Текст книги "Воспитание Нейросетей"
Автор книги: Вадим Осмоловский
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 4 страниц)
Выводы
Подводя итог следует кратко перечислить выводы, которые позволят вывести развитие на качественно новый уровень.
1. Развитие напрямую зависит от той информации, которая попадает в наш мозг.
2. Когнитивный шум значительно снижает возможности к обучению. Следует его исключить, везде, где это возможно.
3. Организм Homo Sapiens скроен таким образом, что его потенциал раскрывается в конкретных условиях, которые подразумевают определенную нагрузку.
4. В процессе развития, помимо роста мышц и костей, растут и нервные клетки. Любые события и информация оставляют свой неизгладимый отпечаток на нашем сером веществе.
5. Производительность нервной системы напрямую зависит от тех данных, которые мы используем. И если нет ощутимого результата, прежде всего нужно перепроверить данные. Та ли у них структура и способ подачи, который должен давать нужные результаты. Данные необходимо подгонять под конкретного человека. Например, если не развились нейро группы ответственные за алфавит, не переходить к следующей фазе со слогами.
6. Большое количество повторений. С одного раза результата ожидать не приходится. Для появления нейро связей требуется время. После демонстрации новой информации нужно дать возможность нервным клеткам ее усвоить и сформировать анатомические структуры.
Когнитивный Потенциал
“Думай что-нибудь”
еврейская мудрость
Когнитивные способности вкупе с интеллектом – одна из самых впечатляющих особенностей человека, ставящая на недостижимую ступень по сравнению с другими представителями животного мира. Речь, способность к манипуляции предметами и использовании их как инструментов, решение математических задач – все это почти недоступно для животных. Есть исключения, когда четвероногие могут передавать друг другу информацию и обучать потомство техникам добычи пищи, но, тем не менее, нигде даже близко не выходит подобраться к успехам двуногих.
Формулировка
Когнитивный потенциал – способность к обработке, запоминанию и передаче информации. Чем он выше, тем успешнее индивидуум или группа в целом (если мы рассматриваем групповой когнитивный потенциал) манипулируют информацией о существующей реальности. Когнитивный потенциал зависит от врожденных и приобретенных способностей, хотя граница тут несколько условна. Без генетически детерминированного нейро-субстрата невозможно добиться положительного результата развития. Но и с некачественными информационными потоками, даже с врожденными способностями, несколько неосмотрительно надеяться на успех. Вероятно следует сделать уточнение, что с точки зрения отбора, цель деятельности должна заключаться в повышении вероятности выживания. В конце концов какой смысл очень хорошо знать физику ускорения вселенной, если грозит смерть от голода. Хотя и приоритезация значимости информационных потоков тоже является одной из интеллектуальных способностей.
Как так вышло, что Homo Sapiens смог вскарабкаться по лестнице отбора и добился таких результатов? В научном сообществе ряд теорий, которые часто дополняют друг друга. Первое, и, на мой взгляд, важнейшее качество человека это его относительная физическая слабость. Будучи безоружным от природы, и желая выжить, прямоходящий примат должен был проявить фантастическую сообразительность. Ведь природа не наградила оружием, нужно его изобрести. На эту тему много спекуляций, но по одной из теорий, выходя в саванну, человеку ничего не оставалось, как защищаться бросанием камней. Может так случилось, что один из камней был острым, рассек шкуру хищника и у нашего предка щелкнуло “Ага! камень с острым краем работает как коготь или клык”. Отбирая острые камни можно было обратить внимание на то, что камни одного типа встречаются чаще. А умение их заточить вывело на совершенно новый уровень. Конечно, эти события проходили не за день и не за два. Кто знает, сколько экспериментов закончились плачевно и были преданы забвению. Но тем не менее, эта успешная стратегия вела по пути исследования материалов и их использования, тем самым развивая ум. Ведь нужно проводить большое количество исследований, чтоб узнать, какие материалы годятся а какие нет. Нужно помнить их свойства, их местонахождение. Так же следует развивать кисть, чтоб правильно держать заготовку, правильно и прицельно бить по ней, добиваясь нужной формы. Все это – новые и новые нейроны и синапсы. Ведь качество изготовления инструментов и оружия влияет на выживаемость группы по сравнения с конкурентами. Помимо приобретения навыков, нужно же их передать соплеменникам. Ведь если ускорить производство, объяснив сородичам, как правильно работать, это даст фантастическое подспорье как в охоте и борьбе с хищниками, так победить в стычках с соседями.
