КОГНИТИВНЫЕ СИСТЕМЫ

Аватар пользователя Михаил Сухарев

КОГНИТИВНЫЕ СИСТЕМЫ

Михаил Сухарев

Введение

Вопрос о том, что такое «когнитивные системы» естественным образом распадается на два вопроса: что такое «когнитивные» и что такое «системы».

Пойдем в обратном порядке. Для того, чтобы понять истоки и спектр проблем, которые рассматриваются в системном подходе, очень хорошо почитать «Ежегодник Системные исследования», который издавался Институтом естествознания и техники РАН начиная с 1969 года.

Система – это целое, собранное из элементов. Всем нам известно множество систем – автомобили, компьютеры, Солнечная система, животные (включая нас самих) и так далее. Элементами автомобиля являются кузов, двигатель, подвеска, трансмиссия. Каждый элемент сам состоит из меньших элементов. Поскольку элементы не «отваливаются» от целого, они должны быть связаны взаимодействиями. Взаимодействия нужны не только для механического удержания элементов, но и для других функциональных связей. Например, руки и ноги механически удерживаются суставами, связками и мышцами, а для того, чтобы управлять мышцами и чувствовать, нужны непрочные нервы.

В системном подходе очень важно уловить идею целостности (холизма), которою сформулировал Ян Смэтс в 1926 году. Однако намного раньше Сократ утверждал, что целое больше, чем сумма его частей. В очень упрощенном виде можно сказать, что система имеет новые качества, которых нет у ее элементов. Так, автомобиль может быстро и далеко ездить, причем управляться, чего не могут по отдельности ни двигатель, ни даже колеса. Компьютер может выполнять программы, чего не могут по отдельности делать процессор, диск, монитор. Важно отметить, что система работает только при правильном соединении (взаимодействии) всех элементов; например, если у стула отвалились ножки, то это уже не стул, а дрова. Примерно это имел в виду Сократ: куча деталей машины – это сумма, а правильно собранная машина – это целое.

Что-то аморфное не считают системой (например, кучу песка или воду в луже), но в некоторых аспектах они могут быть использованы, как система (например, из кучи песка можно устроить трамплин).

Теперь можно перейти к более сложной части вопроса: что такое «когнитивная». Когнитивная – значит, имеющая отношение к познанию. Попытками понять, что такое «познание» тысячи лет занималась философия и несколько сотен лет психология.

Основная особенность когнитивной науки, возникшей во второй половине XX   века – то, что в ее основу положено понятие информации, зона охвата которого намного больше, чем мышление человека и психика животных.

Можно с уверенностью сказать, что создание компьютеров и одновременные успехи нейробиологии явились важнейшим толчком к созданию когнитивной науки. Есть даже такое выражение «компьютерная метафора». Это аналогия между нервами и проводами, передающими импульсы, и между нейронами мозга и ячейками компьютера.

Обильно финансируемые ВПК исследования шли во всем мире, и ученые ожидали создания искусственного интеллекта к концу XX века. Реальность оказалась сложнее, и сегодня мы понимаем, что мозг совсем не похож на «фон-неймановские» компьютеры, последовательно выполняющие миллионы инструкций. Мозг больше похож на микро-интернет, в котором сто миллиардов нейронов обмениваются сигналами через связывающие их аксоны и дендриты, причем схема этих связей постоянно изменяется в зависимости от задач, которые решает мозг.

Отвлекаясь от споров, идущих между учеными, можно определить «когнитивное», как связанное с динамическими моделями реальности, созданными в отражающих (когнитивных) системах и вписанных в общую модель окружающей среды. Последнее очень важно; в отличие от фотоаппарата или компьютера, животное или человек, воспринимая информацию, немедленно соотносят ее со своим внутренним миром: опасно ли это, полезно, интересно и так далее. Более того, информация интерпретируется на основе распознавания образов уже в процессе восприятия (к примеру, недавняя информация о том, что древние не воспринимали синий цвет).

Когнитивисты достаточно много говорят о когнитивных способностях животных, поэтому я не думаю, что стоит ограничивать когнитивную науку только человеческим знанием. Именно через исследование когнитивных способностей животных можно многое понять о мышлении человека, ведь эти механизмы предшествовали мозгу человека и явились основой для более развитых функций.

Принцип беспринципности

История человеческого познания демонстрирует определенное свойство создания когнитивных моделей, которое можно назвать принципом беспринципности. Его можно сформулировать так: модель объекта или явления может быть создана с использованием любых подходящих средств, которые имеются под рукой.

Если еще не придуманы цифры, считать можно на пальцах или делая зарубки на прутике. Если мозг недостаточно приспособлен к счету, можно считать на счетах, арифмометрах, калькуляторах. Если еще не известны законы Ньютона, можно описывать движение звезд, как будто они прикреплены к прозрачным «небесным сферам». Если для точности описания процессов не хватает возможностей мозга, можно отобразить эти процессы формулами и вычислять с их помощью, что должно произойти. Не хватает существующих формул и аксиом – придумаем новые, придумаем неевклидову геометрию или нечеткие множества, отступая от классических принципов.

Если же мы не можем придумать правильные формулы для каких-то процессов, то их можно моделировать на компьютерах, пусть мы не совсем понимаем, что они делают. В крайнем случае, построим аналоговую модель реальности в каком-либо натурном эксперименте. Отметим, что полная модель при этом оказывается распределенной системой – то есть, часть модели находится в мозге человека, и другая часть – во внешних искусственных приспособлениях. Но все части этой системы должны находиться во взаимодействии; распределенная модель, из чего бы она не была сделана, должна быть целостной системой.

