Мышление (краткий обзор)

Мышление
краткий обзор

Разум - это понимание сущности вещей.
Мо-Цзы, древнекитайский философ (480-400 гг. до н. э.)

Собирая материал к настоящей статье, я наткнулся на весьма примечательное высказывание одного из классиков диалектического материализма Ф. Энгельса. Привожу его дословно: "Мы несомненно "сведем" когда-нибудь экспериментальным путем мышление к молекулярным и химическим движениям в мозге; но разве этим исчерпывается сущность мышления?"

Довольно неожиданно, не правда ли? Ведь Энгельс идет на явную уступку идеалистам, причем по принципиальному вопросу. И в этом вся суть. Как только речь заходит о человеческом мышлении, его природе и организации - вся стройность и последовательность научных подходов немедленно рушится. Причем это свойственно любым методам изучения, как теоретическим, так и практическим. А ведь проблемой мышления занимаются многие научные дисциплины, от философии и психологии до искусственного интеллекта и нейробиологии. В чем же дело? Неужели предмет так труден для понимания?

Мышление изучают как экспериментаторы, так и теоретики. Экспериментаторы, и прежде всего нейробиологи, добились некоторого успеха, получив результаты количественные - выяснив назначение отдельных элементов структуры головного мозга, а также измерив их объем, вес, электрический потенциал и выяснив химический состав, однако не дали качественного понимания процесса мышления.

У теоретиков свои трудности. Мышление, судя по всему, не обладает свойством рекурсивности [1], и поэтому теоретические размышления о его природе не принесли настолько строгих результатов, чтобы те стали общепризнанны. Изучить механизм мышления с помощью самого мышления, видимо, проблематично. Однако это не значит, что никакие теоретические построения по этому поводу невозможны. Суть мышления с помощью теоретических рассуждений не установить, однако значимые прикладные результаты получить, наверное, можно.

Ситуация напоминает современную квантовую физику, в частности, одну из ее основополагающих теорий - квантовую электродинамику. Физики отказались отвечать на вопросы "почему и зачем", взамен придумав для себя удобную отговорку. Для ее оглашения лучше всего дать слово одному из авторов - Нобелевскому лауреату Ричарду Фейнману [2: "Если вам не нравится, как устроена Природа, - это будет мешать вашему пониманию. Физики научились решать эту проблему: они поняли, что нравится им теория или нет - неважно. Важно другое - дает ли теория предсказания, которые согласуются с экспериментом. Тут не имеет значения, хороша ли теория с философской точки зрения, легка ли для понимания, безупречна ли с точки зрения здравого смысла. Квантовая электродинамика дает совершенно абсурдное с точки зрения здравого смысла описание Природы. И оно полностью соответствует эксперименту".

Мы тоже вряд ли сумеем определить, что такое мышление. Но, может быть, нам повезет и мы правильно поставим хотя бы несколько вопросов по этому поводу.

Мышление и его компоненты

Что же такое мышление в общем смысле? Вопрос этот по своей важности достоин того, чтобы стать основным вопросом философии.

Не будем сейчас давать никаких определений. Говоря образно, рассмотрим со всех сторон некий "черный ящик". Причем сделаем это с нескольких различных точек зрения.

Для начала, для облегчения дальнейших построений, разделим мышление на компоненты. Мышление состоит из двух основных компонентов: потока сознания и здравого смысла. Здравый смысл, в свою очередь, разделяется на опыт и интуицию. Разницу между потоком сознания и здравым смыслом хорошо показал К. Дункер в "Подходах к исследованию продуктивного мышления". Образно он выразил это так: по сравнению с потоком сознания "у здравого смысла прекрасный нюх, но зато старчески тупые зубы". Более чем показательно.

Теперь попробуем стратифицировать мышление по уровням. Для этого построим некую табличку (табл. 1), которая послужит нам некоей отправной точкой.

Таблица1. Стратификация мышления по уровням

Уровень	Краткое описание
потока сознания	Самосознание индивида, его творчество, а также задачи, не имеющие алгоритмического решения, порождение новых знаний.
здравого смысла	Решение алгоритмических задач на основе знаний, опыт и интуиция.
примитивный	"Примитивные функции" разума - распознавание образов, речь, память, коммуникации внутри мозга и т. п. Присутствуют у многих представителей живой природы.
физический	Уровень нейронов. Физика, химия, биология нейронов.