Если сравнивать с другими зверями, то у представителей рода Homo нет ни огромных клыков, ни когтей, ни рогов. Более того, палеонтология нам говорит, что клыки были редуцированы очень давно. Причем, необходимо отметить, что величина клыков напрямую коррелирует с структурой группы и половым поведением. У горилл клыки выполняют роль как устрашения, так и оружия в битве, тогда как эти животные травоядные с гаремной системой половых отношений. В их случае отбор благоприятствует самому агрессивному. Получается, что наши ранние предки нащупали радикально другой путь развития, который благоприятствовал лишь самым мирным и безжалостно отбраковывал забияк. Небезынтересным является и тот факт, что агрессивное поведение – это более древняя стратегия, по сравнению с альтруистическим сдерживанием себя от гнева. С точки зрения анатомии, центры, отвечающие за агрессию находятся в отделах постарше, тогда как тормозные механизмы располагаются в более молодых. В связи с такими особенностями жизни в группе у людей должен быть рост коры больших полушарий и, однажды, когда женщины в группе поняли или почувствовали, что гораздо удобнее когда рядом менее агрессивные и более заботливые отцы, наши предки попали в ловушку положительной обратной связи. Выбирая добрых и преданных, вероятность выживания росла, тем самым стимулируя отбор уже среди и так добрых и преданных.
Помимо торможения агрессии нужна и мотивация сдерживаться. Ведь, согласитесь, сложно остановить себя, когда хочется дать волю гневу, не понимая, для чего такие усилия. В краткосрочной перспективе абсолютно не ясно, почему не стоит разбить обидчику нос. Но с другой стороны, лишняя склока – вероятность травм и увечий. Да и если в группе нет согласия, то и выживаемость всего коллектива ставится под сомнение. Особенно если соседями являются более слаженные племена конкурентов, которые, к слову, постоянно пытаются вытеснить из ареала обитания. Поэтому необходимо тщательно взвешивать, какие последствия могут быть у каждой новой ссоры. А раз возникает спрос на предсказание будущего, то нужны и инструменты. И опять кора больших полушарий взваливает на себя эту ношу. Не полностью, много еще осталось на уровне инстинктов, но все же влияние невозможно переоценить. И чем дальше в будущее смотреть и предсказывать, тем больше нейро-ресурсов нужно задействовать. Так мы подбираемся к одному из важнейших определений, а именно:
Уровень развития нервной системы – это способность организма описывать реальность в пространстве и времени. И чем ближе субъективная реальность к объективной, тем выше эта величина. Это значит, что от качества описания реальности зависит принятие решений влияющих на жизнедеятельность, как отдельного организма, так и группы в целом.
Эволюционно это закреплено различными механизмами, в том числе при помощи эмоций. На одном полюсе – фрустрация, сильная негативная эмоция связанная с тем, что прогноз действий не совпал с ожидаемым результатом. Вполне логично, что следует наказать за безответственную трату драгоценных ресурсов. Ведь в условиях дефицита, эта прямая угроза выживанию, когда большое количество энергии и времени было потрачено зря. Оставить в живых отбору следует только тех, кто об этом сожалел, остальных – на свалку. И как результат, фрустрация не дает нам баловать. Пережив такие события несколько раз, мы начинаем более тщательно прогнозировать и планировать свою деятельность, дабы избежать негативного сценария в будущем. Помимо кнута, эволюция наградила нас и пряником. Приятные переживания настигают нас, когда наш прогноз оказался точным. В этом случае эволюция решила оставить тех из нас, которые с упоением радуются своим успехам в точном прогнозировании.
