупные математики пытались аналитическим путем ее доказать, то есть составить программу, которая шаг за шагом логическим путем в конце концов докажет, что это предположение верно. Перельман считал делом жизни доказательство теоремы Пуанкаре. Как же эти теоремы были доказаны? В головах у Пуанкаре и Перельмана не было аналитических решений, были лишь предположения. Кто из них гений? Гением можно считать того, кто создал теорему: он предложил то, к чему не имел никакого аналитического подхода. Откуда он взял это верное предположение? Он дошел до него не перебором: у Ферма было всего несколько вариантов, как и у Пуанкаре, при этом по конкретному вопросу предположение было лишь одно. Физик Ричард Фейнман пришел к выводу, что практически ни в одном случае великое открытие не было сделано аналитическим путем. Тогда как же? Фейнман отвечает: «Они догадались».
Что значит «догадаться»? Для существования нам недостаточно видеть то, что есть, и на основании этой информации принимать решения. Надо откладывать в памяти нечто, к чему потом будет полезно обращаться. Но это стадия, которой недостаточно, чтобы лавировать в сложном мире. И если эволюция отбирает особей для все более тонкого приспособления к среде, значит, в мозге должны рождаться все более тонкие механизмы, чтобы эту среду предсказывать, рассчитывать последствия. Особь играет с миром. Постепенно возникла такая функция мозга, которая позволяет строить динамические модели внешней реальности, ментальные модели физического мира. Эта функция подстроилась под эволюционный отбор и начала отбираться.
В мозге человека, по-видимому, сложилась очень качественная ментальная модель окружающей среды. Она прекрасно предсказывает мир даже в тех местах, где мы не бывали. Но поскольку мир вокруг нас целостный и в нем все взаимосвязано, то модель должна эту взаимосвязанность подхватить и уметь предсказать то, чего не было. Человек обрел совершенно уникальную возможность, которая резко выделила его в эволюционном ряду: он получил возможность воспроизводить будущее в нейронах своего мозга на моделях среды. Не нужно бежать за мамонтом, нужно прикинуть, куда он побежит. Для этого в голове есть модель с динамическими характеристиками мамонта, ландшафтом, повадками животного. Когнитивная психология настаивает, что мы работаем именно с моделями. Вот куда тратятся 80 миллиардов нейронов: они их содержат. Модель мира математика, мира математических абстракций очень разнообразна, и она подсказывает, чем должна быть заполнена та или иная лакуна, которая еще не продумана. Догадка происходит от этой модели, как и интуиция.
Рано или поздно от человека останется только способный на творческие решения мозг
Почему обезьяны не могут работать на полноценных моделях физического мира? Ведь они существуют на Земле на сотни миллионов лет дольше человека. Обезьяны не способны собрать информацию об окружающем мире. В каких единицах они будут его описывать? У животных еще не появился способ компактного и систематизированного моделирования внешней информации в мозге с возможностью ею оперировать. У человека такой способ есть, причем с учетом мельчайших деталей. Это язык. С помощью языка мы обозначили понятиями все мельчайшие песчинки этого мира. Таким образом мы пересадили физический мир в ментальный. Это названия, которые крутятся в ментальном мире без всякой массы. Расписав адреса с помощью сложных мозговых структур, как при программировании в компьютере, мы накапливаем опыт общения с миром. Возникают связки между понятиями. У каждого понятия висят флажки, к которым можно прицепить дополнительные смыслы. Так разрастается большая система, которая работает ассоциативно и отсекает при помощи адресов лишние значения. Подобную механику должна поддерживать очень сложная сетевая структура.
Наше мышление построено на догадках. Нам не нужно считать варианты шахматных фигур — у нас есть динамическая модель шахматной игры, которая подсказывает, куда двигаться. Эта модель цельная, она тоже имеет опыт чемпионских партий, но она лучше, потому что предсказывает немного наперед. Машина помнит только то, что есть, наша же модель — динамическая, ее можно запустить и проиграть на опережение.
Так можно ли совместить мозг и искусственный интеллект, пусть приниженный и сокращенный в правах, чтобы творческие задачи оставались за человеком, а память и быстродействие — за машиной? В США работают девять миллионов дальнобойщиков. Прямо сейчас они могут быть заменены системами автоматизированного принятия решений: все трассы очень аккуратно размечены, есть даже датчики давления на полотно. Но водителей не заменяют компьютерами в силу социальных причин, и так происходит во множестве отраслей. Также есть опасность, что система будет действовать вопреки интересам человека, ставить выше экономические выгоды. Подобные ситуации, конечно, будут запрограммированы, но все предусмотреть невозможно. Люди рано или поздно попадут в услужение, машины будут их использовать. От человека останется только способный на творческие решения мозг. И не обязательно, что это произойдет вследствие заговора машин. Мы сами можем загнать себя в подобную ситуацию, запрограммировав машины так, что, выполняя поставленные нами задачи, они не будут учитывать интересы человека.