В частности, сложнейшая функция распознавания образов отнесена ко второму уровню только на том основании, что данной способностью обладают почти все животные, а вот решать алгоритмические задачи они просто не могут.

Физический уровень отдан на откуп нейробиологам. Примитивным уровнем, а также уровнем здравого смысла любят заниматься специалисты в области искусственного интеллекта и когнитивные психологи. Уровень потока сознания изучают философы, психологи, а в последнее время еще и физики.

Конспективно отметим, что по поводу мышления наработала современная наука. Начнем с нейробиологов.

Мышление с точки зрения нейробиологии

Существует гипотеза, что процесс мышления протекает в головном мозге. Более того, она является общепринятой. Итак, головной мозг как "физический уровень" мышления изучают нейробиологи.

Нейробиологи в лице нейроанатомов и нейрофизиологов дали нам богатейший фактический материал. Подсчитано и измерено довольно много. От типичного объема головного мозга (1400 см3) и количества нейронов в нем (1011-1012) до величины мембранного потенциала (0,07 В) и максимальной "тактовой частоты", с которой нейроны могут генерировать импульсы (до 800 Гц, а 100-200 Гц - типично). В шутку можно дать "ориентир" разработчикам микропроцессоров - 1012 "транзисторов" на кристалле, напряжение питания ядра - 0,07 В, частота - около 1 кГц. Технологический процесс прикиньте сами. Это действительно только шутка, потому что нейрон невообразимо сложнее транзистора, а архитектура головного мозга имеет такую потрясающую степень параллелизма, что высокого быстродействия отдельных элементов или высокой тактовой частоты "устройства" в целом и не требуется.

Помимо количественных, получены и некоторые качественные результаты. Произведено картирование головного мозга и имеются приблизительные сведения о том, какой участок головного мозга за какие функции отвечает. Довольно много известно о двигательной коре, отвечающей за произвольные движения. Относительно неплохо исследован зрительный тракт, включающий в себя первичную зрительную (или стриарную) кору. На сегодня имеется четкое представление, для чего она нужна и каков ее вклад в анализ зрительной информации. Более или менее изучены и несколько других отделов головного мозга. Очень много сведений получено о разновидностях, строении и функциях нейронов, физике и химии образования нервных импульсов, о синаптической передаче и организации нейронных сетей. Перечень знаний о "физическом уровне" мышления можно продолжать и продолжать, однако ни порознь, ни в совокупности они пока не привели к пониманию механизмов мышления.

Мышление с точки зрения искусственного интеллекта

Некий прорыв совершили специалисты в области искусственного интеллекта, изучавшие в целях моделирования или имитирования как физический уровень мышления, так и уровни прикладной и здравого смысла. К сожалению, прорыв произошел не столько в понимании сути мышления, сколько в понимании сложности проблемы.

Понимание сложности механизмов мышления пришло потому, что за несколько десятков лет специалисты по искусственному интеллекту (ИИ) испробовали множество различных вариантов моделирования или имитации мышления на пути к созданию искусственного разума.

По-крупному можно выделить два подхода: "нисходящий" и "восходящий". Суть "восходящего" в следующем: максимально точно смоделировать нейроны и их взаимодействие в надежде, что по мере усложнения и укрупнения моделей они во все большем объеме будут воспроизводить функционирование образца из живой природы, а в пределе, при создании модели мозга, модель будет обладать способностью к мышлению. Напротив, "нисходящий" подход заключается в том, что имитируется мышление человека при решении тех или иных задач, причем именно имитируется, так как применяемые алгоритмы зачастую не имеют ничего общего с тем, как в действительности решает подобную задачу человек. Ожидалось, что как только число успешно решаемых компьютером задач достигнет некоего "критического уровня", можно будет говорить о том, что получен "искусственный интеллект".

