Текст книги "Воспитание Нейросетей"

Автор книги: Вадим Осмоловский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 4 страниц)

Абстрактное мышление

Речь сама по себе, ни что иное, как механизм абстракции мышления. На ум приходит следующая аналогия. Представим на минуту, что информация в голове представляет собой длинный коридор с большим количеством комнат. В каждой комнате находятся вещи, представляющие контекст слова, написанного на двери. Например, в одной из комнат полки с предметами, тоже, кстати, под замками, где на одной – коньки, лыжи, клюшки, на другой – ласты, маски и трубки. Слово “спортинвентарь” откроет нам дверь в описанную выше комнату. Фраза “инвентарь для зимних видов спорта” подберет ключ к полке с клюшками и коньками. Интересным является здесь тот факт, что передавая ключ (произнося слово) у разных людей в их разных “комнатах” может оказаться разный набор предметов. Все зависит от их жизненного опыта и знаний. Именно поэтому люди часто спорят до хрипоты, обмениваясь “ключами от комнат”, в то время как одинаковые “ключи” открывают комнаты с совершенно разным содержимым. Также количество и наполняемость “комнат” зависит от знаний человека, а способности манипулировать информацией, это та скорость, с которой мы можем создавать новые комнаты, наполнять их вещами с полок других комнат в различном порядке. И чем выше уровень абстракции, тем длиннее список вещей, которые могут быть сгруппированы в одну логические структуры, так и список смысловых групп. Высшей же степенью абстракции, доступной человеку, без тени сомнений можно назвать математику. В таком случае на виртуальных “полках: находятся лишь силуэты объектов, которые имеют волшебную способность превращаться во все что угодно. Математический пример “2 + 2”, может быть представлен в нашем воображении как две пары яблок, или гаек, или чего бы там ни было. А вот формула “a + b = c” создает обширное поле для фантазий. Выходит, что одни и те же мысленные конструкции, могут быть применимы к реальной жизни в совершенно разнообразных ситуациях. При этом сохраняются основные аксиомы и взаимозависимости. Поэтому дисциплина, которая по праву считается царицей наук и феноменально развивает интеллект – это математика. Можно предположить, что успехи на этой ниве заключаются не только в предрасположенности. Точно так же как сердце сконструировано биться, а глаза видеть, так и мозг подготовлен отбором к вычислениям и расчетам. Правда, порой из-за не очень профессиональных преподавателей или ленивых родителей, детей убеждают, что это не их, и им не пригодится и так далее. А на самом деле, подай информацию с учетом индивидуальных особенностей, и из ребенка вырастет совершенно другой человек. Хотя, это касается не только математики, а вообще всех предметов и видов деятельности. Главное – хорошо подать, да так, чтоб нейроны развитием. Если брать наш конкретный случай, то ребенка нужно ставить в такие условия, где решение математических задач будет удовлетворять другие, более значимые потребности. Это может быть складывание цен в магазине, математические игры, загадки, головоломки или выполнение ежедневных рутинных математических задач по подсчету всего на свете. Ннейрон за нейроном, аксон за аксоном, будет строится нейросеть, способная к решению сначала простых, а потом и необычайных по красоте и сложности задач.

Математика учит многому. Во-первых, нужно подумать над подходом, и повертеть задачу, глядя на нее с разных сторон. А это и есть не что иное, как выделение важных признаков из хаоса реальности для понимания конкретной проблемы. Во-вторых, процесс решения заставляет формировать цепочку логических связей и выводить одно из другого. Нужно совершить большое количество последовательных действий, прежде чем удастся получить ответ. Как побочный эффект, формируется навык конструирования причинно-следственных связей. В-третьих, нужно держать в памяти всю цепочку действий и умозаключений. А часто таких цепочек или ветвлений может быть несколько. Это положительно сказывается на развитии и кратковременной, и долговременной типов памяти.