Илон Маск придумал ход: человек будет ходить с рюкзачком с вычислительной мощностью, к которой мозг будет обращаться по мере необходимости. Но для поручения машинам определенных задач нужен прямой контакт с мозгом. От мозга к рюкзачку будет идти кабель, или же машина будет вшита под кожу. Тогда человек будет полностью обеспечен заоблачной памятью и быстродействием. Это электронное устройство не будет претендовать на роль человека в истории, но для работодателей человек свои возможности расширит. Дальнобойщик сможет себе позволить спать в автомобиле: вести его будет интеллект, который в критический момент разбудит мозг.
Как подключиться к мозгу? Все технические средства у нас есть. Более того, сотни тысяч людей уже ходят с подобными электродами — по медицинским показаниям. Для обнаружения фокуса эпилептического приступа и его купирования ставят устройства, регистрирующие электрическую активность мозга. Как только электроды замечают в гиппокампе признаки приступа, они его купируют. В США есть лаборатории, в которых вживляются такие приборы: вскрывается кость, и в кору на полтора миллиметра, до ее середины, вставляется плашка с электродами. Затем устанавливается еще одна плашка, к ней вплотную подводится стержень, нажимается кнопка, и он резко, с большим ускорением бьет по плашке, чтобы она вошла в кору на полтора миллиметра. Дальше все ненужные приспособления убираются, кость зашивается, и остается только маленький разъем. Специальный манипулятор, кодируя электронную активность мозга, дает человеку возможность управлять, например, роборукой. Но это тренируется с очень большим трудом: чтобы научиться управлять подобными объектами, человеку требуется несколько лет.
Зачем электроды вживляют в моторную кору? Если моторная кора управляет рукой, значит, оттуда нужно получать команды, которые управляют манипулятором. Но эти нейроны привыкли управлять рукой, устройство которой кардинально отличается от манипулятора. Профессор Ричард Андерсон придумал вживлять электроды в область, где рождается план действия, но еще не разработаны драйверы для управления приводами движения. Он вживил нейроны в теменную область, на пересечении слуховой, зрительной и двигательной частей. Ученым удался даже двусторонний контакт с мозгом: была разработана металлическая рука, на которой были установлены стимулирующие мозг датчики. Мозг научился различать стимуляцию каждого пальца в отдельности.
Технические средства, чтобы подключиться к мозгу, уже существуют
Другой путь — неинвазивное подключение, при котором электроды располагаются на поверхности головы: то, что в клиниках называется электроэнцефалограмма. Создается сетка из электродов, в которой каждый электрод содержит микросхему, усилитель. Сеть может быть проводной или беспроводной; информация попадает сразу на компьютер. Человек делает психическое усилие, изменения потенциалов его мозга отслеживаются, классифицируются и расшифровываются. После распознавания и классификации информация подается на соответствующие устройства — манипуляторы.
Еще один ход — социализация пациентов с двигательными и речевыми нарушениями. В проекте «Нейрочат» перед пациентом ставят матрицу с буквами. Ее столбцы и строки выделяются, и, если выделение попадает на нужную человеку строку, электроэнцефалограмма считывает чуть другую реакцию. То же самое происходит со столбцом, и на пересечении оказывается нужная человеку буква. Надежность системы на данный момент составляет 95%. Нужно было сделать так, чтобы пациент просто подключался к интернету и выполнял любые задачи, поэтому в матрицу добавили не только буквы, но и пиктограммы, обозначающие определенные команды. Недавно был проведен мост между Москвой и Лос-Анджелесом: пациенты из местных клиник сумели установить контакт при помощи переписки.
Последняя разработка в области контактов с мозгом — нейросимбиотические кластеры, управление которыми осуществляется не буквами, а ячейками памяти машины. Если мы берем восемь ячеек, или один байт, то при таком контакте можно выбрать одну из ячеек и записать туда единицу информации. Таким образом, мы общаемся с компьютером, записывая в него те самые «40265». В ячейках лежат и значения, которыми нужно оперировать, и процедуры, которые нужно к этим ячейкам применять. Так — не вторгаясь в мозг, а с его поверхности — можно оперировать компьютером. Материаловеды придумали очень тонкую проволоку в пять микрон, изолированную по всей длине, и в ее в узлы поместили сенсоры электрических потенциалов. Проволока очень эластична: ее можно набросить на объект с любым рельефом и таким образом собирать электрическое поле с любой, самой маленькой поверхности. Эту сеточку можно смешать с гелем, набрать смесь в шприц и впрыснуть в голову мыши, где она расправится и расположится между долями мозга. Но смесь не может попасть в сам мозг, поэтому новая идея заключается в том, чтобы впрыскивать сеточку в мозг, когда он только начинает формироваться, на эмбриональной стадии. Тогда она окажется в массе мозга, и клетки начнут прорастать сквозь нее. Так мы получаем армированный мозг с кабелем. Такой мозг может быстро сообразить, в какой области нужно изменить потенциал для выполнения компьютером определенных задач или записи информации на его ячейки, потому что взаимодействует с электродами с рождения. И это полный контакт.
Оригинал здесь