Джеймс Баррат - Последнее изобретение человечества
Ну, одна из разновидностей систем, сделанных по образцу мозга, — искусственные нейронные сети (ИНС), — работает уже так давно и хорошо, что стала, по существу, основой ИИ. Как говорилось в главе 7, ИНС (которые можно разделить на аппаратные и программные) были придуманы в 1960-е гг. специально для того, чтобы играть роль нейронов. Одно из основных их преимуществ состоит в том, что ИНС обучаемы. Если вы хотите научить нейронную сеть переводить текст с французского языка на английский, к примеру, вы можете для начала подать на вход французский текст и точный английский перевод этого текста. Этот процесс называется контролируемым обучением. Если образцов будет достаточно, сеть распознает и усвоит правила, связывающие французские слова с их английскими эквивалентами.
В мозгу нейроны соединяются друг с другом через синапсы, и именно в этих точках контакта происходит обучение. Чем прочнее синаптическая связь, тем прочнее воспоминание. В ИНС прочность синаптического соединения называется его «весом» и выражается в виде вероятности. ИНС присваивает си- наптические веса правилам перевода с иностранного языка, которые усваивает в процессе обучения. Чем дольше длится обучение, тем лучше будет перевод. В ходе обучения ИНС учится распознавать собственные ошибки и соответствующим образом корректирует синаптические веса. Это означает, что нейронная сеть изначально способна к самосовершенствованию.
После обучения, когда на вход системы поступит французский текст, ИНС сверится с вероятностными правилами, усвоенными в ходе обучения, и выдаст свой лучший перевод. По существу, ИНС ищет закономерности в структуре данных. На сегодняшний день поиск закономерностей в больших объемах неструктурированных данных — одна из самых перспективных областей применения ИИ.
Помимо перевода и анализа больших объемов информации ИНС сегодня активно используются в структуре ИИ, анализируют фондовый рынок и распознают объекты на картинках. Они присутствуют в программах оптического распознавания символов, предназначенных для чтения печатного текста, и в микросхемах, управляющих ракетами. ИНС обеспечивают «ум» умным бомбам. Да и большинство архитектур УЧИ без них не обойдутся.
Из главы 7 стоит вспомнить еще кое-что важное об этих вездесущих нейронных сетях. Подобно генетическим алгоритмам, ИНС работают по принципу «черного ящика». Это значит, что входные данные — в нашем примере французский текст — прозрачны. А выходные — здесь это английский текст — понятны. Но что происходит в промежутке, никто не знает. Все, что может сделать программист, — это руководить и направлять обучение ИНС, подбирая примеры и пытаясь улучшить результат перевода. А поскольку результат работы «черного ящика» — искусственного интеллекта — непредсказуем, его нельзя считать по-настоящему безопасным.
Судя по результатам работы алгоритмов Грейнджера, построенных по образу и подобию мозга, можно сделать вывод, что при создании искусственного разума лучше, возможно, следовать эволюционной модели и копировать человеческий мозг, чем создавать de novo когнитивные системы на базе компьютерных наук.
В 2007 г. ученики Грейнджера из Дартмутского колледжа написали по результатам исследований мозга алгоритм визуального восприятия, распознававший объекты в 140 раз быстрее, чем традиционные алгоритмы. Он показал лучшие результаты, чем 80000 других алгоритмов, и выиграл приз IBM в $10 000.
В 2010 г. Грейнджер и его коллега Ашок Чандрашекар создали по образцу мозга алгоритмы контролируемого обучения, которые используются при обучении машин распознаванию оптических символов и голоса, выделению спама и т. п. Алгоритмы, сделанные по образцу мозга для использования в процессорах с параллельной обработкой данных, работали так же точно, как и последовательные алгоритмы того же назначения, но в десять с лишним раз быстрее. Образцом для новых алгоритмов послужили самые распространенные типы нейронных кластеров, или схем, мозга.
В 2011 г. Грейнджер с коллегами запатентовал чип с изменяемой конфигурацией для параллельной обработки данных, основанный на этих алгоритмах. Это означает, что некоторые из самых распространенных структур мозга уже можно воспроизвести в виде компьютерного чипа. Стоит собрать их вместе, как в программе SyNAPSE фирмы IBM, — и вы на пути к созданию виртуального мозга. Всего один из этих чипов уже сегодня мог бы ускорить и улучшить работу систем, созданных для распознавания лиц в толпе, обнаружения ракетных пусков на спутниковых фотографиях, автоматической каталогизации вашей коллекции цифровых снимков и решения сотен других задач. Со временем искусственное воспроизведение мозговых схем, возможно, позволит «ремонтировать» поврежденный мозг, встраивая в него компоненты, способные восстановить «неисправные» области. Когда-нибудь микросхема параллельной обработки данных, запатентованная командой Грейнджера, могла бы заменить собой поврежденные структуры живого мозга.
