Мозг и сознание

       В некотором смысле, мозг выполняет  логические операции и этим похож  на компьютер. Отличие в том, что  они хранят в памяти и обрабатывают.

       Компьютер запоминает, обрабатывает и выводит  на экран буквы. Каждую букву он хранит в одной ячейке памяти, и каждой букве соответствует нажатие одной кнопки на клавиатуре. Это очень эффективно для экономии памяти и ускорения обработки. В общем, компьютерное число, или цвет, или звук - это разновидности понятных нам символов. Все эти символы имеют внешнее по отношению к компьютеру материальное представление: изображение буквы или числа, определённые узнаваемые звуки и т.п.

       Мозг, как нейронный процессор, хранит, обрабатывает, вводит и выводит нервные  сигналы. Ни эти сигналы, ни хранимые в нейронах "данные" не имеют  смысла понятных нам материальных символов. Все нервные сигналы являются "внутренними" для организма.

       Поэтому, когда используют ассоциативный  поиск понятий в базе данных, и  представляют результат работы в  виде предложения на естественном языке, то неправильно говорить, что такая система моделирует работу мозга. Точнее будет сказать, что она моделирует мышление: логику и способ рассуждений человека.

       В работе мозга, конечно, есть своя логика. Но она не имеет отношения к  логике мышления. Мышление опирается  только на материально представимые символы и понятия. В этом смысле, мышление всегда образное.

       Человек наблюдает внешний мир, мысленно играет с его образами, и при  этом делает правильные или ошибочные  или новые умозаключения, которые  представимы в образах, и могут  быть материализованы, например, высказаны или записаны на бумаге.

       Мозг - это инструмент, похожий на компьютер  по принципу работы, но не по характеру  обрабатываемой оинформации. Он обрабатывает, хранит и в нужное время воспроизводит  нервные сигналы для того, чтобы мы могли "вспомнить" какие-то усилия мышц, движения глаз и сигналы на сетчатке, соответствующие образам из внешнего мира. Мозг обеспечивает нашу возможность пошевелить правильно голосовыми связками, языком, мышцами глаз и рук. Но при этом мозг не хранит и не обрабатывает образов из внешнего мира.

       Мы  в большой степени используем сам внешний мир для размышлений  и для получения верных выводов  об устройстве мира. Без использования  органов чувств, и без активного  действия в этом мире мы не смогли бы рассуждать вообще. Не было бы предмета, то есть образа, для рассуждения.

       Чтобы отличить мозг, как биологическое  устройство, от сознания, как способности  воспринимать и сопоставлять образы внешнего мира, лучше не приписывать  мозгу функций сознания. Мозг не имеет мышления, не хранит изображения лиц наших знакомых, не делает логических выводов о том, о чём мы рассуждаем.

       Схема и устройство телевизора не имеют  никакого отношения к тому, о чём  говорит диктор. 

       ------------

       Очень многие думают, что внутри мозга  выполняются логические (и другие) операции. Многие же думают, что операнды, над которыми трудится мозг, - это полноценные символы. Мы только не знаем "язык мозга", а то бы давно создали точно такую же и даже лучшую программу на этом языке.

       Более осторожные говорят, что нет доказательств наличия такого языка. Но каждый нейрон уж точно выполняет сравнения и какое-то действие в зависимости от логического результата сравнения.

       Первые  молятся на базы данных (БД). Вторые - на нейронные сети (НС).

       Откуда  происходит идея о логике мозга? Мы умеем логично рассуждать и оформлять эти рассуждения в виде логических формул. Мы знаем, что внутри компьютера происходят именно логические операции. Размышляя о построении ИИ путём написания особой программы, мы приходим к выводу "по аналогии": видимо мозг человека похож на компьютер.

       Внутри  компьютера происходят логические операции, а на дисплее возникает изображение  результата этих операций в понятной человеку форме. Так же и внутри мозга  происходят логические операции (может  быть наше мышление - это они и есть). Их результат выражается в виде понятных другим людям движений руками, ногами и языком.

