Олег Цендровский
Действие вместо реакции
Ограничения лимбической системы
Трудно поддается пониманию, что все книги, фильмы, композиции и программы на наших компьютерах слагаются из гигантских последовательностей нулей и единиц. Как это возможно, ведь нули и единицы плоски и примитивны, а произведения человеческого гения различны, многогранны и многомерны? Как столь сложное можно свести к столь простому?
Но постепенно вникаешь в эту механику, свыкаешься с ней и преисполняешься восхищением. Тогда становится проще понять и ту ловкость, с которой эволюция жизни использовала столь малое, чтобы создать столь многое.
Поистине, цифра два могущественна и, подобно ключу, отпирает многие загадки природы и приводит в движение самые поразительные механизмы. Это касается не только машинной кибернетики и лимбической системы человека, но любой жизни вообще. Всякий организм стремится выжить и развиться, расширить и продолжить себя в пространстве и времени. Есть ситуации, которые позволяют ему это сделать и способствуют этим целям. Есть и те, которые мешают. К одним он испытывает естественное притяжение, а от других пробует отдалиться.
Взглянем ли мы на простейшую бактерию или на гениальнейшего из людей, это обстоятельство будет для них равно справедливо. Обозревая все древо жизни от самых низких его веточек до парящей в облаках кроны, мы не находим исключений из описанного здесь правила. Да и как поведение живого существа могло бы быть устроено иначе?
Но для того, чтобы разобраться, к чему следует испытывать влечение, а к чему отторжение, организм должен собирать информацию о мире. Мир же огромен и сложен, а познающая его жизнь мала и слаба.
Первые существа на земле либо не имели нервной системы вообще, либо в их распоряжении находился крайне скромный инструментарий. Там было очень мало нервных клеток и очень мало связей между ними. Вычислительная мощность таких познавательных систем была очень низка, а их нейропластичность крошечной.
Природа, как обычно, нашла элегантный выход. Если одна бактерия или одна круглоротая рыба не способна разобраться, что к чему и что в жизни хорошо, а что плохо, то сотни и тысячи поколений (в каждом из которых могут быть миллионы особей) могут, если их усилия как-то объединить.
Такое объединение произошло с помощью механизма эволюции посредством естественного отбора, открытого Дарвином и описанного последующими генетиками. Принцип эволюции довольно прост. При зарождении каждого нового организма в его ДНК происходят случайные генетические мутации. Как следствие, весь его фенотип, его шаблоны поведения и познания, отличаются от арсенала породившего его существа, пускай даже эти различия минимальны.
Посредством случайных генетических мутаций эволюция порождает несметное число все новых и новых организмов, и каждый из них немного иначе воспроизводит влечение и отторжение. Особи с такими врожденными склонностями, которые лучше соответствуют условиям окружающего мира, с большей вероятностью выживают и дают потомство. Их гены, их свойства передаются дальше, новым поколениям и получают количественное преимущество в генофонде.
Таким образом, развитие нервных систем по необходимости шло путем генетического формирования все более и более надежных заготовок, все более надежных стереотипов поведения и познания.
Мозг был еще слишком примитивен, чтобы быть способным на мало-мальски свежий ответ на ситуацию, на оригинальное действие. Он рождался с прошитыми в ДНК шаблонами и в каждых новых обстоятельствах сверялся с ними. Наша лимбическая система как раз и состоит из таких автоматизмов, потому что начала формироваться в темных глубинах времен еще у беспозвоночных обитателей океана.
Всякий раз, когда лимбическая система сталкивается с чем-либо, она пропускает новую информацию через встроенные в нее познавательные программы потребностей. Потребности спешно помещают ситуацию на свои весы, проводят нехитрые замеры и затем посылают сигналы дальше. Там они преобразуются в акты влечения и отторжения.
Потребность в безопасности, наш страх, звенит в свой звоночек. Повинуясь ее зову, наш ум рисует ужасные картины грозящей опасности. Потребность в исследовательском поведении звенит в свой. Нас охватывает любопытство и жажда знаний, азарт до всего нового.
