Правильный выход из положения таков: чтобы раз и навсегда решить эту проблему проблем, надо взять пример с Матушки-природы. Разве не доказала она свою способность подгружать живым тварям тысячи новых органов восприятия — от ушей, глаз и носов до рецепторов давления, температуры, электрического и магнитного полей, не говоря обо всем прочем? За долгие времена эволюции природа затратила немало усилий на создание нервной системы, которая извлекает информацию из этих сенсоров без необходимости знать о них что бы то ни было (см. главу 4). Сенсоры могут быть разного вида и иметь разную конструкцию, что, однако, не мешает им работать в полном согласии и гармонии, потому что мозг, общаясь с миром, выискивает сопряжения между различными входными потоками данных и придумывает, как пустить в дело поступающую информацию.
Как воспользоваться преимуществами такого подхода? Вспомним, что один из самых действенных приемов мозга — произвести моторное действие и оценить, чем оно обернется. Я считаю, что надо позволить МКС экспериментировать не только с ее сенсориумом (совокупностью «органов чувств»), но и с ее моториумом, то есть с тем, как она использует свое «тело». В конце концов, МКС строится по модульному принципу, а это подразумевает, что план ее «тела» будет все время меняться. В каком бы теле ни осознал себя мозг, он найдет способ двигать им (см. главу 5), и предпрограммирования не потребуется, все моторные процессы будут происходить за счет проб различных «телодвижений» и оценки результатов. Именно таким образом наш мозг составляет представление о нашем теле. И подобным же способом МКС могла бы время от времени совершать серии малых движений, чтобы определить, какие дополнительные модули к ней пристыковали и как они дополняют ее двигательные возможности. Будущее идеи самоподстройки видится в том, что мы научимся проектировать машины не с постоянной, раз и навсегда закрепленной конструкцией, а способные самостоятельно завершать схемы своих подключений в ходе взаимодействия с реальностью.
Как только входные и выходные сигналы скоординируются, всевозможные чудеса не замедлят последовать. Рассмотрим для примера стандартный микрочип FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица) в электронных мозгах множества знакомых нам устройств. Это потрясающий чип, но одна из основных проблем подобных микросхем — синхронизация всех сигналов внутри нее. Нули и единицы мелькают в чипах со скоростями, близкими к скорости света, и если бит из одной части чипа случайно опередит бит из другой, наступит катастрофа: вся логическая функция чипа окажется под угрозой. Тайминг в микрочипах выделился в отдельную подобласть, и на эту тему уже написаны объемные тома2.
Между тем с точки зрения биолога вопрос решается просто. Мозг и микрочип сталкиваются с одной и той же проблемой: постоянный приток входных сигналов (от органов восприятия, а также от внутренних органов) одновременно с потоком исходящих сигналов (движение конечностей). Правильное согласование во времени играет здесь огромную роль. Услышав, что хрустнула ветка до того, как вы поставили ногу на землю, насторожитесь: а вдруг это подкрадывается хищник? Если же вы слышите хруст после того, как ступили ногой на землю, это нормально, таково обычное следствие вашего действия, и оснований для паники нет. Трудность для мозга состоит в том, что невозможно заранее запрограммировать ожидаемое время работы для отдельных органов чувств, поскольку оно имеет свойство меняться. Если вы с яркого света вступаете в темноту, скорость общения ваших глаз с мозгом замедляется почти на десятую долю секунды. В жару сигналы могут передаваться вдоль ваших конечностей быстрее, чем в холод. Когда вы растете, длина вашей конечности увеличивается, как и период прохождения сигналов туда и обратно.
Каким образом мозг решает проблемы синхронизации? Наверняка не штудирует толстенный том о верификации таймингов. Он действует методом проб и ошибок: что-то потрогает, что-то пнет, по чему-то стукнет. Он исходит из той посылки, что раз вы сгенерировали действие (вступив во взаимодействие с реальностью), значит, рассредоточенная во времени информация, которая возвращается к нему через сенсорные каналы, должна восприниматься как синхронизированная с данным действием. Иначе говоря, ваше сознание должно приспособиться одновременно видеть, слышать и чувствовать последствия вашего действия3. Лучший способ предвидеть будущее — самому создавать его. Всякий раз, взаимодействуя с миром, ваш мозг посылает разным органам восприятия четкий приказ: сверяйте часы.
Проблема тайминга в микрочипах решается посредством регулярной отправки пробных сигналов самому себе (точно так же, как человек мог бы попробовать мячик на прыгучесть, столовое серебро — на мелодичность звона или, надев очки, покрутить головой). Когда чип выступает в роли генератора пробного действия, у него могут возникнуть четкие ожидания относительно того, что должно последовать далее. И тогда он сам подстроится к ситуации, а нам не придется штудировать книги неимоверной толщины.