В развитии когнитивного потенциала немаловажную роль сыграло и то, что человек всеяден и не занимает определенную нишу. Это в свою очередь приводит к тому, что ребенок, родившись в условиях неопределенности вынужден научиться выживать. Врожденного пище-добывающего поведения то нет, как например у теленка, которому не нужно учиться добывать траву. И поскольку условия всегда разные, то нужен механизм, с одной стороны передачи огромного количества информации родителями, а с другой – способности ее усвоить. Часто взрослые завидуют пытливости и любопытству молодых, не отдавая отчет, что это эволюция распорядилась закрепить успех выживаемости Homo с помощью генетически детерминированного голода знаний.
Следует учесть, что тех информационных технологий, доступных нам сейчас, не было. Все, чем располагал наш предок, это собственный мозг да речевой аппарат в придачу. Ведь если нет возможности разгрузить память с помощью бумаги, то приходится все хранить внутри черепной коробки. Именно поэтому мы так тяготеет к стихам и музыке. Ведь гораздо проще запомнить информацию, которая имеет определенный ритм, чем хаотичный поток. Нейроны, которые отвечают за музыкальную гармонию, по всей видимости, появились у нас очень давно и выполняют функцию помощи в усвоении больших объемов информации.
Условия развития интеллекта
Для того, чтобы уметь думать, нужно тренироваться думать. Мышление, такой же навык, как и любой другой и его можно, и должно развивать. А для того чтоб это делать успешно, разберем на необходимые составляющие процесс тренировки, но перед тем, нужно вычленить цель, к которой будем двигаться. Так будет удобнее рассматривать алгоритм обучения.
Цель – обучить мозг выделять важные черты реальности, формировать причинно следственные связи между ними и создавать адекватный контекст, позволяющий принимать решения в сложных информационных условиях. Очень важным пунктом является приоритизация свойств реальности и их сортировка на особенно важные и второстепенные. Преследуя вышеназванное стремление нужно организовать быт детей таким образом чтоб выполнялись следующие требования:
1. Наличие адекватной информации. Те знания, которые предстоит потребить нам или нашим детям, необходимо приготовить. Информация должна быть структурирована и адаптирована в соответствии с возрастом, уровнем знаний и личными особенностями. То есть нужно приблизительно понимать, какой текущий уровень знаний у обучаемого. Какие нейро группы уже развиты. Точно так же, как мы не даем кусок жареного мяса трехмесячному малышу, так и человеку, не знакомому с основами математики, нет смысла объяснять линейную алгебру. В противном случае информация, из-за своей сложности будет представлять собой малопонятный шум. Данные не должны быть чем-то, вызывающим зевоту.
2. Относительно безопасное пространство. Если человек озабочен удовлетворением самых базовых потребностей, вроде безопасности или голода, вряд ли ему захочется музицировать.
3. Наличие потребности для получения знаний. Тут нужно отметить, что мотивация может быть различной. Идеальный случай, если удастся запустить поисковое поведение и зажечь энтузиазм. Об этом более подробно в одном из следующих разделов. А пока нужно просто иметь ввиду, что можно использовать и скуку, и любопытство, и даже стресс.
Физиология обучения
Без понимания физиологических процессов, происходящих при приобретении навыков и умений сложно корректировать стратегию обучения. Изменения нервной ткани, в зависимости от условий называется нейропластичность. Это достаточно широкое понятие и сюда входит и увеличение количества их отростков у нейронов, и формирование белковых молекул памяти. Но обо всем по порядку.