Голод в свою очередь рисует в нашем уме картину богатого стола и излюбленных яств. Миндалина прочит нам власть и славу или же призывает напасть на противника и с наскока снести все препятствия. Лень своим гипнотическим голосом влечет нас в тепло и уют бездеятельности.
В голове человека постоянно проносится поток из желаний от центров потребностей в мозге. В кильватере за ним следует вереница порождаемых ими образов, хотя на поверхность сознания всплывает лишь малая доля из них.
Лимбическая система старательно фильтрует столь сбивчивую многоголосицу и в каждый момент времени выискивает в ней самый громкий голос. Тогда в нас рождается автоматическая поведенческая реакция и для нее создается соответствующая эмоциональная поддержка. Мы как по нажатию кнопки идем туда, куда зовет наиболее громкая программа потребностей и отодвигаем прочие в сторону.
Так происходит, если человек покорно следует автопилоту лимбической системы. Он уподобляется марионетке. Звучит одна сирена, нам весело – и мы пускаемся в пляс. Звучит другая, мы раздражаемся, приходим в ярость или впадаем в депрессию.
Жизнь проходит, как и встарь, в океанических глубинах, то есть бессознательно. Все осуществляется по принципу «стимул-реакция», причем выбор реакции происходит принудительно. В режиме автопилота нет места для подлинной мысли и для анализа.
Наблюдать за непрерывной работой лимбической системы лучше всего не в условиях эмоциональных бурь, а в спокойствии. Достаточно сесть в тишине и сосредоточиться на том, что происходит в вашем сознании. Там будут загораться единичные образы и проноситься целые ассоциативные ряды, и каждый из них, если проявить внимание, будет связан с определенной потребностью.
Вы почувствуете на себе стук целого града импульсов влечения и отторжения, которые порождают внутренний кинофильм и вновь возникают в ответ на каждую запущенную в нем сцену. Вам вспомнится вчерашний день, подумается о завтрашнем. Возможно, промелькнет что-то о еде, о сексе, о статусе и власти, об угрозах и возможностях.
Импульсы будут тянуть то в одну сторону, то в другую. Это лишь вопрос времени, когда какой-то из них одержит верх и подымет вас на ноги. Может, впрочем, случиться и так, что возобладает потребность во сне и отдыхе – и вы уснете.
Мы, таким образом, являемся наследниками древней лимбической системы управления поведением. Она все еще совершенно незаменима для нас и необходима, как воздух, но многие особенности этого наследства стали скорее обременительны, чем полезны. Они безнадежно устарели.
Мы более не рыщем по саваннам в поисках пищи, тревожно оглядываясь по сторонам. Скромный набор из «замри, бей или беги» стоит на пути более высоких запросов человеческого духа. Лимбическая система слишком примитивна и стереотипна для наших задач и для нашего образа жизни. Ее нейропластичность низка, потому она досадным образом ограничивает человеческое развитие. Это набор устаревших кнопок для запуска устаревших программ. Она воспринимает стимул, он бессознательно и шаблонно ей обрабатывается, а затем компьютер выдает столь же шаблонное решение.
Иначе и быть не могло. Это единственный способ, как маленький мозг может выживать в этом большом мире. Он полагается на шаблоны, которые меняются не в течение его индивидуальной жизни, а на протяжении десятков и сотен поколений, путем случайных генетических мутаций.
Доля совершаемых лимбической системой ошибок невероятно высока. Наши эмоции и потребности, которые должны служить целям жизни, пребывают в постоянном хаосе и конфликте. Они причиняют огромный объем страдания индивиду, сталкивают его с окружающим миром в актах бессмысленной ненависти и разрушения и ставят палки в колеса всем созидательным задачам.
Человеку более нет нужды так слепо полагаться на сигнализацию лимбической системы, сделанную под нужды существ с маленьким мозгом, довольно скромным набором жизненных задач и совершенно иными условиями существования.
