Существующие предпосылки к инженерному пониманию поведения и мышления

Поведение

Вернемся к задаче поведения. По сравнению с поведением животных поведение растений обладает принципиальными особенностями, определяемыми отличием потребностей и среды. Как мы уже отметили, потребности растущих на Земле растений - это свет, воздух, тепло, вода, элементы почвы. Для удовлетворения таких потребностей у растений реализуется простое градиентное одноэкстремальное поведение. Это поведение сводится к захвату из среды необходимых элементов, направленному росту корней, стеблей и листьев, а также к элементарным движениям листьев и цветов (тропизмы растений). Для управления таким поведением мозг не нужен.

Животные могут перемещаться в пространстве. Это значительно расширяет их возможности по достижению необходимых целевых ситуаций взаимодействия со средой. Для перемещающихся организмов фотосинтез становится необязательным. Питание может осуществляться за счет других организмов, в том числе и за счет организмов, реализующих фотосинтез (растений). В то же время задача поведения значительно усложняется. Тропизмы (градиентные механизмы) перестают работать. Нужно управление для оптимизации поведения. Для целенаправленного перемещения в среде требуется дистанционное восприятие, требуется умозрительное моделирование процессов в среде (воображение). Для всего этого нужна модель среды. Кроме того, модель нужна для такого представления среды, на котором стал бы вновь возможен градиентный одноэкстремальный способ управления поведением. Для всего этого и необходим мозг.

Каковы физиологические предпосылки к инженерному, т. е. конструктивному пониманию поведения и мышления? Законченной целостной теории работы мозга при поведении, восприятии или мышлении в целом в науке, называемой физиологией высшей нервной деятельности, нет. Нет законченной целостной теории и в психологии.

Как на физиологическом уровне изучать мышление, непонятно. Изучать можно то, что наблюдается в эксперименте. В физиологическом эксперименте, во-первых, можно наблюдать электрическую активность отдельных нервных клеток и интегральную электрическую активность отделов головного мозга. О таких результатах мы еще будем говорить в дальнейшем. Эти результаты очень интересны, но они не образуют целостную теорию работы головного мозга в процессе мышления и могут только помогать при построении такой теории.

Во-вторых, можно экспериментально изучать поведение и более или менее просто наблюдать рефлексы (преимущественно млекопитающих) и динамические стереотипы (преимущественно насекомых, птиц и рыб). Поэтому с самого начала очень многие работы посвящались изучению безусловных и условных рефлексов. Фундаментальное значение в отечественной физиологии имеют классические труды И.М. Сеченова и И.П. Павлова. Основная работа Сеченова - "Рефлексы головного мозга". Изучение рефлексов много дало для понимания работы мозга, но теорий поведения и мышления на этой основе построить нельзя.

Мы уже говорили о том, что в кибернетике на первых порах значительное внимание уделялось моделированию поведения, ограничивающегося безусловными и условными рефлексами, а также динамическими стереотипами (фиксированными планами). Представления о поведении долгое время базировались на схеме стимул-реакция плюс гомеостаз (поддержание постоянства внутренней среды организма). До сих пор как в технических, так и в физиологических работах иногда вспоминают тезис Павлова "уравновешивание со средой" и рассматривают поведение в рамках схемы стимул-реакция.

Дальше мы остановимся на результатах исследования более сложного поведения. Эти исследования не привели к построению законченной теории работы мозга, однако есть много достаточно интересных результатов, которые можно считать важными предпосылками к построению целостной теории. Как часто говорят физиологи, в мозге строится модель среды для реализации целесообразного и "эффективного приспособительного" поведения. Что такое целесообразное и эффективное приспособительное? Целесообразный и эффективный вариант поведения - это лучший по каким-то критериям вариант среди множества возможных. Каковы эти критерии? Как в физиологии высшей нервной деятельности трактуются целесообразность и эффективность поведения?

В связи с этими вопросами нужно остановиться на результатах некоторых классических отечественных работ в области нейрофизиологии, которые посвящены исследованию и описанию закономерностей, характерных для целенаправленного поведения живого организма в сложной среде, то есть поведения более сложного, чем просто реакции на внешние раздражители.