Без знаний математики невозможно изучать статистику, а именно статистика – основной предмет понимания работы нейросетей и интеллектуальной деятельности в целом. И если интеллект в общем, это способность выделять значимые характеристики реальности. Математика отвечает этим требованиям как нельзя лучше. Как правило задача представлена абстрактно и выделение необходимых ключевых зацепок для ее решения – основная способность, определяющая успех решения.

Музыка

Еще одно величайшее изобретение человечества. А может и эволюционный побочный продукт. Благодаря музыке передается огромное количество байт информации за единицу времени, и, самое важное, передаются эмоции. Кратко, эмоция – это общий, генетически опосредованный ответ организма на ситуативные стимулы. Рассуждать, что эмоции определены генами нам позволяет тот факт, что все мы чувствуем гнев, радость, злость и другие переживания. Ситуации, при которых мы получаем такие эмоциональные впечатления, плюс-минус одинаковые, но и реакции организма тоже как под копирку. Музыка позволяет погрузить человека в субъективное эмоциональное переживание без необходимости находиться в реальной ситуации. И только представьте, сколько нужно задействовать нервных клеток, чтоб поместить человека в виртуальную реальность, которая возникла в его воображении при прослушивании пения или игры на музыкальном инструменте. Если же брать во внимание не только пассивное потребление музыкального контента, а и активное его производство, то необходимость вовлечения умственных сил возрастает в разы. Если рассматривать пение, то необходимо развить навык, который будет одновременно позволять работать голосовыми связками и в тот же момент настраивать слуховой аппарат на восприятие своего голоса. Эта задача не из легких.

На данной картинке вы видите отделы улитки, каждый из которых отвечает за свою частоту принимаемой звуковой волны.

На каждом отрезке нервные клетки не только считывают информацию, но и могут произвольно натягивать или отпускать мембрану, чтоб изменять чувствительность к различным частотам. А сейчас представьте, что при пении эти клетки взаимодействуют с центрами, которые соединены с нейронами, управляющими тонкими движениями голосовых связок, мышц рта и диафрагмы. В этот оркестр входит огромное нервных количество клеток, задача которых научиться взаимодействовать между собой. Увеличение сложности нейросети при приобретении навыков пения обеспечено.

Игра на музыкальных инструментах – это еще один прекрасный способ культивации нейронов. Если при пении организм вынужден формировать связи по путям, хоть как-то опосредованным эволюцией, то инструменты дают совершенно новое направление развития. Мастерство игры связано с мелкой моторикой и взаимодействием большого количества скелетных мышц. Будь до скрипка, рояль или труба везде нужно наращивать потенциал нейросети, для того чтоб мелодия выходила гармоничной.

Неупомянутым аспектом, касающимся музыки, осталась память. Именно эта способность выходит на качественно новый уровень. Количество информации, которую нужно записать в долговременное хранение вне всяких сравненией. Если мы говорим о игре на музыкальных инструментах, то помимо нот, нужно помнить ритм, темп, тона и даже эмоциональные переживания. А умея запоминать одно, не составит особой сложности и удерживать в памяти и другие важные объекты и события. Хотя механизм памяти не до конца изучен, из известных нам данных ясно, что в нейронах формируются белковые молекулы кодирующие байты информации. И здесь необходимо обратить внимание на метаболический аспект. Тренируя память музыкой, мы учим организм концентрировать свою метаболическую активность на строительных материалах для белков памяти. Таким образом, при усиленном запоминании получен сигнал, что существует дефицит веществ для таких-то белков. Как результат, гены будут активировать те процессы, которые и формируют все необходимое для строительства молекул памяти, от прямой потребности в веществах, до приоритезации использования аминокислот и сооружения белковых молекул. В общем, это касается всех видов деятельности, но на примере музыки развитие можно показать наиболее ярко.

Подростковое пристрастие к музыке, еще один замечательный феномен, требующий дополнительного анализа. По всей видимости, взрослые охладевают к такому виду искусства.

