Понятие интеллекта и его структурная схема

Понятие искусственного интеллекта очень емкое и противоречивое, что следует из неоднозначности и абстрактности такого понятия как интеллект. Обычно под интеллектом понимают уникальные способности человека, которые выделяют его из окружающего мира. Попробуем определить основные характеристики (свойства и функции) человеческого интеллекта.

1. Общепринято мерить величину интеллекта количеством знаний. Об этом свидетельствует большое количество радио и телепередач, называемых викторинами. Чтобы соответствовать такому пониманию интеллекта, необходимо создать программу, которая может отвечать на большое количество вопросов. Такая задача вполне достижима и позволит создать так называемый "энциклопедический интеллект". В принципе, такой ИИ уже создан человечеством и представляет собой совокупность печатных изданий и других наглядных артефактов. Одной из задач области ИИ является обобщение и формализация знаний, а также разработка универсальных моделей их представления. Для возможности хранения знаний интеллект должен обладать памятью.

2. Еще одним неотъемлемым свойством интеллекта является его способность к мышлению. Так, например, в известных тестах на IQ (коэффициент интеллекта) упор делается не на знания, а на способность решать определенные типы задач. Но что такое мышление? Английский ученый Эшби считает, что "мышление есть процесс обработки информации по определенной программе, предполагающий отбор, по крайней мере, на порядок выше случайного".

Под информацией будем понимать (согласно Н.М.Амосову[1]) содержание процесса взаимодействия, т.к. при любом взаимодействии всегда передается информация. Известный семиотик и логик Ч.С.Пирс утверждает, что неслучайность (закономерность) всегда на порядок выше случайности [7]. Так если выпадение "решки" для одной монеты случайность, то выпадение и "орла" и "решки" для 10 или 100 монет уже закономерность. Из определения Эшби следует, что мышление можно интерпретировать как неслучайную обработку информации.

Если это так, то стекло, постоянно отражающее свет, или рупор, усиливающий голос, мыслят. Амосов пытается разрешить эту проблему, рассматривая различные способы передачи информации (кодирования). Он выделяет элементарные коды (атомный, молекулярный) и сложные (человеческая речь). Высшие коды абстрактны по отношению к низшим. Амосов считает, что мышление есть обработка информации с повышением ее кода. Тогда получается, что телефон, преобразующий электрический сигнал в осмысленную речь, мыслит, а человек, переводящий слово с одного языка на другой, не мыслит.

Возможно, мышлению в целом нельзя дать однозначного определения, т.к. оно бывает более развитым или более простым. Так, например, выработка простейшей реакции на стимул (отдернуть руку при ожоге) не считается мышлением, а возникновение ассоциаций считается основой ассоциативного мышления и рассуждений по аналогии. Тем не менее, Хебб смог показать, как с помощью простейших элементов и процессов формируется ассоциативная связь между нейронами [11].

На мой взгляд, мышление всегда разложимо на отдельные мыслительные процессы, а те, в свою очередь, — на элементарные мыслительные операции. Простейшей мыслительной операцией может являться произвольная случайная или закономерная обработка информации. [В пятом возражении против ИИ показано, что мышление разложимо на логические операции] Однако, в целом мышление должно иметь направленный характер.

Мышление и память могут быть реализованы с помощью искусственных систем. Основная трудность заключается в создании сложноорганизованных структур, содержащих множество простейших мыслительных процессов и элементов памяти.

3. Необходимо подчеркнуть, что интеллект должен обладать именно способностью к памяти и мышлению, т.е. он должен уметь запоминать, хранить, обрабатывать и воспроизводить информацию. Для этого интеллект должен обладать четко выраженным восприятием и воздействием (воспроизведением, отображением). Если считать, что интеллект должен обладать человеческим восприятием и способностью действовать, то ему необходим, как минимум, один орган восприятия и воздействия. Так, например, парализованный человек, способный задействовать только один глаз может воспринимать окружающий мир и отвечать на воздействия морганием века.

Восприятие и воздействие у человека сильно развиты, поэтому включают в себя элементы мышления и памяти. Для наглядности будем выделять эти атрибуты как отдельные. Схематично описанные свойства интеллекта представлены на рис.1.

Рис.1. Структурная схема интеллекта.