Если описывать процесс приобретения навыков и в тоже время максимально упрощая механизм взаимодействия нейронов со средой, то картина выглядит следующим образом. Во-первых, информация, которую нужно запомнить, должна не совпадать с предыдущим опытом. Это связано с тем, что в спокойном состоянии, когда информационные потоки коррелируют с уже сформировавшимся к ним отношением, большинство генов, отвечающих за обучение, находятся в спящем состоянии. Ситуация меняется, когда поступают новые и, главное, значимые данные. Из за рассогласования существующего опыта и новых неожиданных воздействий, возрастает уровень стресса. Как следствие, специальными клетками выделяются вещества – вне-синаптические медиаторы. На поверхности большого количества других нейронов находятся специальные молекулы рецепторы. Сигнальные молекулы, связываясь с рецепторами, расположенными на поверхности, передают сигнал о данном событии внутрь клетки. В самом нейроне, получившем стрессовый сигнал, происходит активация части днк, ответственной за процессы, которые отвечают за процесс научения. В частности, получив такой толчок, нейрон запускает программу ускоренного развития. Он начинает увеличивать количество отростков и связываться с другими нейронами формируя синапсы – базовые блоки нейросетей, и объединяясь в нейро-группы. Также внутри клетки формируются белковые макромолекулы молекулы, так называемые энграммы, предположительно отвечающие за запоминание и интерпретацию полученных сигналов, поступающих в данный нейрон. Ведь нейрон учится не только получать и отправлять сигналы, но и их интерпретировать. С этим помогают соседние нейроны, которые избирательно стимулируют различные отростки, в зависимости от кодирования тех или иных данных. Такая регуляция позволяет шлифовать внутреннюю молекулярную среду конкретной нервной клетки, позволив ей реагировать на определенную конфигурацию сигнала с заданным значением. Т.о образом нейрон или небольшая их группа (нейро группа) может научиться распознавать, например, конкретную увиденную букву. А группа, распознающая слово, будет соединена с группами, знающими составные буквы в отдельности.
Необходимо обратить пристальное внимание на то, что нейроны остро реагируют именно на новизну значимой информации. Если данные не новы, то реакция для их обработки более непосредственна, и соответственно количество веществ-триггеров для нейрогенеза гораздо меньше или вообще отсутствует. Этот факт необходимо учитывать, формируя учебную программу и занятия.
Следующей любопытной особенностью физиологии научения будет демонстрация удивительной положительной обратной связи. При обучении растет количество нервных клеток.!!! Вместе с тем растет число и тех из них, в чью специализацию входит производство меж синаптических нейромедиаторов, запускающих процесс, так и клеток с рецепторами. Таким образом, чем богаче нейро-субстрат, тем больше вероятность найти новизну в информационных потоках. Ведь, например нейроны, которые научились распознавать слова и собирать их в предложения, будут генерировать различные сигналы, в зависимости от содержания текста. А смысл текста может захватить ничуть не меньше, чем машинальное чтение. Таким образом, попав в струю развития, мозг поддерживает динамику самостоятельно. Ведь чем больше мы знаем, тем больше мы знаем что многого не знаем. Это в свою очередь стимулирует любопытство(и разумный стресс для нейронов), чтоб узнать еще больше. И в результате количество серого вещества увеличивается. Ведь знания должны же где-то храниться. Пространство в черепной коробке ограничено, поэтому поверхность больших полушарий собирается в складки, чтобы вместить все больше и больше нервных клеток и связей между ними. К сожалению не удалось найти работ, где бы рассмотрели корреляцию глубины и длины складок относительно уровня интеллекта.
Также необходимо упомянуть и этапы усвоения знаний. В норме новая информация сначала попадает в так называемую кратковременную память. Вначале происходит запуск “ранних генов”, тех, чья реакция на новизну возникает в момент поступления новой информации. Активация этих генов приводит к формированию белковых молекул, которые, спустя некоторое время (3-6 часов) запускают вторую фазу. На этом этапе происходит реконсолидация клеток и усвоение опыта на более глубоком уровне. Можно сказать, что информация перемещается из кратковременной в долговременную память.
