В 1911 году Макс Мейер из Миссурийского университета описал, как машина может выполнять некоторые из основных функций нервной системы. При создании собственных моделей он следовал новым принципам построения электрических схем, но его представление о функционировании нервной системы базировалось на гидравлике [6]. Ограниченность модели Мейера, основанной на давлении, стала очевидна два года спустя, когда С. Бент Рассел, инженер из Сент-Луиса, опубликовал планы устройства, которое будет «имитировать работу нервных разрядов чисто механическими средствами». Рассел утверждал, что предложенный им аппарат – стимпанковская[165] конструкция из цилиндрических клапанов, цилиндров и шатунов[166] – функционировал в соответствии с логикой, «не сильно отличавшейся» от логики Мейера [7]. Рассел уверенно описывал свое устройство, хотя не похоже, что он когда-либо пытался сконструировать прототип: «Мы показали практическую организацию механических передатчиков и приемников, которые будут реагировать на сигналы и управлять движениями подобно нервной системе и которые обладают ассоциативной памятью, поскольку могут учиться на опыте» [8].
Мейера раздражало, что Рассел проигнорировал его рисунки нервной системы, и ученый отвечал презрением на все его рассуждения, требуя указать, как каждый из десятков компонентов соответствует анатомическим структурам. Даже если устройство могло работать, без связи с анатомией его научная ценность была бы крайне мала. Эти критические замечания в равной степени могли бы относиться и к собственным идеям Мейера, которые не предусматривали способа опознать успешное выполнение задачи или скорректировать работу системы, если задача выполнена неадекватно. Анатомическая основа одного из основных признаков обучения отсутствовала.
Не все технологические игры с поведением были столь безобидны. В 1910-х годах американский радиоинженер Джон Хейз Хаммонд работал над планами самонаводящейся торпеды. Его особенно интересовала теория тропизмов Лёба – как животные движутся к стимулу или от него. В 1912 году Бенджамин Мисснер в сотрудничестве с Хаммондом построил то, что они назвали электрической собакой (на самом деле это была коробка на трех колесах). У «собаки», которая несколько лет спустя была продемонстрирована публике под именем Селено, спереди имелось два световых детектора, сделанных из селена (отсюда и название), – устройство использовало сигналы от этих приемников для продвижения к источнику света со скоростью около метра в секунду [9].
Лёб ссылался на создание собаки Хаммондом и Мисснером как на «подверждение истинности» их взглядов, делая логически неверный вывод. Он полагал, раз машина может воспроизводить поведение животного, значит, и животное просто машина:
«Мы уверены, что приписывать гелиотропным[167] реакциям низших животных какой-либо тип ощущения, например яркость, цвет, удовольствие или любопытство, имеет не больше смысла, чем приписывать то же самое гелиотропным реакциям механизма мистера Хаммонда» [10].
Цель изобретения Хаммонда и Мисснера не являлась чисто научной и, конечно, не была связана с опасениями по поводу того, что могут чувствовать животные или машины. В 1916 году, как раз когда США готовились к вступлению в войну, Мисснер объяснил, что принцип, действовавший в собаке Селено, позволял торпеде Хаммонда ориентироваться на звук двигателей корабля и уничтожать его. Несмотря на свою гордость, Мисснер пережил приступ настоящей технофобии, когда задумался о потенциальных последствиях:
«Электрическая собака, которая пока что является лишь поразительным научным курьезом, может в самом ближайшем будущем действительно стать настоящим „псом войны”[168]: без страха, без сердца, без капли человеческого, что столь часто в нас поддается обману. Этот пес будет иметь одну цель – настигать и убивать все, что попадает в поле его чувств по воле хозяина» [11].
«Функциональный круг» Икскюля показывает, как нервные системы воспринимают мир и действуют на него
Ни одна из попыток описать функционирование нервной системы путем создания механических имитаций не имела успеха и не привела к серьезным научным прорывам. Но после войны ученые задумались о взаимодействии животных – в том числе и людей – с миром в более абстрактном ключе. Эстонский биолог Якоб Иоганн фон Икскюль[169] совершил два ключевых открытия [12]. В начале века он акцентировал внимание на существовании умвельта (нем. Umwelt – «окружающий мир») – особого, субъективного мира восприятия и действия каждого отдельного вида, обусловленного средой обитания. Икскюль разрабатывал эту идею в терминах априорных форм познания, предложенных Кантом. Его концепция также была созвучна мыслям голландского профессора фармакологии Рудольфа Магнуса[170], который писал: «Природа наших чувственных впечатлений, таким образом, определяется априорно, то есть до всякого опыта, с помощью физиологического аппарата наших чувств, сенсорных нервов и чувствительных нервных центров» [13].