Девяносто миллиардов нейронов, двести триллионов связей между ними – это возможность слезть с бракованного автопилота. Наш ум способен не только на полуслепую автоматическую реакцию, но и на свежесть и точность действия. Нам нет необходимости ждать поколения, чтобы измениться, как это происходит везде в царстве жизни вот уже несколько миллиардов лет. Мы можем менять самые фундаментальные привычки ума и поступка прямо здесь и сейчас, а не перекладывать это на эволюцию и на плечи отдаленных потомков.
Но как же начать больше действовать и меньше реагировать? Как немного ослабить ошейник полумиллиардолетней давности? Для этого сперва нужно посмотреть на лимбическую систему с другой стороны – с позиций кибернетики.
Шум в голове
Чтобы сбить вражеский самолет, солдат времен Второй мировой войны должен был руководствоваться простым правилом. Следовало бить немного впереди от намеченной цели, на опережение. В противном случае самолет просто изменит местоположение и выпущенный снаряд неминуемо опоздает на запланированную встречу.
Простым это правило может показаться лишь на первый взгляд, потому что точную величину отклонения было необходимо высчитать на основании ряда переменных. Требовалось учесть предшествующую траекторию движения самолета, его скорость, направление и набранную высоту. Хорошо было не забывать и про возможность маневра уклонения. Наконец, все это нужно было сделать очень быстро.
Многие военные, ученые и инженеры той эпохи ломали головы, как повысить точность зенитного огня. Математик Норберт Винер, однако, зашел значительно дальше. Он понял, что весь описанный процесс можно довольно просто автоматизировать и со временем это позволит практически полностью исключить человеческий элемент из противовоздушной обороны.
Первым делом зенитную установку требовалось объединить с радаром и простым аналоговым компьютером. Это устройство должно было принимать данные с радара о местоположении самолета, его скорости и траектории. Затем на основании математических уравнений, специально созданных Винером, оно должно было сделать предсказание о том, где самолет будет находиться дальше. Тогда прикрепленные к зенитке моторы начинали автоматически наводить прицел и давали сигнал к выстрелу.
Работа группы Винера над созданием высокоавтоматизированных зенитных орудий началась сразу после вступления США во Вторую мировую войну. Хотя их творение не успело дойти до стадии производства, у идей Винера появилось куда более судьбоносное и масштабное продолжение.
Кропотливые размышления над процессом принятия решений зенитным орудием заставили Винера задуматься о том, как вообще информация циркулирует в мире вокруг нас. Как решения принимают одноклеточные организмы, сложные нервные системы животных и сами люди?
Он обнаружил, что повсюду в природе имеются саморегулирующиеся информационные системы. Они получают информацию из внешней среды, обрабатывают ее, на этой основе производят свою собственную информацию и выдают поведенческую реакцию. Так должна была вести себя разрабатываемая Норбертом Винером военная машина. Именно такой системой был и он сам, а также деревья за окном, бегущая по улице собака и даже микробы на кончиках его пальцев.
В темном жерле зенитной установки ученый разглядел нечто поразительное – то, что он никак не ожидал там увидеть.
Это были готовые контуры прекрасной науки будущего, на которой сегодня основаны все компьютерные технологии и самые передовые разработки человечества от искусственного интеллекта до мозговых имплантов. Это было моментом рождения кибернетики, и ее фактическим отцом-основателем стал Норберт Винер. В 1948 году это слово впервые публично прозвучало в его монументальном труде под названием: «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине».
Разумеется, Винер не мог создать целую научную область один. Тысячи и тысячи светлых умов до него, одновременно с ним и после него приносили плоды собственных трудов на эту великую стройку. Кто-то подтаскивал лишь пару кирпичей, а иные сгружали целые телеги и принимались ваять. Ко второй группе принадлежал американский математик Клод Шеннон, чьи лавры сияют не менее ярко, чем у Винера.
