Для достижения прогресса в области изучения памяти мы должны максимально реалистично подходить к феномену, который пытаемся здесь разъяснить. Хотя современные искусственные нейронные сети легко решают невероятной сложности задачи (вспомним их фантастическую способность различать фотографии), они еще далеко не овладели базовыми особенностями человеческой памяти. Ее богатство и многогранность, как я предполагаю, обусловлены биологическим каскадом временных шкал. Новая информация встраивается поверх старой, укладываясь в рамки ограничений, предлагаемых предыдущим опытом. Я знаю немало студентов-медиков, которые всерьез опасаются, что если они загрузят себе в память еще один новый факт, то он вытеснит что-то из выученного прежде. На их счастье, модель неизменного объема памяти ошибочна. Напротив, с каждой новой усвоенной порцией знания вы только улучшаете свою способность впитать следующее знание по данной теме.
Глава 11ПРО ВОЛКА И МАРСОХОД
Недавно читал об одной калифорнийской школе, где свернули программы по искусству, музыке и физической культуре. Зачем же понадобилось так обрезать бюджет? Оказалось, что несколько лет назад было решено направить все средства на создание супер-пупер-компьютерного центра для учащихся. Школьная администрация закупила компьютеры, серверы, мониторы и разнообразные периферии на $330 млн. Затем образцово-показательный компьютерный класс-шедевр с большой помпой и всяческими церемониями предъявили восхищенной школьной общественности.
Прошло несколько лет, и сверхсовременное компьютерное «железо» начало устаревать. Появились более быстрые чипы, память перебазировалась с жестких дисков в облако, а новые программы оказались несовместимыми со старой прошивкой. Словом, не прошло и десяти лет, как администрации пришлось списать все это великолепие в утиль.
«Свет в окошке», предмет всеобщих восторгов, из-за которого школа лишилась уроков творчества и физкультуры, недолго радовал администрацию и учащихся и теперь громоздился на помойке горьким напоминанием о бесполезно потраченных средствах.
Эта история заставила меня призадуматься. В самом деле, зачем мы продолжаем строить машины жесткой конструкции, которые вскорости превращаются в утильсырье? Впаивая в нутро компьютера электронную схему, мы в тот же самый момент устанавливаем срок его годности.
Если бы мы прилежно учились у биологии ее сметке и прозорливости, то уже давно обратили бы себе на пользу принципы живых систем. Если волк попадает лапой в капкан, он отгрызает ее и продолжает жить трехногим. А вот марсоход Spirit, самоходный робот весом под 200 кг, 4 января 2004 года «приземлившийся» на поверхность Красной планеты, годами успешно колесил по ее просторам, но в конце 2009 года увяз в марсианской почве и не смог выбраться — помимо прочего потому, что у него отказало правое переднее колесо. Солнечные панели намертво застрявшего Spirit не смогли сориентироваться по солнцу. Марсоход лишился притока энергии и во время марсианской зимы понес невосполнимый урон. 22 марта 2010 года бедняга передал на Землю свою лебединую песню и испустил дух (рис. 11.1).
Рис. 11.1.Великолепный марсоход Spirit сегодня представляет собой груду внепланетного металлолома стоимостью $400 млн
Spirit героически отбыл отведенный ему срок жизни. Конечно, было бы сумасшествием послать на Марс колонии астронавтов, которые продержались бы всего несколько лет, прежде чем превратиться в груду костей.
Это не критика выдающихся конструкторов НАСА. Проблема в том, что мы продолжаем строить роботов с жестко смонтированными электронными схемами. Если современный робот потеряет колесо, погнет ось или у него сгорит часть материнской платы, его песенка спета. Но посмотрите на животное царство: его обитатели получают повреждения и все равно продолжают жить. Они будут хромать, еле волочить ноги, но предпочтут скакать на оставшихся конечностях, в той или иной степени утратить силу, претерпеть какие угодно невзгоды, лишь бы упрямо двигаться к своим целям.
Волк отгрызет попавшую в капкан лапу, и мозг приспособится к необычному плану его тела, потому что возврат чувства безопасности соответствует его системе вознаграждения. Ему нужны кров, еда и поддержка стаи, и мозг быстро решает, как этого добиться.
Разница между самоходным роботом и волком упирается в выбор между информацией как таковой и информацией жизненно необходимой. В отличие от угодившего в капкан марсохода, волком движут насущные цели: избежать опасности и достичь безопасности. Его действия и намерения продиктованы угрозой нападения и требованиями желудка. Волк движется к собственным целям, и потому его мозг поглощает информацию не только об окружающей реальности, но и о том, на что способны его лапы, и преобразует эти способности в самые подходящие действия.
Волк готов хромать на трех лапах, потому что у животных не принято лечь и помереть от умеренного урона телу. Их примеру должны следовать наши машины.
Мать-природа знает, что не нужно жестко монтировать сеть в волчьем мозге, как и нет смысла жестко программировать сам мозг. С переменой плана тела и среды обитания меняются сложные взаимоотношения между способностями и действиями. Поэтому вместо заранее заданной схемы лучше создать инфотропную систему, которая на лету оптимизируется и самонастраивается на максимальную эффективность при достижении целей. Одни цели долгосрочные (выжить), другие — сиюминутные (выработать хватку, чтобы вцепиться в убегающего оленя); мозг во всех случаях настраивается на них.
