Мир одного атеиста. Г2. Обучение и психика

  ЧИТАЛ:
• «Общая психология» (МГУ им. Ломоносова).
• «Конструктивная теория невроза» К. Хорни.
• «Люди, которые играют в игры, игры…» Э. Берн.
• «В поисках памяти» Эрик Кандель.


Психика – орган целеполагания.


Возможность обучения определяется структурой системы. Обучающиеся системы очень различны между собой. Эксперименты с одноклеточными организмами показали, что они вполне способны обучаться. Если подсвечивать часть водоема, в котором происходит подкармливание, то у организмов вырабатывается программа плыть на свет. Сеть из четырех искусственных нейронов научилась на двумерном поле двигаться в сторону «Еды». Делая простое обобщение, можно предположить, значимость «еды» в обучении. После получения «еды» связи программы, которая сопровождала по средствам рецепторов процесс, закрепляются в виде внутренних связей или памяти.

В роли «еды» может выступать не только источник жизнедеятельности системы, но и любая потребность системы. Она уже должна быть зафиксирована в структуре системы. Потребность является устойчивой связью, срабатывание которой в сильной мере изменяет состояние системы, разгружает ее, например, через механизм центра удовольствия  распределенной системы подкрепления.

Человек при рождении уже является сверхсложной системой со множеством внутренних связей, рецепторами и манипуляторами. Наличие нейронной сети (НС), которая содержит в себе вшитые связи (врожденные инстинкты) и может устанавливать новые устойчивые связи и корректировать старые, позволяет сразу перейти к обучению.

Особенности НС как обучающейся системы принятия решений.

Нейрон – базовый логический элемент. Через отростки-дендриты принимает «+» или «-» сигналы-импульсы от активированных клеток (рецепторов, манипуляторов, других нейронов), суммирует их, сверяет результат с текущим порогом активации и при его преодолении активируется - передает импульс другим клеткам через один отросток-аксон. Связи клеток, синапсы, участвовавшие в процессе, который привел к срабатыванию центра удовольствия, усиливаются пропорционально их участию. Т. к. подавляющее большинство связей нейронов в мозге являются обратными, то для предотвращения зацикливания, для разгрузки мозга и для принципиальной возможности движения мысли, вся система постоянно затормаживается. Т.е. после активации нейрона его порог активации временно повышается. Для отслеживания важных процессов подключается внимание, которое частично преодолевает их естественное торможение.

Рассмотрим на примере освоения зрения младенцем процесс самообучения сети в контакте с окружающим миром.

Дано:
• Нейронная сеть, которая периодически беспокоится голодом.
• Рецепторы - два глаза, которые переводят световые сигналы в нейронные импульсы.
• Манипуляторы - мышцы глазных яблок и линзы. При поступлении сигнала из НС срабатывают и по обратной связи возвращают в сеть импульсы-отчеты.

Исходное состояние:
• Нет представления об объекте, отсутствуют программы распознавания, управления и контроля.
• Информация, которая поступает от глаз, не структурирована; сигналы, приходящие от рецепторов, запускают целую волну вторичных сигналов.
• На манипуляторы приходят хаотичные сигналы, взгляд не сфокусирован.

Каждая стадия освоения зрения приводит к существенному уменьшению энтропии (хаотичности) системы, что напрямую связано с энергозатратами систем жизнеобеспечения, особенно на обработку информации сетью. Т.е. моя гипотеза в том, что «обучение» - это процесс минимизации затрат мозга на выполнение действия-ответа на ситуацию.

Стадии:
• Обилие входных сигналов от рецепторов (колбочки сетчатки, глазные мышцы, внутреннее ухо и пр.), которые не структурируются сетью, перегружают ее – все процессы активно тормозятся.
• Выбор одного глаза активным и торможение / снижение веса  информации с другого.
• Введение поправок на изменение положения своего тела, в том числе и рецепторов, позволяет перейти к «анализу» не точек, а световых пятен.
• Связывание образа матери и светового пятна в поле зрения, является одной из первых работ по разбиению восприятия на отслеживаемый объект и подавленный фон.
• Подключение второго глаза дает возможность оценивать расстояние до объектов, в частности до мамы, и регулировать связанные с ней процессы.

Распараллеленная система, построенная на таком базовом элементе как нейрон, предполагает количественное, а не логическое (дедуктивное, пошаговое) обоснование (расчет) истинности того или иного утверждения. Реклама, пропаганда, стадное чувство работают благодаря этому свойству.