В 1948 году (столь урожайном для кибернетики) Клод Шеннон стал первым, кто употребил слово «бит» для обозначения минимальной единицы информации. Подобно Винеру, он активно участвовал в разработке алгоритмов для автоматизации оружия, а также в создании систем шифрования данных для ведения секретных переговоров между президентом Рузвельтом и Черчиллем во время военных действий.
Как и Винер, он сразу же понял, что эти узкие военные задачи неожиданно для всех распахнули окно во что-то несоизмеримо большее. Большее не только, чем изготовление тех или иных устройств, а чем сам человеческий вид. Шеннон создал фундамент современной теории информации и теории связи, и его работа сплелась с винеровской кибернетикой в единое целое.
Но чем же все-таки занимается кибернетика? Наша культура ассоциирует и ее саму, и приставку кибер- с компьютерами и роботами. На ум приходят фантастические фильмы и сцены из стремительно приближающегося будущего. Сами Винер и Шеннон, как и другие основоположники этой науки, однако, придерживались совсем иного понимания.
В поисках вдохновения они смотрели скорее назад и перед собой, нежели вперед. Проносящийся в их головах ассоциативный ряд был связан с чередой бесконечно сложных живых организмов и нервных клеток. Прототипы своих устройств они искали там, в царстве жизни и в принципах, управляющих человеческим мозгом. Рукотворные аппараты воспринимались ими всего лишь блеклыми подобиями той тонкой информационной механики, что управляет миром вокруг нас и в особенности нашим собственным умом.
Следовательно, кибернетика возникла как наука, занимающаяся исследованием и созданием саморегулирующихся информационных систем вообще, а никоим образом не одних лишь механических устройств.
Вспомним название самого первого труда по кибернетике за авторством Винера: «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине». Ученый поместил «животное» перед «машиной» вовсе не случайно, ведь он являлся не только блестящим математиком, но и биологом. Увлечение Винера биологией являлось настолько сильным, что его первая диссертация была посвящена генетике, а не математике. Точно так же Клод Шеннон провел первую половину жизни в страстном изучении биологии, а с особенным вниманием он относился к устройству нервной системы.
Отцы кибернетики, таким образом, занимались машинами, строили зенитные орудия и конструировали системы шифрования связи. При всем при этом свою работу они основывали на собственном понимании процессов обмена информацией в живых организмах. Они также сознавали, что, хотя мир полон саморегулирующихся информационных систем, сложнейшая из них есть наш мозг.
Это значит, что на основе изучения человеческой нервной системы и человеческого же сознания возможно добиться подлинного рывка в технологиях и в повышении качества жизни. Мозг настолько сложен, что в сравнении с ним любые механизмы кажутся примитивными. И все же к нему применим тот же самый набор центральных принципов кибернетики, подобно тому как гравитация управляет и яблоком, и Солнцем, и галактикой.
Фундаментальные понятия кибернетики и затем нейробиологии, принявшей от нее эстафету, подобны ключам, отпирающим многие двери. Инженерам они помогают строить новые кибернетические системы, создавать компьютеры и писать нейросети для них. Наша же задача во многом противоположна.
Мы стремимся не столько создавать все новые и новые кибернетические системы, сколько научиться пользоваться своей собственной. Для управления процессом внутренних перемен нам не нужны никакие иные компьютеры помимо тех, что уже есть на борту. Кроме того, способных в этом помочь компьютеров пока что не существует и даже не предвидится в сколь-нибудь обозримом будущем. Это значит, что мы будем использовать богатство возможностей нейропластичности, уже заложенное в нашем уме.
Принцип обратной связи
Ни от одного внимательного наблюдателя жизни не укроется, что человеческим младенцам свойственно не только хаотически двигать ручками и ножками, стрелять взглядами и плакать. Ничуть не меньше они любят хихикать, ворковать и издавать чрезвычайно умилительные, но нечленораздельные звуки, известные как лепет. Мало кто, впрочем, знает, для чего они это делают.
Как оказалось, за фасадом полнейшей невинности скрывается холодный кибернетический расчет, и это осознание пробирает до дрожи.