В общем виде представление о поведении как об активном процессе, опирающемся на опережающее моделирование, содержится еще в классических работах Сеченова и Павлова. Так, Сеченов подчеркивал активную основу процесса восприятия, отмечая, что мы не слышим и видим, а слушаем и смотрим, а разработанная Павловым теория условно-рефлекторной деятельности подразумевает наличие в нервной системе опережающего возбуждения модели того, что должно произойти. На это прямо указывают в опытах с выработанными условными рефлексами у собак эксперименты по исследованию химического состава слюны, который соответствует ожидаемому подкреплению.

Принцип доминанты А.А. Ухтомского

В плане рассматриваемых ниже проблем особый интерес представляют работы А.А. Ухтомского, в которых сформулирован принцип доминанты. В соответствии с этим принципом доминанта поведения и соответствующий ей очаг возбуждения в нервной системе возникают как результат "конкурентной борьбы" многих доминант, отражающих существующие в данный момент первичные и вторичные потребности. "Победившая" главная доминанта фиксируется как стабильный очаг возбуждения. Остальные доминанты затормаживаются. Одновременно получают возбуждение все элементы нервной системы, которые как генетически, так и в соответствии с приобретенной и ситуативной информацией должны (или могут) участвовать в достижении поведенческой цели, соответствующей главной доминанте. При достижении цели доминанта ликвидируется (гасится очаг возбуждения) и возникает новая. В теории Ухтомского не конкретизируется вопрос о том, каковы критерии выбора фиксирующейся доминанты.

Основные аспекты адаптивного поведения в плане построения и использования модели среды показаны в физиологических исследованиях Анохина, Беритова и Бернштейна. Для всех этих работ характерно продвижение от Павловского "уравновешивания со средой" к направленному целесообразному и необходимому взаимодействию со средой, основанному в первую очередь на предвидении результатов взаимодействия.

Теория функциональной системы

П. К. Анохин разработал понятие динамически складывающейся "функциональной системы" как "замкнутого физиологического образования с обратной афферентацией", направленного на достижение конечного приспособительного эффекта. Составляющие функциональной системы - это афферентный синтез, акцептор действия, формирование действия и обратная афферентация о его результатах. (Афферентация - это сигналы, поступающие в нервную систему от органов восприятия среды и рецепторов тела. Эфферентация - это сигналы, идущие из нервной системы к периферии.) Направленность целостного поведенческого акта определяется актуальной физиологической потребностью, формирующей с учетом текущей ситуации в нервной системе модель состояния взаимодействия со средой, при котором потребность удовлетворяется.

Достижение конечного приспособительного эффекта фиксируется получением "санкционирующей афферентации", совпадающей с моделью (акцептор действия). Акцептор действия, т. е. предвидение, возникает при любом действии. При нарушении акцептора действия (нарушении предвидения) поведенческий акт прерывается и возникает ориентировочно-исследовательская реакция, направленная на уточнение восприятия, корректировку предвидения или корректировку модели среды.

Важный момент теории П.К. Анохина состоит в том, что функциональная система и акцептор действия работают всегда и непрерывно. Важно также, что центр внимания смещается от рефлекторного поведения в сторону активного поведения, направленного на достижение целевого состояния взаимодействия со средой. И наконец, важным аспектом теории функциональной системы является сформулированное в ней свойство динамической синергии, т. е. оперативно возникающего взаимосодействия между функциональными подсистемами организма в любом поведенческом акте. Все это было сформулировано еще в 60-е годы прошлого века.

Близкие по смыслу идеи содержатся в работах Н.А. Бернштейна, который выделяет две линии изучения поведенческого акта - физиологию регуляций и физиологию активности. Регуляция основывается на "вероятностном прогнозировании по воспринимаемой текущей ситуации". Кроме того, организм "не просто взаимодействует с окружающим миром, но и активно воздействует на этот мир, стремясь изменить его в потребном себе отношении". Активность поведения направлена на достижение "закодированного в нервной системе отображения или своего рода модели потребного будущего". Выработка программы действия состоит в установлении связи "между наличной ситуацией и тем, во что она должна быть превращена".

Вопросы, связанные с построением в нервной системе модели среды и использованием этой модели в процессе поведения, нашли отражение в работах И.С. Беритова и многих других авторов. К сожалению, в большинстве этих работ, в том числе в теории А.А. Ухтомского о принципе доминанты, в теории функциональной системы П.К. Анохина и в теории поведения Н.А. Бернштейна, нет четких и строгих представлений о том, какая потребность становится актуальной, как выбирается целевое состояние взаимодействия со средой и вариант достижения цели, что такое полезность и "приспособительный эффект". Поэтому обо всех таких теориях нельзя говорить как о теориях поведения. В частности, функциональная система Анохина - это не теория поведения, а лишь теория отдельного поведенческого акта, поскольку в этой теории на центральном месте находится нераскрываемый "черный ящик" - "блок афферентного синтеза".

