Компьютерная метафора

Историки науки справедливо заключают, что когнитивистика сформировалась в самостоятельную научную дисциплину во многом благодаря изобретению компьютеров и попытки моделирования мышления. Одним из наиболее важных выступлений, на симпозиуме в Массачусетском технологическом институте в 1956 году, была презентация программы «Логик-теоретик» научным тандемом А. Ньюэлла и Г. Саймона. Предъявленный искусственный интеллект доказывал теоремы из математической логики Б. Рассела и А. Уайтхеда. Предложение рассматривать психические процессы по аналогии с цифровыми системами во многом определило дальнейшее развитие когнитивной психологии. Однако идея алгоритмизации мышления появилась задолго до кибернетики и ЭВМ.

Истоки компьютерной метафоры, разумеется, с рядом оговорок, т.к. ни о каких компьютерах тогда не могло быть и речи, исходят от немецкого философа, математика и логика Готфрида Вильгельма Лейбница. Именно Лейбниц поставил перед собой задачу алгоритмизировать человеческое мышление.

Согласно его собственным воспоминаниям, уже в ранней молодости у него зародилась идея логического исчисления:

«…я поневоле натолкнулся на ту замечательную мысль, что можно придумать некий алфавит человеческих мыслей и с помощью комбинации букв этого алфавита и анализа слов, из них составленных, все может быть и открыто и разрешено.»

Лейбниц Г.В. Соч. в 4 т. М., 1984. Т.3. С. 414

Лейбниц стремился к тому, чтобы логика сделала процесс умозаключения независимым от размышления о содержательном смысле предложений, входящих в этот процесс, подобно тому, как процесс математического вычисления не зависит от размышления о содержательном смысле знаков, применяемых к нему. Лейбниц мечтал о таком времени, когда противники, вместо того чтобы спорить, возьмут перья в руки, сядут за стол и будут вычислять. Он пытался построить арифметизированное логическое исчисление в виде некоторой вычисляющей машины (алгоритма), с тем чтобы затем путем вычисления по сформулированным правилам определять, что является истиной, а что — ложью (разумеется, не обращаясь к практике).

Искомый метод должен был

«стать чем-то вроде всеобщей алгебры и дать возможность рассуждать посредством вычислений; таким образом, вместо того чтоб спорить, можно будет сказать: посчитаем! И тогда станет ясно, что ошибки в рассуждениях суть не что иное, как ошибки, связанные с вычислениями, и их можно будет обнаружить путем проверки, как в арифметике».

Лейбниц Г.В. Соч. в 4 т. М., 1984. Т.3. С. 492

Молодого Лейбница на выдвижение проекта создания «универсального языка», с помощью которого все человеческое знание, включая мораль и философские истины, может создаваться автоматически, вдохновили работы французского монаха Раймунда Луллия и его «Великолепное искусство». Оно является едва ли не первой попыткой создания системы механического (формального) исчисления истин. По факту, это была «логическая машина». Она состояла из семи вращающихся вокруг одного центра кругов. На каждом из этих кругов были написаны слова, обозначающие понятия (например, «бог», «человек», «знание», «истина», «справедливость», «количество» и др.) и логические отношения (например, «равенство», «различие», «противоречие» и др.). Вращая эти концентрические круги, можно было получать сочетания понятий. Луллий был убежден в том, что ему удалось изобрести универсальный способ отделения истины от лжи.

Естественно, такая амбициозная попытка была воспринята со скепсисом. Категорически осудил эту попытку Ф. Рабле, иронизировал над ней Ф. Бэкон, издевательскую сатиру на «мыслительную машину» создал Дж. Свифт.

К сожалению, наработки Лейбница в области математической логики не публиковались при его жизни и были не известны широкой общественности. Математическая логика была повторно открыта во второй половине XIX века английским логиком и математиков Джорджем Булем.

Буль исходил из идеи аналогии между алгеброй и логикой и рассматривал логику как алгебру, но лишь с нулем (ложь) и единицей (истина). Существенное различие между логикой и алгеброй Буль видел в том, что в первой всегда имеет место закон идемпотентности (x*x=x), в то время как во второй равенство x*x=x верно лишь при значениях x=1 или x=0, являющихся корнями уравнения x*x-x=0. Логические исчисления Буля сыграют впоследствии важную роль при создании уже современных цифровых электронных систем.

Философско-логическое наследие Буля подверглось переработке и обобщению в работах его ученика Уильяма Стэнли Джевонса, более известного по работам в области политэкономии и теории предельной полезности. Именно благодаря Джевонсу булева алгебра приобрела законченный вид, но что наиболее интересно относительно нашей темы, он является создателем «мыслительной машины», позволяющей механически воспроизвести некоторые процессы человеческого мышления. Машина Джевонса была основана на более детально разработанной формальной логике, чем логические исчисления, которые строил Лейбниц. «Мыслительная машина» могла не только выводить заключения из посылок, но и проверять равносильность выражений, упрощать логические формулы, устанавливать, какие утверждения о данном классе можно выразить в терминах некоторых других классов, устанавливать гипотезы, из которых следует данное выражение, проверять правильность силлогизмов и т.д. Правда, логический вывод, полученный машиной, нуждались в интерпретации человеком.

Несколько позже машина Джевонса была воссоздана и улучшена отечественными учеными П. Д. Хрущовым и А. Н. Щукарёвым. Более подробно ознакомиться с биографией ученых и исследованиями в области вычислений в докомьютерную эпоху в России можно в данной статье.

