Феномен науки. Кибернетический подход к эволюции

Фёдорович Турчин Валентин

Рис. 3.6. Иллюзия сближения диагоналей

Есть много зрительных иллюзий, являющихся следствием того, что мы «видим пятна», и дающих поучительные примеры врожденных ассоциаций. Одна из лучших представлена на рис. 3.6. Фигура а — квадрат и его диагонали пересекаются под прямым углом. Фигура б построена из дуг окружностей, но вершины ее образуют в точности такой же квадрат, как и на фигуре а, и, следовательно, диагонали также пересекаются под прямым углом. В это почти невозможно поверить — так велика иллюзия, что диагонали фигуры б приближены к вертикали. Эту иллюзию можно объяснить тем, что вместе с микрохарактеристиками фигуры, т. е. с деталями ее формы, мы всегда воспринимаем и ее макрохарактеристику — общий облик. Общий облик фигуры б– пятно, вытянутое по вертикали. О степени вытянутости можно судить по

фигуре в. Это прямоугольник, площадь которого равна площади фигур а и б, а отношение ширины к высоте равно отношению средней ширины фигуры б к ее средней высоте. Гипотетический классификатор, регистрирующий общую вытянутость фигуры, придет при созерцании фигуры б в такое же состояние, как при созерцании прямоугольника в. Иначе говоря, хотим мы того или нет, но фигура б у нас ассоциируется с прямоугольником в. Проводя мысленно диагонали в фигуре б, мы отождествляем их с диагоналями прямоугольника в, которые образуют острые вертикальные углы. Классификатор, регистрирующий вытянутость пятна — вещь, несомненно полезная, особенно полезен был он для наших далеких предков, которые и не воспринимали мир в более тонких понятиях. Но из-за того, что мы не можем включать и выключать его по желанию, он оказывает нам иногда дурную услугу, вызывая обман зрения.

3.7. Условный рефлекс и обучение

Однако возвратимся от врожденных ассоциаций к вырабатываемым, т. е. собственно к ассоциированию представлений. В различии между суффиксами этих однокоренных слов — вся суть метасистемного перехода от четвертого к пятому этапу эволюции. Ассоциация– это просто один из аспектов сложного рефлекса, ассоциирование — это управление ассоциациями: образование новых ассоциаций и исчезновение старых.

Наиболее полно способность к ассоциированию представлений проявляется как способность к образованию (и, следовательно, распознаванию) новых понятий. Примером может служить собака, издалека узнающая своего хозяина.

Рис. 3.7. Схема условного рефлекса

Павловский условный рефлекс является более частным проявлением способности к ассоциированию. Его схема изображена на рис. 3.7. Безусловный раздражитель S₁ (еда) всегда сопровождается условным раздражителем S₂ (свисток), в результате они ассоциируются в одно представление U, которое вследствие наличия в нем S₁ вызывает реакцию R (отделение слюны). Тогда раздражитель S₂ даже при отсутствии S₁ вызывает U и, следовательно, R. Свисток вызывает отделение слюны.

Может возникнуть следующий вопрос. Условный рефлекс возникает на основе безусловного, схема которого есть S– > R. В то же время если на рис. 3.7 убрать условный раздражитель, то мы получим схему S₁– > U– > R. Откуда мы знаем, что существует ступень U? Не является ли это произвольной гипотезой?

В действительности схема на рис. 3.7 не содержит абсолютно никаких гипотез. Подчеркнем еще раз, что эта схема функциональная, а не структурная. Мы не делаем никаких предположений об устройстве нервной сети, а только описываем наблюдаемые факты. А эти факты таковы: во-первых, состояние S₁ через посредство каких-то промежуточных состояний приводит к состоянию R, во-вторых, состояние S₂ также, в конечном счете, приводит к R. Следовательно, в какой-то момент эти два процесса соединяются. Состояние в этот момент мы обозначаем через U и получаем схему, о которой идет речь.

Этим наша схема и наш подход вообще отличаются от павловской схемы рефлекторной дуги, которая как раз и является структурной схемой, физиологической моделью высшей нервной деятельности.

Процесс обучения, если он не сводится к выработке нескольких условных рефлексов (т. е. затрагивает только распознавательную иерархию), включает в себя еще элемент научения — выработки умения, навыка.

Процесс научения также укладывается в схему ассоциирования представлений при том общем смысле, который мы придаем этому понятию. Ведь научение — это выработка и закрепление детального плана для достижения цели, нового плана, которого раньше не было. План можно представить как организованную совокупность ассоциаций. Вспомним схему регулирования (см. рис. 2.6). Блок сравнения должен при фиксированной цели сопоставить каждой ситуации определенное действие. «Необученный» блок сравнения будет пробовать всевозможные действия и останавливаться на тех из них, которые приводят к уменьшению расхождения между ситуацией и целью (метод проб и ошибок). В результате обучения устанавливается связь между ситуацией и соответствующим действием (которое ведь тоже есть представление), так что обученный блок сравнения выполняет нужное действие быстро и безошибочно.

