grossmaster (grossmaster) wrote in carians,
grossmaster
grossmaster
carians

Наследие С. Лема. Модель инстинкта эффективнее интеллекта.


Нагло, не обращая ни на кого внимания, она сидит на самом видном месте и неспешно чистит свои лапки. Но стоит бесшумно подкрасться к ней и замахнуться газеткой, как муха тут же бесследно исчезает. «Конечно, она вас видит, - смеется физик из Национальной лаборатории США в Лос-Аламосе Илья Неменман, - у нее так глаз устроен, что может различить предметы почти на 360 градусов вокруг». Ученый рекомендует прицеливаться немного за мухой, поскольку она взлетает не вперед, а назад. Хотя сам Илья не преуспел в охоте на домашних мух (слишком медлителен), его советам можно доверять. Неделю назад он вместе с биологами и физиками из Университетов Индианы и Принстона опубликовал в журнале PLoS Computational Biology статью о результатах своей работы - впервые расшифрованы сигналы, которые идут от глаз мухи в ее мозг, а потом к крыльям. Теперь стало понятно, как она управляет своим полетом, обрабатывая огромный объем зрительной информации со скоростью в десятки раз большей, чем человек. Уже сейчас, имея только электронную запись сигналов, полученных от нейронов мозга мухи, ученые могут сказать, куда и как она летит.


«Это очень важная работа, - считает вице-президент Института сложных систем в Санта-Фе Крис Вуд, который занимается моделированием процессов в головном мозге человека. - Теперь можно использовать ее алгоритмы быстрого анализа зрительной информации для наших целей». Применить алгоритмы есть к чему - человечество производит все больше автоматизированных систем, которые сами принимают решения на основе визуальной информации. Те же роботы, к примеру.

«Феррари среди насекомых» - так прозвали мух авторы исследования за способность быстро передвигаться. Эти насекомые способны начать делать разворот в полете через 1/30 секунды после того, как увидели что-то опасное. Уже достаточно давно известно, что достигается это в первую очередь за счет рецепторов в глазах мухи, которые эффективно фиксируют, что поменялось в окружающем мире. Глаз мухи реагирует на импульсы в десятки раз быстрее, чем человек. По этой причине муха, например, никогда не полюбит смотреть телевизор, поскольку в отличие от нас будет видеть не живую картинку, а диафильм из отдельных кадров. Вторая особенность ее глаза в том, что он состоит из нескольких тысяч фасеток, каждая из которых видит свою точку пространства; однако все вместе они обозревают почти 360 градусов.

«Все эти “технические приспособления” дают возможность мухе практически мгновенно видеть все, что происходит вокруг нее, но создают и большие сложности, - говорит профессор Оклендского университета в Новой Зеландии Михаил Воробьев. - Ведь она вынуждена обрабатывать огромный поток информации мозгом, который весит 1 миллиграмм. Причем муха делает это с таким КПД, который не только нам и другим насекомым или животным, но и компьютерам не под силу».

«Это огромный вычислительный процесс», - соглашается Илья Неменман. Ведь муха не только должна кодировать информацию о картинках, которые получает каждые 10 миллисекунд, но и мгновенно сравнивать одну из другой, чтобы вычислить вектора своего движения сразу по нескольким координатам. «И все это с помощью всего нескольких сотен нейронов», - восхищается математик.

Мозг мухи содержит около 300 000 нейронов (кора головного мозга человека - до 20 млрд). Центр мозга мухи, отвечающий за обработку зрительной информации, - до 300 нейронов. Очевидно, что секрет успеха мухи - не в вычислительной мощности ее крошечного мозга, а в особом языке, которым кодируется визуальная информация, транслируемая от глаза мухи в мозг. Для того чтобы расшифровать этот язык, следовало перехватить сигнал, идущий от глаза к мозгу. И соотнести его с данными о том, что видит муха в момент передачи этого сигнала.

Главная сложность заключалась в том, чтобы добраться до того самого «кабеля», по которому идет информация. Считывающий электрод не только должен быть подведен к нейрону с точностью до одной тысячной миллиметра, но и сохранять эту точность, пока обездвиженную муху со скоростью до 8 оборотов в секунду вращают в специальной установке. «Нам повезло, что с нами работал Роб, у которого золотые руки, - только он один в мире может такое придумать и сделать», - говорит Неменман.

Профессор физического факультета Университета Индианы Роб ван Стевенинк собрал свою уникальную установку из деталей. Для того чтобы точно попасть электродом в нейрон, надо было просто додуматься до одной хитрости. «Конечно, невозможно даже под микроскопом увидеть этот отдельный нейрон. А вот если вывести сигнал с электрода, который вы втыкаете ей в голову, на колонки, тогда вы будете слышать электрический сигнал, который проходит по нейрону, - делится секретом Роб. - Чем вы к нему ближе, тем сигнал громче - вот и вся хитрость; надо только, чтоб пальцы не очень дрожали».