4. Неотъемлемым свойством интеллекта считается его способность к обучению. Обучение и память тесно связаны между собой. Физиологи, например, считают, что память — промежуточный процесс между обучением и воспоминанием [4, 9]. Под научением они понимают выработку (у животного) измененной реакции на прежнюю ситуацию, а под воспоминанием подразумевают проявление измененной поведенческой реакции спустя некоторое время после обучения. Для научения интеллекту необходимо обладать пластичностью [2, 9].

Некоторые критики ИИ, ссылаясь на это, утверждают, что интеллект может быть воссоздан только в биологической форме. Пластичность возникла в природе как необходимость для выживания растений и животных. Перед ЭВМ такая задача пока не стоит. Кроме того, пластичность человеческого мозга заключается в возможности образования новых нейронных связей, выработки различных химических веществ и процессов, что вполне реализуемо в компьютерной среде путем изменения содержимого ячеек памяти.

Следует различать обучение уже известным фактам (закономерностям) и экспериментальное приобретений знаний. В первом случае осуществляется программирование. Такая форма обучения демонстрируется инстинктами и безусловными рефлексами [6]. Для экспериментального обучения необходимо уметь соотносить воздействия с реакциями. Для ЭВМ наиболее актуальным является определение правильности гипотез и эффективности решений. Эта возможность может быть реализована только при взаимодействии и характеризуется обратной связью. Информация, полученная по этому каналу, должна анализироваться и оказывать влияние на дальнейшее воздействие (см. рис.2.).

Рис.2. Модель обучения.

В конечном итоге обучение оказывает влияние на память и связывает его с процессом восприятия. На рис.3. обучение выделено в отдельное свойство. Связи, соединяющие элементы интеллекта, характеризуют возможность передачи информации.

Рис.3. Структурная схема интеллекта.

5. Ранее было отмечено, что мышление может носить направленный характер. То же самое можно сказать о всех описанных свойствах интеллекта (памяти, обучения, восприятия и воздействия). Направленное действие характеризуется целью, для задания которой человек использует волю. Таким образом, воля является одной их характеристик интеллекта. Важно отметить, что цель должна быть осознанной. Один из примеров целесообразного поведения при отсутствии цели приводит Лурия [6]:

"Есть разновидность осы, которая прежде чем откладывать яички в норе или зарыть там пищу, проделывает сложную и очень целесообразную программу врожденного поведения. Она оставляет добычу на входе, вползает в нору, обследует ее, и только если в норе никого нет, втаскивает в нее пищу, оставляет ее в норе и улетает. Естественно, что это очень целесообразные действия. Учитывает ли оса эти условия, делающие это обследование норы необходимым? Для ответа на этот вопрос был произведен такой опыт: когда оса прилетает в нору, оставляет у входа добычу и уходит обследовать норку, экспериментатор отодвигает эту добычу на два сантиметра. Оса выходит из норы, не находит оставленную добычу на прежнем месте, ползет дальше, находит добычу, снова подтаскивает ее к норе, а затем опять оставляет у входа и снова ползет в нору. Если в это время экспериментатор опять отодвигает добычу, оса, вернувшись из норы, снова ищет добычу, снова подтаскивает, и уходит обследовать нору. Такое действие продолжается и дальше, в результате оса так и оказывается не в состоянии втащить добычу в нору, подчиняясь косной, твердо упроченной программе врожденного инстинктивного поведения".

Компьютерные программы, выполняющие последовательность действий, поступают аналогично осе. Для создания ИИ необходимо научить компьютер осознавать цель (назначение) своих действий. Животные, стоящие на ступень выше в эволюции насекомых, способны на осознанные сложные действия. Одно из отличий животного от человека — способность действовать только внутри биологических мотивов. Некоторые психологи пытались вывести животные мотивы, которые определяют всю деятельность человека (Фрейд, Уотсон [3]). Эти идеи воплотились в психологическом направлении бихевиоризма. Как бы то ни было, биологический мотив у человека может являться конечной целью очень длинной цепочки действий.

Для искусственной машины биологических мотивов не существует. Однако, ИИ как любая система использует ресурсы. При создании нескольких различных систем ИИ, решающих одни и те же задачи, между ними возникнет естественная конкуренция. Она определит необходимость задания "технических" мотивов самосовершенствования. Кроме этого, попытки "очеловечить" машину, научить ее чувствовать добавят и социальные мотивы.

Рис.4. Структурная схема интеллекта.