Спорт

Никогда в истории своего развития Homo Sapiens не эволюционировал лежа или сидя. Во все времена, кроме, пожалуй, современности, перемещение в пространстве обеспечивало выживание и эволюционное преимущество. И мозг приспосабливался и вырабатывал адаптации именно для таких условий. Все делать на бегу, все делать в движении, принимать решение на ходу. Очень интересная работа о выделении эндоканнабиноидов у людей, бегущих на длинные дистанции. Оказывается помимо эндорфинов, которые работают как инструменты положительного подкрепления, эндоканнабиноиды работают над стимулированием сенсорного аппарата. И это не удивительно, ведь продолжительный бег – занятие изнуряющее. Нервная система будет перегружена импульсами о внутренней ситуации, как то: усталость мышц, боль в сухожилиях или тяжесть в желудке. Понятно, что если охотник начнет концентрировать внимание на внутренней среде, то не удастся удерживать его на цели. Для этого и выработалась адаптация, которая позволяет перегруппировать ресурсы внимания и усилить сосредоточенность на добыче, ограничивая мешающий информационный шум. И это лишь один из многих механизмов, который позволяет мозгу работать на всю катушку в моменты пиковых мышечных нагрузок. Есть еще и вышеупомянутые эндорфины, и формирование мышечной памяти (хотя память находится в нейронах), и адаптации к нагрузкам, и развитие сверх чувствительности при микродвижениях. В общем, всего не перечесть. Главная мысль, которую необходимо извлечь, это то, что без большого количества двигательной активности нечего и мечтать о оптимальном развитии нашего нервного субстрата и соответственно когнитивного потенциала.

Командные виды спорта еще одна чрезвычайно полезная практика. Во-первых, возрастает информационная нагрузка за единицу времени. Помимо всего прочего нужно держать в уме характеристики и партнеров, и соперников, их особенности. Во-вторых нужно следить за действиями команды противника, равно как своих коллег. В-третьих, динамичность ситуации подстегивает не только к анализу, но и передаче информации. Как результат, вырабатывается ряд исключительно полезных навыков. Нужно лаконично и четко формулировать мысль. Так же необходимо учиться понимать и предугадывать намерения противника по, на первый взгляд, незначительным признакам. А это все как раз те стрессоры, которые и стимулируют развитие нейросети.

Игра

Значение этого феномена, который отмечается у подавляющего большинства видов млекопитающих, трудно переоценить. Это искусственно создаваемая детьми(или другими детенышами) ситуация, в которой проигрываются всевозможные сценарии. В процессе игры нейроны как бы “сходят с ума” генерируя импульсы, стимулирующие и воображение, и двигательную активность. Фактически в голове создается полноценная виртуальная реальность, в которую ребенок и погружается. С одной стороны происходит создание потока информации, с другой – мозг эти данные потребляет, получая новые знания или закрепляя полученные.

Если рассматривать игру в разрезе темы обучения нейросетей, то в процессе происходит многократное повторение типичных ситуаций, которые в свою очередь предоставляют ценную информационную загрузку. Мозг в это время учится верно выделять значимые параметры из потока данных и учится принимать верные решения, связанные с широким кругом способностей. Из наблюдений можно сделать вывод, что мозг млекопитающих получил способность играть очень давно потому, что такой тип поведения встречается у огромного количества видов, эволюционные ветви общих предков которых разошлись много миллионов лет назад. Раз уж игровой процесс, это то, к чему мы предрасположены, то нужно уметь использовать этот механизм по максимуму. Ведь ребенок, играя, погружается в такое состояние, при котором информация усваивается оптимально с точки зрения объема в единицу времени. Все, что нам остается – это подобрать игры таким образом, чтоб они были насыщены полезной информацией и давали важные навыки. Природа окажется полностью на нашей стороне и разовьет интеллектуальные возможности детей до оптимальных уровней.

Выводы

Жизнь – это жестокая и конкурентная борьба. И для того чтоб победить, нужно обладать выдающимися умениями. А вот способности не приходят сами по себе. Упорный и ежедневный труд приближают вероятность, если не победы, то хотя бы не проигрыша. Преследуя положительный результат, нужно всегда помнить, что каждое, даже самое минимальное занятие играет свою роль в общем успехе.