С помощью установки ученые моделировали полет мухи, раскручивая ее в разные стороны и с разным ускорением, записывая при этом импульсы, которые передаются по нейронам от глаз. На одной из записей видно, как через небольшие промежутки времени - несколько миллисекунд - возникают небольшие всплески: вот нейрон передал информацию. Но какую именно? «Муха сейчас сделала следующий акробатический маневр, - читает примитивную “энцефалограмму” Неменман. - Вот она двигалась с большой скоростью влево, потом мгновенно сдвинулась вправо, что-то посмотрела там, а потом полетела с еще большей скоростью налево…»

Итак, алгоритм записан и расшифрован. Профессор британского Университета Крэнфилд Рафаль Збиковский полагает, что обладание этим алгоритмом позволит создать летательные аппараты, способные перемещаться подобно мухе. «Муха может очень эффективно летать, делать акробатические трюки, при этом ее центр управления полетами состоит всего из нескольких сотен нейронов, - удивляется он. - Тогда как для системы навигации истребителя F-35 требуется три двухпроцессорных компьютера». Скорости реакции пилота уже не хватает на то, чтобы управлять всеми системами современного истребителя. Многие решения самолет принимает самостоятельно. Алгоритмы кодирования информации из мозга мухи позволят существенно повысить эффективность боевых машин.

А Роб ван Стевенинк предлагает применить найденные им и его коллегами коды для оценки больших объемов визуальной информации - например, с камер слежения в аэропортах. «Сейчас проблема заключается в том, что как только мы пытаемся анализировать эти кадры с помощью имеющихся компьютерных программ, получается очень долго и некачественно», - говорит он. Но с «точки зрения» мухи, уверен ученый, эта задача очень проста.

russion newsweek 24 - 30 марта 2008 № 13 (187)/Никита Максимов/ Код мухой
http://www.runewsweek.ru/rubrics/?rubric=science&rid=2452


***

Напоминаю: Станислав Лем. Системы оружия XXI века

Трудно поверить, но лишь около 2040 года информатики, специалисты по цифровой технике и прочие эксперты стали задаваться вопросом, почему, собственно, их предшественники так долго оставались слепыми настолько, что per fas et nefas (правдами и неправдами (лат.)) и при помощи brute force (грубой силы (англ.)) пытались создать искусственный интеллект. Ведь для огромного большинства задач, которые выполняют люди, интеллект вообще не нужен. Это справедливо для 97,8% рабочих мест как в сфере физического, так и умственного труда.
Что же нужно? Хорошая ориентация, навыки, ловкость, сноровка и сметливость. Всеми этими качествами обладают насекомые. Оса вида сфекс находит полевого сверчка, впрыскивает в его нервные узлы (ганглии) яд, который парализует, но не убивает его, потом выкапывает в песке нужных размеров норку, кладет рядом с ней жертву, заползает в норку, чтобы исследовать, хорошо ли она приготовлена, нет ли в ней сырости или муравьев, втаскивает сверчка внутрь, откладывает в нем свое яичко и улетает, чтобы продолжить эту процедуру, благодаря которой развившаяся из яичка личинка осы может до своего превращения в куколку питаться свежим мясом сверчка. Тем самым оса демонстрирует превосходную ориентацию при выборе жертвы, а также при выполнении наркологическо-хирургической процедуры, которой подвергается жертва; навык в сооружении помещения для сверчка; сноровку при проверке того, обеспечены ли условия для развития личинки, а также сметливость, без которой вся последовательность этих действий не могла бы осуществиться. Оса, быть может, имеет достаточно нервных клеток, чтобы с неменьшим успехом водить, например, грузовик по длинной трассе, ведущей из порта в город, или управлять межконтинентальной ракетой, только биологическая эволюция запрограммировала ее нервные узлы для совершенно иных целей.
Понапрасну теряя время на попытки воспроизвести в компьютерах функции человеческого мозга, все новые поколения информатиков, а также профессоров компьютероведов (professors of computer science), с упорством, достойным лучшего применения, не желали замечать устройств, которые были миллион раз проще мозга, чрезвычайно малы и чрезвычайно надежны. Не ARTIFICIAL INTELLIGENCE, но ARTIFICIAL INSTINCT (не искусственный интеллект, но искусственный инстинкт) следовало воспроизводить и программировать в первую очередь, потому что инстинкты возникли почти за миллиард лет до интеллекта -- очевидное свидетельство того, что их сконструировать легче. Взявшись за изучение нейрологии и нейроанатомии совершенно безмозглых насекомых, специалисты середины XXI века довольно скоро получили блестящие результаты. Их предшественники и вправду были слепы, если не задумались даже над тем, что, например, пчелы, создания, казалось бы, примитивные, обладают, однако ж, собственным, и притом наследуемым языком. С его помощью рабочие пчелы сообщают друг другу о новых местах добывания корма; мало того, на своем языке сигналов, жестов и пантомимы они показывают направление полета, его продолжительность и даже приблизительное количество найденной пищи. Речь, разумеется, шла не о том, чтобы строить из неживых элементов типа CHIPS или CORN "настоящих" ос, мух, пауков или пчел, а лишь об их нейроанатомии с заложенной в нее последовательностью действий, необходимых для достижения заранее намеченной и запрограммированных действий.
http://lib.mediaring.ru/LEM/s_biblioteka_xxi.txt
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 5 comments