6. Считается, что животные обладают практически всеми выше перечисленными свойствами, но среди них выделяются следующие виды поведения:

— инстинктивное поведение, позволяющее реагировать на отдельные стимулы (свойства, вещества). Схематично такое поведение представлено на рис.5.

Рис.5. Инстинктивное поведение

— индивидуально-изменчивое поведение, позволяющее реагировать на целые предметы, ситуации. Для наглядности на рис.6. кружочком обозначены пары память-мышление, которые соответствуют какому-либо мыслительному процессу. Под синтезом следует понимать способность животного интегрировать несколько одновременных воздействия (стимулов).

Рис.6. Индивидуально-изменчивое поведение.

— интеллектуальное поведение, под которым подразумевают способность отражать взаимосвязи окружающего мира. Такое мышление уже позволяет производить обобщение и выявлять зависимости. Его результатом является набор новых стимулов, не воспринимаемых органами чувств в описываемый момент времени. Именно эта способность описывается как мышление в БЭС:

"Мышление, высшая ступень человеческого познания. Позволяет получать знание о таких объектах, свойствах и отношениях реального мира, которые не могут быть непосредственно восприняты на чувственной ступени познания". [В определении присутствует маленькая неточность. Невозможно понять (познать) что-либо, не воспринятое органами чувств. Можно лишь перенести некоторые воспринятые свойства или принципы на другие предметы или явления.]

Рис.7. Интеллектуальное поведение

— сознательное поведение, которое подчиняется известному анализу ситуации и ориентируется на предвидение будущего, соотнося каждый факт поведения с другими возможными актами, приводя настоящее в связь с будущим.

Рис.8. Сознательное поведение

Различные типы поведения характеризуют сложность мышления. Способность обобщения, интеграции может быть реализована с помощью логических операций и дедукции, а соответствующее свойство интеллекта можно назвать дедукционным или логическим мышлением. Оно также может быть названо ассоциативным мышлением, т.к. может быть реализовано с помощью ассоциативных связей.

Несмотря на путаницу в терминологии, следует считать сознательное поведение признаком интеллекта. Его особенностью является способность прогнозирования будущего. Для того, чтобы можно было прогнозировать, необходимо создать внутреннюю модель процесса. Такая модель может заменять восприятие и необходимость воздействия на окружающий мир. Таким образом, обратная связь может быть реализована внутри интеллекта. Функцию прогнозирования и создания модели будем называть моделированием (см. Рис.9).

Способность моделирования напрямую связана с памятью, в которой формируется модель предметной области. Важно также отметить, что хранимая информация оказывает влияние на механизмы доступа и организацию памяти.

Рис.9. Структурная схема интеллекта.

Литература:

Амосов Н.М. Мышление и информация. Киев, 1963.
Брин В.Б., Вартанян И.А., Данияров С.Б. и др. Основы физиологии человека. Учебник для высших учебных заведений, в 2-х томах, по ред. Б.И. Ткаченко. СПб, 1994., Т2 -413с.
Гиппенрейтер Ю.Б., Романова В.Я. Психология памяти. — М.: ЧеРо, 1998.— 816 с., ил.
Данилова Н.Н. Психофизиология: учебник для вузов. — М.: Аспект Пресс, 1998. — 373 с.
Лук А.Н. Память и кибернетика, М.: Наука, 1966, – 136с.
Лурия А.Р. Лекции по общей психологии: Эволюционное введение в психологию (по материалам лекций, прочитанных на факультете психологии МГУ). www.psychology.ru, 2000.
Пирс Ч.С. Начала прагматизма, Спб.: Лаборатория метафизических исследований философского факультета СПбГУ; Алетейя, 2000. - 318с.
Роуз С. Устройство памяти. От молекул к сознанию: Пер. с англ. — М.: Мир, 1995. – 384 с.
Berne R.M., Levy M.N. Physiology - 3rd Edition. Mosby-Year Book, Inc., 1993 — 1072 p.
Edelman G. Neural Darwinism: Theory of neuronal group selection. Topobiology; Basic Books, 1989.
Hebb D.O. The organization of Behavior, Wiley, 1949.
Penrose R. The Emperor's New Mind. Oxford University Press, 1984.
Russell S.,Norvig P. "Artificial Intelligence: A Modern Approach".Prentice Hall, 1994. 840 pages
Searle J.R. Minds, Brains and Science. Harvard University Press, 1984.