Что нужно нашим роботам, чтобы сохранять работоспособность при повреждениях? Им потребуется умение активировать модифицированный план «тела» в сочетании с обеспечением необходимости питаться, общаться и выживать. Обладая такими характеристиками, они даже с отскочившим колесом или поврежденной деталью смогут адаптировать уцелевшие схемы, чтобы довести начатую задачу до конца. Представьте, что марсоход отпиливает застрявшее в грунте колесо и сам смекает, как двигаться на оставшихся колесах. Подобные принципы могут быть использованы при проектировании реконфигурирующихся машин, начинка которых соотнесет входные сигналы со своими целями и адаптирует к этому сочетанию свою систему управления. Когда они будут терять покрышки, ломать оси или рвать провода, сохранившаяся система перестроится должным образом, чтобы завершить выполнение задачи.
Для волка нет нужды в жестких схемах, как и для сестер Полгар, Ицхака Перлмана или Серены Уильямс. Мир слишком сложен, чтобы предвидеть все его коленца, и потому было бы невозможно спрограммировать гены так, чтобы они соответствовали всей многосложности мира. В конце концов, все в нем течет и меняется — тела, источники пропитания, соответствия между ресурсами, способностями, результатами. Вместо заранее заданных схем лучше спроектировать систему, которая станет самостоятельно совершенствоваться и приспосабливаться к изменившимся обстоятельствам для достижения своих целей.
* * *
Десятилетиями науку о мозге помогали двигать вперед технические достижения, от осциллоскопов и электродов до магнитно-резонансных томографов. Возможно, пришло время развернуть наконец вектор влияния, чтобы инженерная наука могла опираться на принципы и достижения биологии.
Нынешнее высокотехнологичное оборудование производится в фантастически стерильных помещениях богатейших компаний мира; при этом разработчики в своих поисках далеки от аналогии с подвижными созданиями Матери-природы — от собак до дельфинов, от людей до колибри, от панд до панголинов[64]. Им не требуется подключаться к электрической розетке, они находят собственные источники энергии, карабкаются, взбираются, бегают, прыгают, плавают, ползают и при некотором усилии способны освоить скейтборд, сноуборд или доску для серфинга. Все это возможно потому, что природа беспрестанно играет с генами, мастеря новые органы чувств и мышцы, а мозг сам соображает, как извлекать пользу из новых приспособлений. Живые существа способны перенести телесный урон — сломать ногу или лапу, лишиться полушария мозга — и при этом продолжать жить. Наши же нынешние устройства и приборы не обладают ни гибкостью, ни жизнестойкостью, свойственными живой природе.
Но почему же мы до сих пор не проектируем механизмы, основываясь на принципах пластичности мозга? Не будем к себе чрезмерно суровыми: в распоряжении Матери-природы имелись миллиарды лет, чтобы параллельно проводить триллионы экспериментов. Для нас почти непредставим временной горизонт подобного размаха, как непостижимо устройство мозга бесчисленных тварей, которые рождались на свет и топтали землю, резвились в водах или кружили в небесах.
Нам потребуется время, чтобы угнаться за природой. И очень хорошо, что мы уже начали взламывать коды вокруг нас.
Так как же нам исхитриться, чтобы встраивать принципы пластичности мозга в создаваемые нами устройства? Первое, что приходит на ум, — имитировать уже созданное природой. Вот хороший пример: тело мексиканской тетры, слепой рыбки, обитающей в подводных пещерах, сплошь покрывают сенсоры. Ориентируясь по перепадам давления воды и направлению течения, тетра умеет в непроглядной темени определять формы подводных объектов. Вдохновленные ее примером, сингапурские инженеры разработали искусственную версию сенсоров слепой тетры для подводных лодок1. Ни для кого не секрет, что освещение в подводных аппаратах требует массы энергии и губительно для подводных экосистем. Зато набор мелких маломощных сенсоров по образу и подобию тех, какими природа наделила слепую тетру, дают надежду «видеть» во тьме за счет движения вод.
Сенсорная биомимикрия — великолепный старт, но это только начало пути. Гораздо больший вызов — спроектировать нервную систему с plug-and-play периферией. Какая от этого польза? Рассмотрим для примера проблемы, с которыми постоянно сталкивается НАСА на Международной космической станции (МКС). Международное космическое сотрудничество — основа основ проекта. И в то же время — главная причина технической проблемы. Русские конструируют один модуль, американцы пристраивают другой, а китайцы — свой, китайский. В итоге постоянная головная боль МКС — координировать работу датчиков в модулях разных стран. Американские тепловые датчики не всегда синхронизируются с российскими датчиками вибраций, а китайские газоанализаторы с трудом сообщаются с остальными приборами и оборудованием станции. Проблемам нет конца, и МКС постоянно мобилизует инженеров на поиск все новых и новых решений.