Какие достигнуты результаты? Да самые разные. Приведу несколько из них. Нейронные сети, как образец моделирования естественного интеллекта, прошли путь от однослойных нейронных сетей (часто называемых персептронами), которые благодаря усилиям Минского, Розенблата, Уидроу и др. успешно решали многие "игрушечные" задачи, до многослойных сетей, которые способны озвучивать текст, распознавать рукописные буквы и эффективно сжимать изображения. То есть "восходящий" подход в принципе позволил построить работоспособные модели "примитивного" уровня мышления. Есть хорошие результаты и по имитации мышления на уровне здравого смысла, в частности, по имитации профессиональной деятельности. Типичным примером имитации профессиональной деятельности являются системы, основанные на знаниях, и прежде всего экспертные системы.

Мы говорили в основном о физическом и прикладном уровнях, а также об уровне здравого смысла. Специалисты в области ИИ подступились и уровню потока сознания, а здесь самым известным подходом является нечеткая логика, созданная более 35 лет назад нашим бывшим соотечественником, а затем профессором Калифорнийского университета Л. А. Заде [3]. Дело в том, что нечеткая логика позволяет имитировать то, как человек справляется с задачами, не имеющими алгоритмического решения. А это необходимо, чтобы сымитировать часть важных свойств потока сознания. Особенно ухватились за нечеткую логику японцы. Создан ряд образцов программного обеспечения и аппаратуры на основе нечеткой логики. Образцы позволяют управлять сложными производствами, самолетами и автомобилями, ухаживать за больными и даже дегустировать вина.

Несколько слов в заключение разговора об ИИ. По большому счету понимания механизмов мышления естественного или создания интеллекта искусственного специалистам в области ИИ добиться пока не удалось. Но достигнуты некоторые прикладные результаты, и более того, налажено их широкое применение в реальных системах.

Мышление с точки зрения физики

Кризис теорий мышления явно оформился в середине 80-х годов, и в высказываниях ведущих специалистов зазвучало все больше пессимистических ноток, но тут к проблеме мышления подступились... физики. И они сразу взялись за самое сложное и непонятное - поток сознания. Самой известной работой на эту тему является книга Роджера Пенроуза [4] "Тени разума" ("Shadows of the Mind"). Суть идей Пенроуза заключается в том, что в человеческом мозге протекают некие квантовые процессы, непосредственно влияющие на работу нейронов. При соединении взглядов Пенроуза со взглядами Стюарта Хамероффа [5], одного из основателей нанобиологии, можно заключить, что квантовые процессы возникают в микротрубочках (microtubules) цитоскелета нейронов (рис. справа) и имеют невычислимый характер, так необходимый для получения потока сознания. Естественно, такие заключения требуют оставаться на той точке зрения, что поток сознания имеет неалгоритмическую природу.

Что же сделал Пенроуз? Он перенес инструментарий современной физики на теорию мышления. Это, возможно, позволит построить некую теорию, подобную квантовой электродинамике, которая независимо от того, имеет ли она хоть какое-то отношение к действительности, позволит получить некие количественные результаты. Тем самым кризис в теории мышления разрешится. Пенроуз указывает, что существующая квантовая теория здесь непригодна и требуется пересмотр самих основ физики. С одной стороны, Пенроуз - очень крупный ученый, и поэтому к его идеям научное сообщество отнеслось с должным вниманием. С другой стороны, подобных теорий на той или иной физической основе можно придумать сколько душе угодно, что, собственно, и делается.

Краткий итог по физикам такой: по большому счету можно сказать, что они предлагают вопрос о сущности мышления вообще не решать, а поступить простым и элегантным способом, опробованным неоднократно при создании современных физических теорий, - сменить саму постановку вопроса. Лично мне подход физиков нравится - он позволяет двигаться дальше и преодолеть, как уже упоминалось, кризис в теории мышления.

Краткие выводы

Итак, можно ли из всего вышесказанного по поводу мышления с точки зрения разных наук сделать значимые для темы номера выводы? Можно, и они такие: если опереться на нашу стратификацию мышления по уровням, то становится ясно, что реальным изменениям под внешним воздействием подвержен только уровень здравого смысла. Уровень потока сознания предположительно определяется квантовыми процессами в нейронных трубочках, а законы физики изменить трудно. Сами нейроны ("физический уровень") неизменны, по крайней мере, с момента появления нашего вида. На примитивном уровне - тоже вряд ли возможны какие-то изменения под внешним воздействием. За весь период развития человечества мы не стали обладать большей по объему памятью или какими-то новыми возможностями по распознаванию образов. Все абсолютно так же, как в каменный, бронзовый, железный и так далее века.