Данный подход теперь прочно встроен в наше понимание того, как естественный отбор формирует мозг и нервную систему, а если дело касается других видов животных, то позволяет понять, каково это – быть, скажем, летучей мышью. Второе новшество Икскюля проявилось в форме некоторых интригующих рисунков, которые он называл «функциональными кругами». Они иллюстрировали, как нервная система или мозг может воспринимать мир и воздействовать на него, чтобы достичь определенной цели. Икскюль не стремился превратить схему в устройство, скорее он хотел постичь принципы порождения поведения. Главной особенностью, которой обладали рисунки ученого, был элемент, отсутствовавший в схемах Майера. Система могла чувствовать, как ее деятельность меняет мир, и трансформировать в ответ свое функционирование [14].
Это понимание также нашло свое отражение в работе Альфреда Лотки, американского математика и основателя теоретической популяционной экологии. В книге 1925 года «Элементы физической биологии» Лотка описал игрушечного заводного жука, который, по-видимому, производил целенаправленное поведение, поскольку мог чувствовать, когда вот-вот упадет со стола, и пытался избежать этого. Его механизм был незамысловатым. Жук приводился в движение парой колес, причем свободно движущееся колесо располагалось под прямым углом перед ведущими колесами. На голове жука находились две металлические антенны, которые касались земли и слегка приподнимали свободное колесо, чтобы игрушка беспрепятственно двигалась по прямой. Если жук приближался к краю поверхности, конец усиков свисал вниз, опуская переднюю часть тела жука и заставляя свободное колесо коснуться земли. Поступательное движение ведущих колес преобразовывалось в круговое движение свободного колеса и заставляло жука менять курс. Жук будет продолжать вращаться до тех пор, пока антенны не окажутся на поверхности, после чего свободное колесо поднимется над землей и устройство снова пойдет прямо вперед.
Лотка описывал данный бесхитростный механизм в трех биологических терминах: нервное окончание (ведущие колеса), регулятор (поперечное колесо) и рецептор (антенны). По его словам, «регулятор “интерпретирует” информацию, поступающую от приемной антенны, и изменяет траекторию движения игрушки в соответствии с полученными данными таким образом, чтобы уберечь жука от падения» [15]. Лотка привел наглядный пример системы, которая могла демонстрировать явно целеустремленное, целенаправленное поведение на основе простой рефлекторной дуги. Абстрактно размышляя о типах задействованных органов – рецепторов, регуляторов и нервных окончаний, фактически те же трех компонентов, которые Икскюль определил в своих функциональных кругах, – Лотка показал, как они могут быть применены к широкому спектру ситуаций, в которых животные реагируют адаптивным и, судя по всему, целенаправленным образом.
Схема игрушечного жука, используемого Лоткой для демонстрации очевидного целенаправленного поведения
Послевоенные технологические достижения повлияли на представление ученых о нервной системе и мозге. В 1929 году психолог из Йельского университета Кларк Леонард Халл[171] описал модель условного рефлекса, используя электронные компоненты. Вскоре были созданы две улучшенные версии [16]. Устройство, состоящее из ряда резисторов и ячеек памяти, соединенных параллельно, в комплекте с кнопками и лампочками, меняло поведение при многократном использовании. Цель, утверждал Халл, заключалась в том, чтобы «помочь освободить науку о сложном адаптивном поведении млекопитающих от мистицизма, который всегда преследует ее» [17]. Ученый хотел показать, что сложные формы адаптивного поведения можно сформировать из простых структур и функций, не прибегая к виталистическим метафорам, даже в тех случаях, когда он сам не был уверен в связи между сконструированной моделью и реальной анатомией или физиологией. Халл прямо указывал, что «никто не утверждает, будто эти механизмы являются копиями соответствующих органических процессов», но полагал, что такой подход может дать представление о других загадках научения [18].
В 1933 году студент Вашингтонского университета Томас Росс развил идею Халла и изложил ее в статье в журнале Scientific American с провокационным названием «Машины, которые думают» [19]. В тексте содержались планы электрического устройства, способного научиться выходить из короткого лабиринта. Росс описал задачу своего проекта следующим образом: «Проверить различные психологические гипотезы о природе мышления, построив машины в соответствии с принципами, содержащимися в этих гипотезах, и сравнив поведение машин с поведением разумных существ» [20].