Несколько слов об инстинкте и о соотношении между инстинктивным поведением и поведением, выработанным путем обучения. Что такое инстинкт? Очевидно, это нечто, передающееся по наследству, но что именно? Миллер, Галантер и Прибрам в книге, на которую уже ссылались, определяют инстинкт как «наследственный неизменяемый непроизвольный план». Планы, как мы знаем, устроены по иерархическому принципу. Теоретически можно допустить существование инстинкта, распространяющегося на все этажи иерархии, включающего и общую стратегию, и частные тактические приемы вплоть до сокращения отдельных мышц. «Но если такой инстинкт существует, — пишут указанные авторы, — то мы никогда о нем не слышали». Инстинкт всегда сохраняет определенную высоту положения в иерархии поведения, предоставляя животному встраивать недостающие компоненты низких уровней путем обучения. Волчонок, пытающийся схватить убегающее животное, действует, несомненно, под влиянием инстинкта. Но одно дело пытаться, другое дело уметь это сделать. «Можно считать,— пишут Миллер, Галантер и Прибрам, — что у крыс копуляция является инстинктивной формой поведения. В известных отношениях так оно и есть. Однако грубость копулятивного поведения крысы, которая не имеет опыта в области ухаживания, отчетливо показывает, что известная практика в этих инстинктивных реакциях является необходимой».

По мере усложнения организации животного и возрастания его обучаемости в процессе эволюции инстинкты «отступают вверх», становясь все более абстрактными и оставляя все больше пространства для их реализации. От этого поведение животного становится все более гибким и оперативно меняющимся при изменении внешних условий. Шансы вида на выживание увеличиваются.

3.8. Моделирование

До сих пор, говоря об ассоциациях представлений, мы полностью игнорировали их динамический, временной аспект, т. е. рассматривали связываемые представления как статические и не имеющие никакой координаты во времени. Между тем идея времени может активно входить в наши представления. Мы можем представить себе фигуры, движущиеся и меняющиеся с определенной скоростью, можем мысленно продолжить наблюдаемый процесс. По дороге катится колесо. Вы закрываете глаза на пару секунд и представляете движение колеса. Открыв глаза, вы видите его на том самом месте, где и ожидали. Это, конечно, результат ассоциации представлений, но такой ассоциации или, вернее, таких представлений, которые органически связаны с течением времени. Положение x колеса в момент времени t ассоциируется с положением х₁ в момент времени t + t, а также с положением х₂ в момент времени t + 2t и т. д. Каждое из этих представлений включает в себя представление о времени, к которому оно относится. Каков механизм этого включения, мы не знаем и в соответствии с нашим подходом не будем строить на этот счет никаких гипотез. Заметим только, что ничего особенно удивительного в таком включении нет. Хорошо известно, что в организме есть свой датчик времени — «внутренние часы».

Ассоциация представлений, имеющих временную координату, дает вам возможность предвидеть в своем воображении будущие ситуации. Мы установили наличие таких представлений, опираясь на внутренний, субъективный опыт. Но из того факта, что животные также обнаруживают способность предвидения (посмотрите, как ловит собака кусок сахара), мы заключаем, что их представления могут обладать временной координатой.

Рис. 3.8. Схема моделирования

Говоря языком кибернетики, связывание представлений, включающих временную координату, и вытекающая отсюда способность предвидеть будущее есть не что иное, как моделирование, построение модели окружающей среды.

Дадим общее понятие модели. Рассмотрим две системы и . Допустим, что каждому состоянию A_i, системы мы можем каким-то образом сопоставить одно определенное состояние B_i, системы (рис. 3.8).

Обратное соответствие не обязательно должно быть однозначным, т. е. одному состоянию может соответствовать множество состояний . Так как обобщенное состояние согласно нашему определению есть множество состояний, можно характеризовать это положение как взаимно однозначное соответствие состоянии системы обобщенным состояниям системы . Это необходимо, но не достаточно, чтобы считать систему моделью системы . Должно еще существовать такое преобразование T(t) системы , зависящее от времени t, которое моделирует естественное течение времени в системе . Это означает следующее. Пусть первоначально система находится в обобщенном состоянии A₁, которому соответствует состояние B_i, системы . Пусть по прошествии времени t состояние системы становится A₂. Тогда преобразование T(t) должно переводить систему в состояние B₂, соответствующее обобщенному состоянию A₂. Если это условие выполнено, мы называем систему моделью системы .