Тема и объем настоящей статьи не позволяет углубиться в историю создания вычислительных машин, однако, несомненно, достойными упоминания являются английский ученый Чарльз Бэббедж, работавший в области математики, вычислительной техники и механики, и Вэнивар Буш, американский ученый, инженер, советник по науке при президенте Рузвельте. Бэббидж с 1828 по 1839 год занимал Люкасовскую кафедру по математике в Кембриде, разработал проект вычислительного устройства, который, правда, ему не суждено было завершить. Тем не менее, его идеи оказали значительное влияние на дальнейшую работу в этой области. Буш является создателем первой хорошо смонтированной большой вычислительной машины — дифференциального анализатора, который, к слову, производил вычисления без помощи электричества, а лишь за счет вращающихся дисков.

Как мы видим, попытки смоделировать мышление человека появились задолго до цифровых вычислительных систем. Как мне кажется, сама попытка его смоделировать означает претензию на представление мышления в виде алгоритмов и механических процессов, т.е. речь может идти о «докомпьютерной метафоре». Данный факт не позволяет согласиться с часто встречащейся позицией, что рассмотрение психических процессов по аналогии с работай компьютера, является чем-то инновационным, а то и революционным.

Компьютерная метафора приводит к выводу, что у нашей психики есть:

а) устройство ввода-вывода информации;

б) два основных вида памяти: кратковременная (оперативная) и долговременная;

в) а также «центральный процессор», который занимается решением задач.

В рамках этой метафоры мозг рассматривается как аналог hardware или «железа» (аппаратное обеспечение), которое имеет подсистему входов: анализаторы (глаза, уши и т.д.), процессор со встроенными программами (память, мышление), также есть подсистема выходов или эффекторы (аппарат движения, речь), а вся система действует по принципу обратной связи.

Однако насколько правомерна данная метафора?

В учебном пособии по логике, А.Д. Гетманова, критикуя идею Лейбница, выносит приговор претензиям на создание «мыслящей машины»:

«…представление Лейбница о полной замене человеческого мышления вычисляющей машиной неправомерно. Построить такое универсальное исчисление, с помощью которого всегда можно было бы отличить истину от лжи, в принципе нельзя.»

Гетманова А.Д. Логика. М. 1986. С. 100

И действительно, несмотря на значительные успехи в развитии науки и техники, все известные до настоящего моменты попытки создать «настоящий» искусственный интеллект не увенчались успехом. Отчасти, причиной возникновения сложностей в формализации человеческого мышления может являться то, что живое мышление неформально. Как замечает в предисловии к русскому изданию работы А. Тьюринга «Может ли машина мыслить?» профессор С.А. Яновская:

«…ясно, что мышление человека происходит, конечно, по определенным законам, которые люди еще со времен Аристотеля и древних Китая и Индии пытались сформулировать в виде правил логики. Естественно спросить себя: нельзя ли с помощью этих правил составить список предписаний, схему алгоритма, или программу, следуя которой «машина» будет имитировать умственную деятельность человека? Но правила логики основаны не только на тех законах, по которым происходит действительное мышление у людей. <…> Они мыслят в действительности не формально, а содержательно.»

С этим соглашается М. Хант:

«Столетиями думали, что мышление совершается по законам логики. <…> Исследования когнитивистов показали, что рассуждения, ошибочные в строго логическом смысле, весьма практичны в обычных ситуациях. <…> Марвин Минский утверждает, что искусственный интеллект также не может опираться на одну лишь формальную логику, так как в реальной жизни мы пользуемся здравым смыслом, который во многом ей не подчинятся.

Хант М. Вселенная внутри: новая наука исследует человеческий разум // Когнитивная наука и интеллектуальная технология. Реферативный сборник. М. 1991.С. 40-41

Дж. фон Нейман, в своей статье «Общая и логическая теория автоматов» наглядно демонстрирует, как на самом деле удивительная наша нервная система:

«…ЭНИАК весит 3- тонн и потребляет 150 киловатт, тогда как центральная нервная система человека, которая в функциональном отношении в миллион раз сложнее, имеет вес в несколько фунтов и умещается в человеческом черепе.»

В то же время, Нейман проводит ряд аналогий, демонстрируя, что у нервной системы человека есть много общего с цифровыми машинами:

«Нейрон передает импульс. По-видимому, в этом состоит основная его функция, хотя последнее слово относительно этой функции и о том, ограничивается ли ею роль нейрона в центральной нервной системе, еще далеко не сказано. Нервный импульс в основном подчиняется принципу «включено-выключено», «все или ничего», и его можно сравнить с двоичной цифрой.»

Нейман признает сложность организации нервной системы человека и, очевидно, мы намного меньше знаем об ее устройстве и принципах работы, в сравнении с искусственными автоматами. Тем не менее, Нейман полагает, что рассмотрение некоторых закономерностей устройства живых организмов может быть весьма полезно при изучении и проектировании автоматов. Эта мысль не нова. История науки и техники знает много примеров, когда человек решает инженерные задачи подражая живой природе. Однако Нейман считает, что обратное тоже верно и «многое из опыта нашей работы с искусственными автоматами может быть до некоторой степени перенесено на наше понимание естественных организмов». В этом, по большому счету, и есть суть компьютерной метафоры. Любая метафора груба и приблизительна, но содержит в себе некоторый эвристический потенциал, позволяющий сделать новый рывок в развитии науки.