* * *
Внедрив в механизмы принципы нейропластичности, мы сможем создавать любые устройства, в частности беспилотные автомобили. В перспективе у нас появятся основания ожидать, что на дорогах станет меньше жертв ДТП — не только потому, что робомобили будут делиться друг с другом знаниями и общаться на трассе со своими «собратьями», но и в силу обучающих свойств системы в целом: чем дальше, тем больше беспилотные автомобили будут совершенствовать свои водительские качества. И дело не в том, что их специально запрограммируют на первых порах допускать промахи, чтобы учиться на них, — проблема в другом: окружающая реальность сама по себе сложна и многообразна и не все ситуации возможно предусмотреть заранее. Подобно тому как подростки учатся на собственных ошибках и делятся друг с другом выстраданным опытом, робомобили со временем станут умнеть и повышать класс вождения.
С помощью принципов построения нейронной сети мы сможем добиться гораздо более эффективного распределения электроэнергии, чем сейчас. Выстраивая интернет вещей (подсоединяя к Всемирной паутине бытовые устройства), мы получаем возможность маневрировать ресурсами колоссальных скопищ люстр, кондиционеров и компьютеров, а интернет возьмет на себя роль титанической нервной системы и станет подавать электричество туда и тогда, где и когда оно требуется4. Вдобавок к прочим благам умная электросеть даст возможность жителям частных домов самим обеспечивать себя электроэнергией. Представим, что к энергосети можно добавить ветровые генераторы и гелиоустановки тем же способом, каким Мать-природа добавляет живому существу новые периферические устройства, с тем чтобы мозг сам додумался, как их использовать. Помимо большей эффективности умная электросеть будет устойчива к атакам, поскольку сможет излечивать сама себя. Большинство стран заявляют, что работают над внедрением тех или иных версий умных энергосетей, но суть в том, что слово «умный» может означать разные градации интеллектуальности. Ваш сын-третьеклассник умный мальчик, и Альберт Эйнштейн тоже умный. Так и мы будем медленно, но верно переходить от умных энергосетей к гениальным по мере постижения и практического применения принципов нейропластичности, которые создала за миллиарды лет Мать-природа.
Помимо преимуществ, которые получат созданные по принципу нейропластичности роботы-роверы, автомашины, чипы и энергосети, я надеюсь увидеть также, как биология переписывает правила в других областях, скажем в архитектуре. Сегодня даже гениальные архитектурные сооружения бледнеют по сравнению со спроектированными природой — от необыкновенной красоты строения нейрона до изысканного дизайна мозжечка и восхитительной гибкости конечностей. Может быть, и архитекторы почерпнут вдохновение из биологии?
Представим себе здание, способное ощущать трафик через санузлы и высвобождать соответствующие репелленты или аттрактанты, чтобы быстро отрастить дополнительные канализационные трубы, унитазы, души и сифоны под раковины. Или вообразим жилой дом, который осознаёт собственную архитектуру и может приспособить свою «нервную систему» к перестройкам и перепланировкам: когда добавляется новая комната, в ней естественным образом прорастают электропроводка и воздухопроводы. «Мозг» дома адаптируется к подобным новшествам, вырабатывая новое представление о том, как выглядит вверенное ему «тело». Аналогично, если часть дома пострадает от стихии, его «мозг» динамически перераспределит свои ресурсы: передислоцирует рабочее пространство и электропроводку из разрушенной кухни в другое место, чтобы функции приготовления и разогрева пищи хотя и на меньшей площади, но выполнялись. Возможно, в будущем мы столкнемся с фантомными болями холодильников, но это всяко лучше, чем иметь дело с ветхими постройками, стены которых вот-вот рухнут и положат конец вашей бренной жизни. А вдруг мы исхитримся спроектировать кирпичи, способные брать пример друг с друга и самостоятельно укладываться в то или иное строение — примерно так же, как соединяются отдельные нейроны, образуя более крупную структуру ядра. Или, например, представьте, что здания умеют сдвигаться с места, чтобы динамически оптимизировать уровень инсоляции, затенение, доступ к воде и ветровую нагрузку. Либо вообразите, что наши дома станут мобильными и смогут отходить в безопасное место, если по соседству вспыхнет пожар или береговая линия переместится в сторону суши. Перспективы развития инженерно-конструкторской деятельности станут безграничными, когда мы в полной мере постигнем принципы построения живой нейронной сети.
Возможности, которые открываются перед самоконфигурирующимися устройствами, изменят сам смысл их ремонта. Строителя или автомеханика редко чем удивишь: если разрушится часть здания или что-то выйдет из строя в двигателе, специалисты хорошо представляют себе набор последствий. Зато начинающие неврологи далеко не настолько уверены в последствиях «поломок» в мозге. Конечно, они умеют распознавать и достаточно точно диагностировать то или иное расстройство, но лечебные мероприятия, к их огорчению, зачастую не дают результатов, о которых написано в учебниках. Но почему учебники зачастую идут вразрез с действительностью? Потому что каждый мозг следует по своей уникальной траектории, обусловленной его историей, анамнезом, целями и практикой. Представляется, что в далеком будущем строители и автомеханики станут в большей степени руководствоваться примером неврологов и нащупывать общие принципы, а не выискивать лопнувший болт или оборванный проводок.