Эксперименты Н.В. Асмаяна и Г.А. Голицына

Определенное исключение представляет собой работа Н.В. Асмаяна и Г.А. Голицына, посвященная экспериментальному исследованию принципов принятия поведенческого решения животным в ситуации выбора. На основании экспериментальных результатов авторы смогли установить количественное локальное правило принятия решения и пришли к естественному выводу о том, что поведение животных подчиняется некоторому принципу оптимальности. Однако убедительного объяснения "приспособительного" смысла этого принципа в работе Н.В. Асмаяна и Г.А. Голицына получено не было. Мы еще поговорим об этих очень интересных результатах в следующей лекции.

Роль эмоций

Многие авторы, например, П.К. Анохин, Г.А. Голицын, П.В. Симонов и др., выделяют важную роль эмоций в поведенческом акте. Так, Анохин пишет, что эмоции играют роль "пеленга", определяя направленность поведения. Голицын говорит об эмоциональном механизме сравнения и выбора вариантов поведения. (Это очень важно и не вполне очевидно, ведь еще великий Дарвин писал, что эмоции - это просто атавистические свойства, имея, по-видимому, в виду лишь мощные эмоциональные состояния, такие как горе, радость, страх и т. п.)

Общая оценка результатов по изучению поведения

Результатов, относящихся к исследованию поведения, много, и они весьма разнообразны. Мне представляется, что, обобщая эти результаты, можно выделить следующие наиболее важные моменты:

• построение в мозге модели среды;
• непрерывное предвидение на основе модели;
• активность при восприятии среды;
• активность поведения, направленная на достижение целевых ситуаций;
• доминанта, возникающая в результате конкуренции целей;
• оптимальный (вариационный) принцип принятия решения в ситуации выбора;
• эмоциональный механизм оценки и сравнения вариантов.

Дает ли это ответ на поставленные выше вопросы об алгоритмах (правилах) выбора целей и механизмах поведения? Нет, не дает. Перечисленные моменты целенаправленного поведения проливают свет преимущественно на общую структуру поведенческого акта, причем не на все его важные аспекты. Как правило, несколько в стороне остаются вопросы о том, как выбираются целевые ситуации, что такое в количественном смысле "наилучший приспособительный эффект", от чего зависит и как влияет на выбор и закрепление плана поведения "величина положительного подкрепления", как измеряется эта величина и как она связана, с одной стороны, с целевой ситуацией и, с другой стороны, с пройденным путем к цели.

В сложных случаях, к которым можно отнести большинство реальных ситуаций, однозначная фиксация конкретного наилучшего плана поведения невозможна ввиду разнообразия и неповторяемости в точности среды. Удачная программа поведения может быть зафиксирована и воспроизведена только в обобщенном виде. При этом остается вопрос: по какому количественному критерию и как происходит в случае сложного поведения не только умозрительный выбор цели, но и выбор пути к ней? Вернее, оцениваемые и сравниваемые варианты целенаправленного поведения должны включать совокупную оценку пути и цели. И главный вопрос - что при этом оценивается? Выбор варианта поведения основывается на эмоциональных оценках и их сравнении. А что такое эмоция и как она связана с "полезностью" или "приспособительным эффектом"?

Забегая вперед, можно сказать, что более или менее точный (хотя и гипотетический) ответ на большую часть таких вопросов возможен, по-видимому, с учетом рассматриваемого ниже принципа maxT и предположений о сути базовой задачи мозга, то есть задачи построения иерархической модели среды, сводящей реальные многоэкстремальные многопереборные задачи поведения к умозрительным одноэкстремальным малопереборным. Об этом я буду говорить в следующей лекции.

В предыдущих лекциях мы рассматривали очень общее определение мышления, требующее конкретизации таких понятий, как живое, активность, модель среды, управление поведением в многоэкстремальной среде, восприятие, обучение, активные нейронные механизмы. В этой лекции мы сформулировали определение и в некотором приближении конкретизировали понятие "жизнь". Конкретизацию других входящих в определение мышления понятий мы попробуем продолжить, рассматривая задачи управления поведением и восприятия среды.