При любой возможности нужно отдавать ребенка во всевозможные секции и кружки. В это тяжело поверить, но обычная лепка в пятилетнем возрасте может дать неповторимый эффект и быть ключевым фактором жизненного успеха.

Информационный шум в современном мире – одна из основных проблем. Обязательно следует уменьшить до необходимого минимума и прекратить бесполезную трату ресурсов внимания, огромное количество которого обязательно для полноценного и оптимального развития. Более того, уменьшение шума автоматически приведет к активации поискового поведения (об этом в следующей главе) и острого желания себя занять. Вот в этот момент нужно подкинуть полезное занятие.

Чем больше навыков освоено, тем легче освоить новый. Ведь, как правило, за похожие навыки отвечают одни и те же или соседние группы нейронов. И чем больше мы их вырастим, тем проще им самим распределить обязанности между собой.

В конечном счете все навыки и способности – это нейроны связанные между собой. Чем больше мы их вырастим, тем выше будут показатели интеллекта.

Вероятностное мышление

Философия идет не дальше вероятностей, и в каждом утверждении сохраняет в запасе сомнение.

Зигмунд Фрейд

Современный мир далек от однозначности. Что уж говорить про древних предков, которые, не подозревая об истинной природе вещей, были вынуждены строить догадки о причинно-следственных связях в наблюдаемой ими вселенной. Часто эти гипотезы были столь простодушны и далеки от реальности, что мы сейчас воспринимаем с улыбкой. И это неудивительно. Если учесть ограниченность возможностей мозга человека, его органов чувств, отсутствие помощи информационных технологий, то впечатляет то, чего человечество все же смогло добиться.

В жизни нас окружают люди, объекты, происходят события. Все это определенным образом обрабатывается нашим мозгом, где ключевой особенностью является ограниченность информации. В подавляющем большинстве случаев, для однозначного и полного описания предмета или факта, данных недостаточно. Как результат, мозг вынужден достраивать недостающие детали картины как опираясь на имеющиеся знания, так и используя воображение. К примеру, в повседневной жизни мы распределяем различные события будущего по вероятности их наступление. Скажем, допустимость наступления смерти у любого человека равна единице. Есть вариации в каком возрасте или по какой причине наступит это событие, но неизбежность очевидна. А вот очень редкие явления указывают на почти нулевую вероятность. Использовать слово “почти” можно, так как мизерный шанс остается всегда, но он настолько мал, что можно пренебречь. Попадание в голову метеорита при следующей прогулке невозможно рассматривать серьезно, но и исключать нельзя. В связи с тем, что информационные потоки очень разнообразны и неоднозначны, мозг вынужден был приспосабливаться к этим условиям, приобретая адаптации, помогающие на ходу принимать решения, часто опираясь на обрывки сведений. Поэтому то, что человек умеет делать хорошо, это приблизительно представлять реальность, опираясь только на очень важные параметры, игнорируя второстепенные. Можно даже сказать, что это навык напрямую определяет уровень интеллекта. Таким образом:

Вычисление вероятностей – основная функция мозга в процессе описания реальности.

Очень важно разобраться в вероятностном мышлении, так как эта тема красной нитью проходит через все мыслительные способности человека. Ссылки на теорию вероятностей будут вас сопровождать практически во всех последующих разделах. Если есть возможность, то следует найти и учебник.

Оборудование

Перед тем как приступать к рассмотрению эволюционных адаптаций, пожалуй, следует напомнить, какие основные инструменты получения и обработки информации есть у человека. Для того, чтоб получать информацию из окружающей среды природа наградила нас сенсорами. Анализаторы принимают различные сигналы, будь то электромагнитные волны света, или колебания воздуха и преобразуют их в электрические импульсы, которые бегут по нервным волокнам в мозг на обработку. В нервной ткани происходит начальная обработка сенсорной информации, которая получает первичную интерпретацию. В ряде случаев, если данные имеют значение и сопряжены непосредственно с выживанием, организм отвечает мгновенной реакцией. Например, рефлекс отдергивания руки от горячего предмета. Однако, так происходит далеко не всегда. Чаще данные складируются в памяти для дальнейшего использования. Проводя аналогию с компьютером мы можем сравнить следующим образом. Сенсоры – это устройства ввода информации, а оперативную память и жесткий диск(или ССД) представляет сенсорные ядра и кора больших полушарий. Все эти структуры, обрабатывая информационные потоки, создают впечатление о субъективной и весьма приблизительной картине реальности или возможности наступления тех или иных событий.

