Алексей Редозубов - Мозг напрокат. Как работает человеческое мышление и как создать душу для компьютера
В зависимости от того, какие рефлексы вызываются свободно, а какие заторможены или вообще отсутствуют, невропатологи могут достаточно точно определить уровень поражения нервной системы (Варначева, 2008).
На рис. 11 показано, как выглядит нейронная конструкция, отвечающая за реализацию рефлекса (рефлекторная дуга).
Рисунок 11. Схема рефлекторной дуги
Путь импульса показан стрелочками: 1 - вставочный нейрон; 2 - дендрит; 3 - тело нейрона; 4 - аксон; 5 - синапс между чувствительным и вставочным нейронами; 6 - аксон чувствительного нейрона; 7 - тело чувствительного нейрона; 8 - дендрит чувствительного нейрона; 9 - аксон двигательного нейрона; 10 - тело двигательного нейрона; 11 - синапс между вставочными и двигательными нейронами; 12 - рецептор в коже; 13 - мышца.
Спинной мозг, древний мозг — это те органы, где располагаются нейроны, отвечающие за безусловные рефлексы. Связи между нейронами там генетически предопределены. Собственно говоря, набор этих связей и формирует всю картину рефлекторной активности.
Если вспомнить эволюционную теорию, то несложно понять, как формируются новые рефлексы. На рис. 12 показаны нейроны или группы нейронов и связи между ними. Линиями обозначены связи, отвечающие за существующие рефлексы (аналогично связи 11 на рис. 11). Нейроны могут активироваться (например под действием рецепторных раздражителей) и вызывать активацию нейронов, запускающих мышечную реакцию или какое-либо иное физиологическое действие.
Рисунок 12. Появление нового рефлекса.
Пунктиром обозначена связь, которая впервые появилась в результате мутации. Если эта связь приведет к формированию «полезного» рефлекса, то она закрепится в потомках. Если связанный с ней рефлекс окажется бесполезным или даже вредным — этот эксперимент природы «провалится». Если рефлекс «вредный», то особь умрет, если бесполезный — не получит широкого распространения. Под «полезностью» здесь понимается возможность дать многочисленное жизнеспособное потомство.
В этой главе мы употребляли термин «алгоритм». Традиционно под алгоритмом понимается некоторая последовательность действий, ведущих к определенной цели. Термин «алгоритм» оказался очень удачным для использования в кибернетике. Первоначально компьютерные программы как раз и представляли собой последовательность инструкций для компьютера. Однако даже в кибернетике понятие алгоритма трансформировалось с появлением параллельных вычислений событийного программирования и других новых методов.
Применительно к нейронным сетям употребление термина «алгоритм» в традиционном его значении неуместно. Говоря об алгоритмах поведения, мы будем подразумевать некие формы поведения, которые на естественном языке можно описать « алгоритмическим» образом (на словах это и выглядит как алгоритм), помня при этом, что в основе поведения лежат процессы, происходящие в нейронных сетях, которые алгоритмическими не являются.
Нередко возникает путаница, связанная с тем, что если какие-то процессы можно описать алгоритмически (как последовательность команд для компьютера или другого исполнительного устройства), то делается вывод, что «приблизительно так», алгоритмически, работает и мозг человека. В действительности нейронные сети решают те же задачи не алгоритмическим способом. Однако алгоритмический путь более привычен для понимания и более нагляден, что и служит поводом для подмены. Ошибочность попыток «алгоритмизировать» поведение животных, свести его к последовательности рефлекторных действий особенно ярко будет видна несколько позже, когда мы будем говорить об инстинктах.
А сейчас расширим немного наше представление о рефлексах.
Вспомним еще раз определение: рефлексы — реакции организма, вызываемые центральной нервной системой при раздражении рецепторов агентами внутренней или внешней среды.
Примеры рефлексов, которые приводились выше,— это, по большей части, рефлексы, за которые отвечает спинной мозг, именно такой рефлекс изображен на рис. 18. Но к центральной нервной системе относится и головной мозг, и в нем происходят процессы, которые мы тоже называем рефлексами. Мы обладаем зрением, слухом, обонянием, вкусом, тактильными ощущениями. Головной мозг имеет дело не с первичным раздражением рецепторов, а с уже предварительно обработанной информацией, из которой специальными нейронными сетями выделены «сигналы», имеющие для нас определенный смысл. Такие «сигналы» или их сочетания вызывают срабатывание определенного рода рефлексов, которые приводят к соответствующей «реакции организма». Эта «реакция организма» — появление эмоций или ощущений.