Сон – важнейший элемент процесса. Данные научных исследований на этот счет абсолютно однозначны. Получив возбуждение во время обучения, те же нервные клетки получают повторный набор импульсов и приходят в возбужденное состояние уже во время быстрого сна. В этот момент происходит консолидация усвоенной в время бодрствования информации. Вероятно поэтому и существует студенческое поверие, что положив конспект либо книгу под подушку, шансы на успешную сдачу экзамена возрастают. Единственным необходимым условием, конечно, будет чтение материала перед сном.
Важное заключение, которое нам необходимо вывести, так это то, что если ребенок скучает, то шансы на успешное усвоение информации стремятся к нулю. Даже если будем заставлять корпеть на уроками дни и ночи напролет, знания будут уходить как вода в песок. Поэтому проявление изобретательности в подаче материала, это не приятное дополнение, а обязательное и неизбежное условие.
Направления развития
Речь – это то что в первую очередь отличает нас от зверей. Способность к речи, самый главный инструмент передачи информации от человека к человеку. И те, кто владеет навыком в совершенстве, имеет неоспоримые преимущества в подавляющем большинстве сфер. Для полноценного развития навыков ребенка желательно изучать несколько языков параллельно основному языку. Для совсем маленьких детей проще всего начинать с языков той же языковой группы. В таком случае будет гораздо легче находить аналогии и похожие слова или языковые конструкции. Когда память и сознание выйдут на допустимый уровень можно добавлять новые языки из других групп. Конечно, идеальным способом изучения является полное погружение в языковую среду. Если есть такая возможность, то обязательно нужно посетить страну и организовать общение с носителями на достаточный период для формирования устойчивого опыта.
Дефекты речи, не такое уж и редкое явление. Можно предположить,что львиную долю таких особенностей можно было бы предотвратить, прояви родители больше усердия. Ведь и мозг, и речевой аппарат ребенка очень пластичны и способны к очень серьезным трансформациям в ответ на нагрузку. Главное – не упустить момент. Есть огромное множество различных техник гимнастики, которые будут способствовать исправлению дефекта. А для тех, кто уже постарше, такие упражнения, как пересказ текста, заучивание стихов и песен дают более ощутимый результат, если сама информация сопряжена с значимыми текущими потребностями. Например подростки с огромным удовольствием заучивают тексты популярных исполнителей, в отличие от классических авторов. А память и речь тренируются ничуть не хуже.
Любопытной является связь речевых центров (центров Брока) и центров связанных с мелкой моторикой кисти, упомянутая в предыдущем разделе. Может так оказаться, что если ребенок не выговаривает определенные звуки правильно, заняв лепкой, бисером или другими похожими играми, пойдет прогресс. Очень хороший повод для эксперимента.
Еще одну удивительную особенность обнаружили первые женщины. Оказалось, что с какого-то момента сила мышц полового партнера перестала играть доминирующую роль в выживании. Речевые способности мужчин до такой степени впечатляли женскую половину наших предков и страсть к стихам настолько глубоко засела, что закрепилась чуть ли не на генном уровне. Конечно, это спекулятивное предположение, ведь до тех пор пока не указано на конкретную последовательность в ДНК, отвечающую за конкретный белок, – это всего-лишь теория, но зато красивая. Отрицать любовь дам к красивым словам не представляется возможным. Вероятно они полагали, что раз уж мужчина смог оперировать стихами, то вероятность высокого интеллекта растет и, следовательно, с умным будет проще. Не стоит забывать и о мотивации. Ведь писать стихи – это труд, на который нужно тратить когнитивные ресурсы. Значит мало того, что мужчина обладает способностями, так еще готов и тратить время и силы на завоевание сердца. Женщинам же нужны верные признаки уверенности в завтрашнем дне, и в том, что она с отпрыском не будет брошена на голодную смерть.