Сегодня известно, что каждая клетка мозга содержит в себе длинный генетический чертеж, зашифрованный в переплетениях ДНК. Тем не менее наши гены есть лишь общие контуры и штрихи. Это примерные наброски будущей картины. Согласно законам восходящей науки эпигенетики, само течение жизни должно закончить ее, наполнить красками и оттенками, а подчас и внести существенные изменения в изначальный план.
Человек, следовательно, не рождается с умением говорить. Он рождается лишь с возможностью этому научиться и набором несложных поведенческих алгоритмов, как этот процесс запустить. Для этого мозг младенца замыкает в постоянно работающую цепь два ключевых потока данных – данные от органов речи и от органов слуха. Задача органов речи постоянно что-то мямлить и лепетать, причем совершенно произвольно, наобум, как сердце прикажет. Дитя человеческое пробует по-разному складывать губы, напрягать голосовые связки, двигать языком, управлять потоками воздуха. В общем, младенец экспериментирует.
Задача органов слуха (и соответствующих зон мозга) – бдительно наблюдать за ходом эксперимента и регистрировать его результаты. Каждый акт лепетания анализируется юной нервной системой и сверяется ей с теми звуками, которые издают родители ребенка и его непосредственное окружение. Если произнесенные звуки оказались ближе к ним, чем у младенца получалось до того, на них ставится штамп хорошего качества. Мозг подкрепляет это маленькое достижение небольшим зарядом положительных эмоций. Так происходит обучение.
Речевые зоны (в данном случае зона Брока в мозге и некоторые другие моторные области) запоминают, какие конкретно мышечные сокращения и в какой последовательности привели к результату, похожему на целевой.
Младенец слушает, что говорят взрослые, после чего случайным образом лепечет что-то сам. Затем он слушает свой лепет, затем меняет свой лепет и запоминает тот его вариант, что отличается в сторону большего сходства со взрослой речью. Так продолжается день за днем, месяц за месяцем, год за годом, пока не будут произнесены первые слова и в конце концов он не овладеет речью на должном уровне.
Аналогичным образом проходит курс подготовки будущего пользователя тела. Случайные мышечные сокращения ручек, ножек и всех прочих частей тела непрерывно сравниваются с их результатами. Тогда мозг запоминает, что набор сокращений А ведет к движению А1, а набор сокращений Б приводит к движению Б1.
Со временем становится достаточно бессознательно представить, какое движение необходимо, чтобы нервная система отдала телу нужное распоряжение. Мозг уже знает, какие сокращения, в какой последовательности и с какой силой требуются для достижения подобного результата.
Процесс самонастройки, который позволяет младенцу научиться двигаться и говорить, а также замыкает его различные способности в информационное кольцо, основан на механизме обратной связи. Это главное понятие всей кибернетики, самая суть работы кибернетической системы, провозглашенная в таковом качестве еще Норбертом Винером и Клодом Шенноном.
Если попробовать дать ей простое определение, то обратная связь – это когда получаемая нами информация о результатах собственных действий меняет наши последующие действия.
Кибернетическая система производит реакцию и незамедлительно получает информацию о ее итогах, то есть получает обратную связь от мира. На основе обратной связи она и меняет собственное поведение. Так младенческий мозг лепечет, слушает себя, а затем лепечет лучше.
Ум есть саморегулирующаяся система. Саморегуляция же происходит за счет того, что сигнал на выходе из системы становится сигналом на входе и меняет следующий сигнал на выходе. Человеческая способность меняться и любое обучение и развитие основаны на постоянно работающих информационных кольцах, на механизме обратной связи.
Казалось бы, все так ловко устроено. Почему же тогда мы столь часто наблюдаем ошибки и сбои, как в работе своего мозга, так и в работе любого устройства? Чтобы лучше объяснить это, кибернетика вводит еще два фундаментальных понятия, которым тем не менее было уделено незаслуженно мало внимания как таковым. В их исследовании мы прибегнем к помощи очередной иллюстрации.