Необходимо отметить, что львиная доля распознования параметров внешней среды детерминирована генами, а значит получена нашими предками в результате борьбы за существование и полового отбора. У вида Homo зрение одно из лучших среди млекопитающих. Мало того, что мы можем различать достаточно широкую цветовую палитру и чувствительность клеток сетчатки может меняться так, что улавливает количество фотонов в темноте в сто тысяч раз меньшее чем при дневном свете, так еще глаза расположены так, что позволяют замечать минимальное изменение положения объекта в пространстве с очень большого расстояния. Тоже касается и групп нейронов, отвечающих, например, за распознавание лиц, и в особенности определения направления взгляда. Вполне вероятно, что белый цвет склеры глаза – необходимая адаптация, для того, чтоб соплеменники могли более точно определять и выражение взгляда, и его направление. Напротив, люди с травмированной частью мозга, ответственной за обработку лиц, испытывают трудности с узнаванием лиц своих близких(прозопагнозия). Т.е. при рождении в мозгу уже выделены нейроны, которые будут выполнять функцию узнавания других людей по лицу, а также распознавания мелких движений мимических мышц.

За вычетом генетически определенных способностей, есть и те, которые мы приобретаем с течением нашей жизни. Например, нелепо утверждать, что ребенок рожден с нейронами для езды на велосипеде. Просто в процессе обучения, методом проб и болезненных ошибок, часть нервных клеток преуспевает в координации движений, связи информации от центров равновесия и точной работы мышц. Такие навыки называются приобретенными. Конечно, четко разделить врожденное и приобретенное невозможно. Так, например научение математике в конечном итоге все равно упирается в наличие достаточного количества нервных клеток и их пластичности. Но и сами нейроны не в состоянии выдавать результат, если через них не была пропущена конкретная информация.

Эволюционные предпосылки

Чем больше информации поступает из среды, тем меньше шансов получить четкий, стопроцентный ответ на вопрос. Приходится додумывать, дополнять реальность предположениями и догадками. И, учитывая сверхсложные условия, при которых происходило становление человека как вида, вырабатывались адаптации, позволяющие оптимизировать процесс вычисления вероятностей. Переход к охоте, как основному занятию по добыче пропитания, безусловно стал важнейшим толчком для развития интеллекта в целом и способности к вероятностному мышлению в частности. Если в общем сравнивать хищников и травоядных, то перевес и в соотношении мозга и тела, и в мыслительных способностях будет на стороне хищников. Есть, конечно исключения, например слоны, но в среднем первенство за плотоядными. Ведь на охоте нужно выполнять большое количество предположений, опираясь на весьма скудные сведения. Глядя на след животного, нужно уметь предположить вид, пол, возраст, физическое состояние и много чего еще. Самих хищников тоже можно разделить на две большие категории: те, кто охотится индивидуально и те, чья добыча – результат слаженного взаимодействия группы. К примеру кот охотится самостоятельно безо всякой помощи. В противовес, волки охотятся стаей. Шансов на успех волка одиночки не велики. Человек попал во вторую группу хищников-коллективистов. Одним из обязательных условий выживания для человека стала способность собираться в устойчивые коллективы и уметь преследовать цель сообща. Или защищаться. И то и другое требует слаженности. Более того, устойчивость коллектива подразумевает какую-никакую субординацию, необходимость договариваться и уметь смотреть на мир глазами собеседника. А все это добавляет неопределенности в и без того туманную картину реальности. Как следствие, навыки которые помогут более адекватно описывать окружение и среду будут закрепляться.