       Обратите  внимание, что это не доказательство, а аналогия. И если на основании  такого рассуждения вы становитесь  убеждены в том, что "мозг думает за вас", то использовать логику в разговоре с вами бесполезно. Вы предпочитаете догматы веры.

       Вот точно такая же аналогия. Говорящая  голова в телевизоре порой рассуждает здраво и я могу предположить, что  внутри телевизора выполняются операции над символами, в результате которых формируются логически обоснованные высказывания, преобразуемые говорящей головой в понятные нам звуки.

       Но  тут вы встрепенётесь: нет, это надувательство! Голова - сама по себе, а телевизор  сам по себе. Даже если бы он был весь насквозь цифровой, то логика телевизионных микросхем не имеет никакого отношения к тому, о чём говорит диктор.

       Да? А куда же подевалась ваша идея о  логике мозга? Вы не хотите распространять эту аналогию на телевизор просто потому, что знаете, как он устроен. Оказывается, незнание работы мозга является для вас веским аргументом для вывода о присущей мозгу логике.

       Рассмотрим  теперь другую аналогию. Я знаю, что  где-то на входе телевизионной системы  действительно находится разумный человек. Понятные нам звук и изображение поступают в электронные каналы переработки информации. Там они могут быть многократно преобразованы в разные формы, оцифрованы или, наоборот, превращены в радиоволны. На выходе телевизионного приёмника вновь создаётся понятное нам изображение и звук, которые не имеют никакого отношения к тому, что происходит с сигналом при передаче. Никакого отношения. Обратите внимание.

       Теперь  посмотрим, откуда мы узнали, что рассуждаем логически. И как мы научились  искусству рассуждения вплоть до программирования.

       От  рождения мы не были сильны в логике. Одинокий Маугли никогда не заговорит  по-русски и не заинтересуется проблемой  ИИ.

       То, о чём мы сейчас говорим - это повторение уже сказанных слов с очень  незначительными вариациями. Эти  слова и идеи мы услышали от других людей или прочитали. На входе у нас имеются слова, знания, русский язык, способы правильного рассуждения, а на выходе - они же. Что происходит внутри мозга, не имеет к этому никакого отношения.

       Вот почему мозг должен обеспечить нас  способностью к обучению, но он вовсе не обязан рассуждать, делать выводы, "извлекать данные и знания". Это наша, а не его забота.

       Как же оценить вычислительные ресурсы  мозга в привычных компьютерных терминах?

       Допустим, 5 фонем (то есть 5 известных мозгу  команд) в секунду - это входная мощность одного информационного канала. Пусть человек имеет 100 таких каналов, то есть мозг снабжён сотней входных устройств, по эффективности сравнимых с органами слуха. (В мозгу человека имеется около 100 ассоциативно важных зон, каждая из которых обслуживает свой "информационный канал".) Итого, мозг принимает 500 неких "чисел" в секунду. Если это двухбайтовые команды, то в год мозг перерабатывает 30 гигабайт данных. Запоминается очень незначительная часть из этого потока данных, так как они на 99.9% состоят из повторяющихся фрагментов, которые почти не требуют ресурсов для запоминания в ассоциативно устроенной памяти.

       Закройте  глаза. Обратите внимание, как сильно снижается подробность, того, что  вы только что видели. Органы чувств поставляют мозгу большую информацию, чем он может накопить, а также - гораздо большую информацию, чем требуется для выработки поведения. Мозг правильно пользуется информацией, доступной только в данный момент, и может быстро устанавливать ассоциативные связи между наблюдаемым информационно насыщенным образом и хранимыми в памяти "заметками". Хранит он гораздо меньше, чем наблюдает.

       Я думаю, что в пересчёте на компьютерную память мозг помнит не более 1 гигабайта  данных. Это почти не зависит от возраста человека. С возрастом происходит "специализация" одних данных в ущерб другим.

       Широко  распространено такое мнение, что  человек запоминает всё, что видит  и чувствует, но он не умеет это  вспомнить. В условиях гипноза или  с помощью психолога человек  может подробно вспомнить то, что, как ему казалось, он навсегда забыл. Такая точка зрения характерна для неспециалистов и некоторых психологов с недостаточным медицинским и естественнонаучным образованием.