Когда я понял, что не в состоянии дать полный и непротиворечивый взгляд на эту сложную проблему, руководствовался следующим историческим фактом: в одном из легендарных 42 папирусов Гермеса Трисмегиста, сгоревших во время пожара в Александрийской библиотеке, содержался, по-видимому, древнейший из дошедших до нас афоризмов. Он очень краток и в тоже время очень емок: "Не вечное не истинно". Раз так, то что можно сказать об истинности только что прочитанной вами статьи? То-то и оно. На этом и закончим с мышлением.

* * *

[1] Рекурсивность - способность процедуры вызывать саму себя. (к тексту)

[2] Ричард Филлипс Фейнман (Richard P. Feynman, 1918-1988).
Родился в Нью-Йорке. Окончил Массачусетский технологический институт в 1939 г., затем был аспирантом Уилера в Принстоне. В 1942 г. получил степень доктора философии. Во время войны участвовал в исследовательских работах в области ядерной физики, сначала в Принстонском университете (1942-43), затем в Лос-Аламосской лаборатории (1943-45). С 1944 г. вел преподавательскую деятельность - сначала ассистентом профессора в Корнельском университете, а с 1950 г. - профессором Калифорнийского технологического института в Пасадене. Работы Фейнмана посвящены квантовой теории поля, квантовой электродинамике, физике элементарных частиц, статистической физике, сверхпроводимости, теории гравитации. В 1954 г. получил одну из высших наград в физике - медаль А. Эйнштейна "За большой вклад в развитие физико-математических наук". В 1965 г. ему совместно с С. Томонагой и Дж. Швингером присуждена Нобелевская премия по физике за создание современной квантовой электродинамики. В 1982 г. выдвинул идею квантового компьютера. (к тексту)

[3] Лотфи Заде (Lotfi A. Zadeh)
Родился в 1921 г. в Баку. Закончил Университет в Тегеране (Иран) в 1942 г., затем переехал в США. Заде - профессор Университета в Беркли. Создал новое направление в математике - теорию нечетких множеств. Заде критически переосмыслил одно из фундаментальных понятий математики - понятие функции принадлежности к множеству (характеристической функции). Первоначально его теория была принята "в штыки", и ее даже запрещали преподавать в учебных заведениях, но со временем Заде приобрел множество последователей и сторонников.

[4] Роджер Пенроуз (Roger Penrose)
Один из крупнейших математиков и физиков-теоретиков современности. Стал знаменитым благодаря своей "твисторной программе". В конце 80-х написал нашумевшую книгу "Новый разум императора" ("The Emperor's New Mind"), посвященную искусственному и естественному интеллекту, а затем еще одну книгу на эту тему - "Тени разума" ("Shadows of the Mind"). В некотором роде Пенроуз развил взгляды Фейнмана, но пошел значительно дальше. Если Фейнман считал, что с помощью наблюдений (квантового компьютера) можно решать очень сложные, но алгоритмически решаемые задачи, то Пенроуз считает, что с помощью квантовых устройств можно справиться с задачами, не имеющими алгоритмического решения.

[5] Стюарт Хамерофф (Stuart Hameroff)
Один из основателей нанобиологии. В конце 60-х окончил Университет в Питтсбурге, где изучал химию, физику и математику. Закончил также медицинскую школу. В течение многих лет преподает анестезиологию в Аризонском университете в Тусоне. Автор книги "Ultimate Computing: Biomolecular Consciousness and Nanotechnology". Работы Хамероффа оказали значительное влияние на взгляды Пенроуза.

По материалам сайта "Лаборатория пространства". Роман Косячков, 30.11.1999

Переходы:

Холодинамика. Фаза 1

Важная информация

С т у д и я л и ч н о г о р а з в и т и я И з р а и л ь :: Х а й ф а

С т у д и я л и ч н о г о р а з в и т и я
И з р а и л ь :: Х а й ф а