А пока программы, построенные по алгоритмам работы мозга, пробиваются в традиционные компьютерные процессы. Подкорковые узлы — древняя, «рептильная» часть мозга, отвечающая за контроль движений. Исследователи выяснили, что подкорковые узлы при освоении навыков задействуют алгоритмы того типа, что используются в обучении с подкреплением. Команда Грейнджера открыла, что нейронные контуры в коре головного мозга — последнем по времени появления отделе мозга — выстраивают иерархии фактов и создают связи между фактами (подобно иерархическим базам данных). Это два разных механизма.
А теперь самое интересное. Нейронные схемы в этих двух частях мозга, подкорковых узлах и коре, связаны между собой посредством других контуров, сочетающих в себе свойства того и другого. В вычислительной технике существуют прямые параллели этому. Компьютерные системы обучения с подкреплением действуют методом проб и ошибок — они должны проверить громадное число возможностей, чтобы узнать наконец верный ответ. Именно так мы в основном используем подкорковые узлы для освоения автоматических действий, таких как езда на велосипеде или удар по бейсбольному мячу.
Но у человека есть еще иерархическая система коры, позволяющая нам не просто перебирать вслепую все возможности методом проб и ошибок, а каталогизировать и иерархически организовывать их, а затем просеивать куда более разумно. Такая комбинация работает намного быстрее и дает лучшие результаты, чем у животных, к примеру, пресмыкающихся, использующих только систему проб и ошибок, работающую в подкорковых узлах. Возможно, самое продвинутое, что мы можем делать в системе, объединяющей в себе кору и подкорковые узлы, — это проводить внутренние тесты типа проб и ошибок без необходимости выходить на внешний уровень и проверять в реальном мире. Мы можем проводить множество проверок, просто обдумывая что-то: мы моделируем все это в своей голове. Искусственные алгоритмы, в которых сочетаются эти методы, работают много лучше, чем каждый из методов в отдельности. Грейнджер предполагает, что примерно такое же преимущество дает объединение двух этих систем в нашем мозгу.
Грейнджер и другие нейробиологи выяснили также, что цепями мозга управляют всего несколько типов алгоритмов. Одни и те же базовые вычислительные системы используются вновь и вновь в различных сенсорных и когнитивных операциях, таких как слуховое восприятие и дедуктивные рассуждения. Не исключено, что, как только эти операции удастся воспроизвести в компьютерах программно и аппаратно, можно будет простым их дублированием создавать модули для моделирования различных частей мозга. А воссоздание алгоритмов, скажем, слухового восприятия должно помочь в усовершенствовании приложений распознавания устной речи. Более того, это уже произошло.
Курцвейл был одним из первых новаторов, применивших знания о мозге в программировании. Как мы уже говорили, он утверждал, что обратное проектирование мозга — самый перспективный путь к созданию УЧИ. В очерке, отстаивавшем эту точку зрения и его предсказания по поводу этапов и вех технического развития, он писал:
Говоря в целом, мы ищем в биологии методы, способные ускорить разработку ИИ, которые в основном ведутся без сколько-нибудь полного представления о том, как аналогичные функции реализует мозг. Из своего собственного опыта в области распознавания речи я знаю, что наша работа сильно ускорилась, когда мы получили достоверные сведения о том, как мозг готовит и обрабатывает слуховую информацию.
Еще в 1990-е гг. фирма Курцвейла делала первые шаги в распознавании речи и разрабатывала приложения, которые позволили бы врачам диктовать медицинские отчеты. Курцвейл продал свою компанию, и на ее, в частности, основе возникла компания Nuance Communications. Всякий раз, прибегая к помощи Siri, вы пользуетесь алгоритмами Nuance, задействованными в речевой части этого волшебства. Распознавание речи — искусство перевода произнесенного слова в текстовую форму (не путать с обработкой естественного языка, цель которой — извлечение смысла из написанных слов). После того, как Siri переведет ваш запрос в текстовый вид, в дело вступают три остальных ее главных таланта: обработка естественного языка, поиск в громадной базе данных и взаимодействие с поисковыми серверами Интернета, такими как OpenTable, Movietickets и Wolfram | Alpha.