Рефлексы, вызывающие мышечные или иные моторные отклики организма, и рефлексы, ведущие к появлению эмоций,— важный элемент мозаики явлений, из которых складывается феномен мышления. Но чтобы понять ту роль, которую играют в этом процессе рефлексы, необходимо сложить все части воедино.
Итак, двигаемся дальше.
Условные рефлексы
Кроме рефлексов генетически предопределенных, существуют рефлексы, которые приобретаются по ходу жизни. Их принято называть условными рефлексами.
Изучение условных рефлексов связано в первую очередь с именем И. П. Павлова. Он показал, что новый стимул может начать рефлекторную реакцию, если он некоторое время предъявляется вместе с другим стимулом, вызывающим безусловный рефлекс. Например, если собаке дать понюхать мясо, то у нее выделяется желудочный сок (это безусловный рефлекс). Если же одновременно с мясом звенеть звоночком, то нервная система собаки ассоциирует этот звук с пищей, и желудочный сок будет выделяться в ответ на звонок, даже если мясо не предъявлено. Условные рефлексы лежат в основе приобретенного поведения. Это наиболее простые программы. Окружающий мир постоянно меняется, поэтому в нем могут успешно жить лишь те, кто быстро и целесообразно отвечает на эти изменения. По мере приобретения жизненного опыта в коре полушарий складывается система условнорефлекторных связей. Такую систему называют динамическим стереотипом. Он лежит в основе всех привычек и навыков.
Условные рефлексы позволяют приспосабливаться к окружающей среде, подстраиваться под нее. Благодаря условным рефлексам человек и животные не привязаны к какой-либо среде, к одному окружению, а способны выживать в совершенно разных условиях.
Основную роль в возможности формировать условные рефлексы играет память. Именно память осуществляет «замыкание» между «новым стимулом» и «рефлекторной реакцией». Сейчас еще несколько преждевременно описывать, как это происходит на нейронном уровне, несколько позже мы сделаем это обстоятельно и подробно, так как это ключевой момент к пониманию феномена мышления. Сейчас только отметим некоторые свойства, присущие условным рефлексам:
1. Условные рефлексы формируются не только для реакций, ведущих к какому-либо действию, но также для эмоций и ощущений.
2. Срабатывание условного рефлекса носит вероятностный характер. Вероятность срабатывания условного рефлекса тем выше, чем больше перед этим имело место обучающих примеров или чем более сильными переживаниями или ощущениями эти примеры сопровождались.
Условные рефлексы сами по себе — мощный инструмент, возникший в результате естественного отбора. Фактически, смысл условных рефлексов заключается в том, что окружающий мир «тренирует» нас, и мы учимся узнавать «важные» для нас явления не только по признакам, которые «запускают» безусловные рефлексы, но и по признакам, которые этим явлениям сопутствуют.
Эмоции и инстинкты
Наверное, нет ни одного человека, который не смог бы так или иначе сформулировать, что такое инстинкты. Большая часть формулировок будет гласить, что все мы обладаем некими природой в нас заложенными умениями, которые проявляются в различных ситуациях и диктуют нам некое «инстинктивное» поведение. Может быть, кто-нибудь пойдет дальше и скажет, что стимулом, который заставляет нас так поступать, являются эмоции, это они «подталкивают» нас к «правильному» инстинктивному поведению. Такие формулировки, на первый взгляд, достаточно хорошо согласуются с тем, что мы наблюдаем в окружающем мире и испытываем на себе.
Примером формулировок, «похожих на правду», может служить анекдотичная история с естествоиспытателем Ж. Кювье (1769—1832). Составители энциклопедического словаря показали Кювье определение понятия «рак»: «Рак — небольшая красная рыба, которая ходит задом наперед». И попросили его оценить. « Великолепно,— сказал Кювье.— Однако разрешите мне сделать небольшое замечание. Дело в том, что рак не рыба, он не красный и не ходит задом наперед. За исключением всего этого, ваше определение превосходно».