Необходимо подчеркнуть очень важную деталь, которая повлияет на дальнейшее понимание. Представление о реальности, даже если оно ложное или неполное, но положительно влияет на выживание – будет закрепляться генетически. Таким образом субъективное мировосприятие, отличающееся от объективного на значительную величину, но сыгравшее свою положительную роль, останется в ряду генетических адаптаций. Совокупность нейронов, ждущих сигналы определенной конфигурации с заранее заготовленным ответом на их поступление. Имеет смысл привести ряд примеров. К слову, восприятие влюбленными своих избранных далеко от адекватного. С одной стороны идет идеализация объекта, и мозг полностью отрицает наличие негативных черт. Попытки указать на такие особенности со стороны будут встречены яростным сопротивлением. Наряду с романтизацией партнера возникает стойкое чувство тревоги за то, что объект обожания может быть соблазнен конкурентом. Мотивационная доминанта настолько сильна, что влюбленный лишается сна и аппетита, абсолютно не в состоянии отвлечься. Вполне вероятно, что те наши предки, у которых уровень тревоги и обожания был слабым, потерпели фиаско в конкурентной борьбе. В таком важном деле, как размножение, природа позаботилась о том, чтоб осечек не было. Поэтому сила переживаний и искажение восприятия достигают таких величин.

Замечательный пример – кошмары детского воображения в темноте. Приблизительно с двух-трех лет ребенок начинает осознавать себя и, что удивительно, начинает боятся темноты. Причем, даже не имея опыта переживания стрессовых пугающих ситуаций, ребенок будет отказываться идти в темную комнату, утверждая, что там что-то или кто-то есть. Логично предположить, что те дети, воображение которых активнее рисовало монстров в темноте оказались в выигрышной позиции, по сравнению с их менее впечатлительными ровесниками. Удивительным является и то обстоятельство, что когда дети взрослеют, то утрачивают этот животный страх темноты.

Следует обозначить некоторые полезные тезисы становления человека как вида:

● жизнь в группе до ста особей.

●разнообразные угрозы, как со стороны хищников, так и представителей конкурирующих групп.

● адаптации для предотвращения столкновения или борьбы с этими угрозами.

● адаптации для сосуществования с другими членами группы.

● сравнительно низкая частота стрессогенных событий.

Очевидным является то обстоятельство, что во время жизни в социуме очень часто возникает дихотомия принятия решений. Член группы постоянно стоит перед выбором, следовать ли удовлетворению своих эгоистических интересов, либо пожертвовать частным ради блага всей группы. Рассматривая организацию психофизиологии в свете эволюционного развития, можно отметить, что как обособленный индивид организм жил гораздо больший промежуток времени по сравнению с группой. И те механизмы, которые отвечают за эгоистическое удовлетворение потребностей возникли очень давно и имеют колоссальное влияние на испытываемые эмоции. Напротив, жизнь в группе – явление сравнительно новое, и, само собой разумеется, что с точки зрения субъективного восприятия интерес коллектива будет в корне отличатся от личного. И для того, чтоб конкурировать с старыми и надежными жадностью, ленью, агрессией, должны были выработаться адекватные по силе антагонисты: альтруизм, добродушие и самоконтроль. Такая борьба мотиваций разворачивается на фоне, пожалуй, наиболее неоднозначного и сложного для понимания феномена – поведения соплеменников. И запутанности добавляет необходимость просчитать скрытую мотивацию членов собственной группы. Нужно держать в голове психотип каждого, научиться понимать, какое решение будет ими принято при различных, часто критических, обстоятельствах. Не подведут ли, не предадут ли и не оставят ли в беде, и еще миллион вопросов, ответы на которые нужно получать в реальном времени. Такая нагрузка требует от мозга достаточно высокую производительность. С ростом размера группы, растут и требования. Примечателен тот факт, что размер мозга у приматов прямо коррелирует с размером их сообществ.