       Давайте не будем запоминать все изображения  запахи и звуки. Попробуйте точно  запомнить только одно изображение. Это примерно 10000х10000 цветных точек. И потом, точно, как фотоаппарат, нарисуйте его. При достаточном мастерстве на бумаге может в принципе получиться очень подробная картина. Но ни одна точка этой картины ни по цвету, ни по координатам не совпадёт с фотографией того же изображения. Будут нарисованы несколько обобщённые деревья, дома, люди. Кроме того, вы не сможете запомнить то, что нарисовали. Тестом является повторный рисунок.

       Мозг  не запоминает то, что видит, он это  уже давно запомнил в обобщённых образах. А в данный момент мозг только устанавливает ассоциацию между той подробной картиной, которую видит глаз, и тем, "как это должно быть", в соответствии с жизненным опытом мозга. Максимальные ресурсы памяти используются только на запоминание того, что отличает эту картину от "типичной", причём опять - в очень обобщённом виде: "у этого парня слишком пустая сумка". Эта дурацкая фраза вызывает у всех обобщённо одинаковый образ, который в миллион раз менее подробный, чем в тот момент, когда вы, в самом деле, видите этого парня с сумкой. Между изображениями разных парней с сумками практически нет ничего общего по расположению пикселей.

       Можно подумать, что "периферийные устройства" человека очень медленные, но мозг всё  же быстрее их. На самом деле самые быстрые нейроны откликаются на входной сигнал примерно за 0.001 секунды, а типичное "время узнавания" для человека около 0.2 секунд. У насекомых реакция нейрона медленнее (0.01с), а время реагирования быстрее (до 0.05с). Любой промконтроллер и игровая приставка превосходят живой мозг по быстроте реакции и скорости обработки данных.

       "Периферийные  устройства" человека гораздо  медленнее, чем модем или принтер.  Но они адекватно быстры и  подробны. Они работают именно  в таком темпе, который соответствует входным способностям мозга. Благодаря высокой детальности "наблюдения" и "исполнения", и благодаря очень хорошей настройке на физические свойства внешнего мира, наши "внешние устройства" решают большую часть, если не 99%, проблемы сознания. Именно конструкция рецепторных и эффекторных нейронов обеспечивает плавное "побитовое" обучение, которое при традиционном вычислительном подходе к приёму "данных" от датчиков оказывается невозможным.

       Итак, творческие способности сознания превосходят  способности компьютера не потому, что мозг устроен "сложнее" или он имеет большие вычислительные ресурсы, а потому, что он вместе с другими органами приспособлен для поддержания сознания.  

       Нейрохирурги  обнаружили место в мозгу человека, при стимуляции которого, человек, лежащий на операционном столе и находящийся в сознании, поднимает руку. Когда его спрашивают, зачем он это сделал, то он говорит, что просто ему захотелось поднять руку и объясняет причину:

       - затекла; 
- проверить, не нарушена ли у него возможность управлять рукой в результате операции; 
- надоело лежать неподвижно и т.п.

       Важно, что это не "вмешательство в  систему управления рукой", а вмешательство  в формирование воли.

       Допустим, мозг обрабатывает изображение. Мы считаем, что оно обрабатывается по пикселям, как это происходит в современном компьютере.

       Допустим, мозг обрабатывает звук. Мы считаем, что  звук хранится в виде Фурье-спектра  в диапазоне от 20 до 20000 Гц с шириной  спектральной полосы около 0.001 от частоты (хороший музыкант может различить такие звуки), то есть всего около 1000 полос, и детальностью в 24 бита по амплитуде ("CD-качество" - это 16 бит). На основе этих данных можно посчитать, что обработка звука требует таких же огромных ресурсов, как и обработка изображения: 20000 раз в секунду "воспринимается" 1000 трёхбайтовых чисел, всего около 100 мегабайт в секунду.

       Всё это - голая фантазия.

       Эксперимент показывает, что человек способен распознавать не более 5 фонем в секунду. Не спектральных полос и уровней  громкости, а "фонем", то есть неких стандартизованных до автоматического восприятия звуков.