Если не хватает памяти мозга, будем записывать результаты измерений в таблицы, журналы и книги. Не хватит книг – будем записывать на магнитные ленты и диски. Если мы не можем рассчитать поведение нового самолета в полете, сделаем модель и поместим ее в аэродинамическую трубу.

Короче говоря, когнитивные модели могут создаваться из чего угодно, из любых элементов, включая нервные системы людей, рисунки и формулы, научные коллективы, компьютеры, экспериментальные установки и так далее.

Важно одно – чтобы организация модели и ее движения соответствовала тому, что она отображает, и чтобы эту организацию можно было извлечь из модели и сопоставить с реальностью.

Коллективный характер мышления

Один из старейших предрассудков человечества состоит в убеждении, что мыслящим существом является человек. В то же время, нетрудно заметить, что одним из важнейших признаков мышления является владение языком, который никак не является собственностью отдельно взятого человека.  Отдельный человек владеет языком, но не создает его. Очень немногим людям удается внести одно или несколько слов в язык, остальные только пользуются тем, что предоставило им общество.

Далее, в своем мышлении человек пользуется понятиями. Понятия – это основа языка, и через язык человек получает понятия от общества. Из простейших, «организменных» понятий строятся более сложные, абстрактные. От понятий «тепло» и «холод», которые ребенок усваивает, слыша слова взрослых и связывая их со своими ощущениями, он переходит к понятию «температура». Но смог бы каждый человек додуматься до понятия «температура»? Один на десять миллионов. Так же переходят от слов «тяжелое» и «легкое» к понятиям «вес» и «масса».

Мы оперируем тысячами понятий. Которые создали тысячи людей за тысячи лет. Наше мышление было бы абсолютно невозможным без владения и умения оперировать этими понятиями. Но это не наш личный багаж. Все это даровано нам на время нашей жизни той цивилизацией, в которой мы живем.

Социальность мышления вытекает из эволюции. Базовыми возможностями отдельно взятого человека обладают так называемые «высшие животные» - то есть, теплокровные позвоночные млекопитающие. Они способны распознавать сложные образы, обучаться, находить выход из сложных ситуаций.

Когда эволюция материальных систем достигает определенного предела сложности, она начинает строить следующий структурный уровень. Из атомов создаются молекулы, из молекул – клетки. Когда одноклеточные достигают пределов развития, возникают многоклеточные организмы. С каждым таким переходом возникают принципиально новые свойства, которых не было на предшествующем структурном уровне. Например, химические свойства молекул.

Естественным продолжением биологической эволюции было создание системы из живых существ – общества. Здесь сработал упомянутый «принцип беспринципности». Когда когнитивных способностей отдельной особи стало недостаточно, природа стала строить более сложные системы из множества особей.

Важнейшим средством объединения отдельных индивидов в систему является язык. Язык и распределенная между людьми память является средством передачи и сохранения тех открытий, которые делаются отдельными людьми. Кто-то придумал колесо, кто-то – счет, и они становятся всеобщим достоянием. Мышление свойственно  именно системе, созданной из людей (обществу), а не отдельно взятому человеку. Отдельный человек не способен создать мышление, что доказывается случаями мауглизма.

С помощью языка люди могут передавать понятия другим людям, могут учить их строить мысленные модели из этих понятий. На способности строить модели желательного будущего, используя понятия и законы взаимодействия между ними, основании планирование и управление.

Коммуникации между людьми играют принципиальную роль в том, как работает эта система, в уровне когнитивных способностей общества. Огромную роль в способности общества к научному мышлению (открытию закономерностей, проектированию и т.д.) играет письменность. Но без письменности, без способности фиксировать информацию на внешних носителях, была бы невозможна современная культура.

Письменность дала возможность собирать и анализировать сведения, полученные сотнями исследователей в разных точках Земли. Если бы не сообщения о находках натуралистов со всех континентов Земли, которые описывали существующих и ископаемых животных, невозможно было бы открыть эволюцию видов. Если бы не работа тысяч экспериментаторов (которые записывали результаты в свои лабораторные журналы)  и теоретиков по всему миру, невозможно было бы создать целостную физическую картину мира.

В настоящее время на наших глазах происходит следующая революция, по масштабам близкая к революции письменности. Это цифровая революция, которая  изменяет системы коммуникации между людьми и способы хранения информации. Но еще более важно то, что компьютерные сети делают внешнюю для человека информацию активной. Эта революция пройдет намного быстрее, она займет не века, а только десятилетия.

Знаки на бумаге не могут сами двигаться, они только хранят информацию. Все движение письменной информации осуществлялось людьми. Цифровая информация способна двигаться сама. За счет существования процессоров, возможен поиск информации без участия людей, создание динамических моделей, распознавание изображений и так далее. Все это ведет к тому, что когнитивные системы во все большей степени становятся человеко-машинными.

Скорость развития стран – это определяющий фактор международного соперничества в XXI веке. Скорость развития прямо связана с когнитивными способностями данной страны. Когнитивные способности стран, в свою очередь, определяются конструкцией когнитивных систем, имеющихся в этих странах. В то же время, кто занимается научным проектированием научных коллективов? Смешно, но никто. Неужели это невозможно, неужели нет теории, данных? Они есть, есть социология науки, социальная когнитивная наука, наукометрия, теория организаций и так далее. Но наука почему-то опасается применить научные методы к самой себе.

Учитывая жизненную важность обеспечить высокую скорость развития в XXI веке, такое положение не может далее сохраняться. Необходимо срочно уделить внимание разработке и применению теории человекомашинных когнитивных систем.