Несмотря на то, что синапсы могут разрываться и сами нейроны могут умирать, это не основной способ отказа от ненужной или неправильной связи. Основной способ «забыть» – выстроить необходимое количество отрицательных связей аналогичных данной, чтобы скомпенсировать ее действие.

Человеку сложно сразу отказаться от сладкого, несмотря на то, что это «правильно». Количество связей в поддержку «сладкого» образа жизни существенно больше, а их интенсивность от «голода» только нарастает. «Правильная» связь рождается в единичном числе как продукт действия других связей. «Мама сказала, мама – это хорошо». Через внимание, преодолевающее естественное торможение и сумму «сладких» связей, «правильная» связь поддерживается, закрепляется, ее интенсивность возрастает, параллельно ей образуются дублирующие связи.

Еще одна особенность нейронной сети – ее ритмичность. Как и у обычного диода, у нейрона есть время, когда он не может работать после активации. Оно обусловлено механикой работы этих элементов и внешними факторами: например, временем с последнего срабатывания (торможение) и механизмами внимания (фокусировка). Упрощая, можно сказать, что НС как и компьютер пульсирует: каждый такт все задействованные в такте нейроны перестраиваются и сохраняют свое состояние до начала следующего такта. Таким образом непрерывность сознания аналогична плавности покадрового фильма. 6–10 раз в секунду человек подменяется на нового человека. Будда знал.

Мы, как и многие животные, являемся высокоорганизованными обучающимися системами. Но животные обычно могут лишь слегка оттачивать, донастраивать врожденные инстинкты и только в редких случаях могут обучиться чему-то новому. Для этого им обычно требуется внешнее жесткое руководство с прямым положительным (еда) или отрицательным (боль) подкреплением.

У человека этот процесс отличается слабостью инстинктивного поведения. Из-за этого мы, с одной стороны, в начале жизни уступаем животным по приспособленности, но взамен наша обучаемость не так сильно завязана на инстинктах, и мы в качестве закрепления можем использовать, не только вложенные потребности, но и приобретенные.

Пока ребенок не отрезан от пуповины, у него нет вообще активных потребностей. Все, что нужно он получает через мать. Процессы обучения[4] не могут начаться, т.к. нет ни раздражающих факторов, ни закрепления связей. В момент рождения происходит импринтинг, схватывание ребенком образа «Матери». Процессы, которые ассоциируются с ней, приобретают первостепенное значение, другие же процессы тормозятся. Кормление только усиливает эту связь. Таким образом, сразу фиксируется центр обучения.

Процессы обучения в младенчестве запускаются связью ребенка с матерью и кормлением. Насыщение фиксирует, усиливает те связи, которые были активны непосредственно перед ним. Запах, голос, прикосновение и зрительный образ матери приводятся в связь с кормлением и связываются между собой в единый образ. Нарастание интенсивности сигналов говорит о скором кормлении, что позволяет запустить процесс подготовки к кормлению заранее, что приводит к ускорению насыщения. Некоторые активные действия, например, крик, позволяют запустить процесс кормления. Процесс настолько полно отображается в психике, что может быть оторван от раздражителя – голода. Точнее, его запуск может сдерживаться, откладываться некоторое время до появления образа матери. Зрение особенно хорошо помогает в этом процессе.

Кроме голода есть еще одна сильнейшая потребность – потребность в тактильных ощущениях, поглаживаниях. Вопрос о том, является ли она врожденной, или усваивается во время кормления-насыщения, не меняет ее важности. Именно через нее устанавливается качественно новая обратная связь между ребенком и родителем. Ребенок в своем хаотичном поведении начинает закреплять те программы, которые одобряются другими людьми.

Поглаживание (и как его обобщение – одобрение) имеет то преимущество перед насыщением, что оно оторвано от функции жизнедеятельности. Процесс обучения на основе поглаживания может происходить в различных состояниях ребенка: от полного насыщения до смертельно опасной ситуации. Поглаживание носит информационный характер: кроме нервной системы, состояние человек слабо изменяется при срабатывании такой связи. Это позволяет продлить процесс обучения на значительное время.

Еще один источник обучения – это игра. Возможно, она реализуется через сублимированное поглаживание, а, может быть, потребность в отображении процессов и получении наименьшей ошибки у нас является врожденной.
Совокупность этих процессов – база психики, являющейся органом целеполагания и выбора способов реализации, развившимся в процессе эволюции. Психика в целом не просто «проявляется и формируется» в деятельности как отдельная реальность – она «встроена» в деятельность и неразрывна с ней. Психика рассматривается как реальность, которая не дана субъекту непосредственно для ее самонаблюдения (практически полное заимствование из теории деятельности, кроме того, что сознание обобщено до психики).
 
Главная трудность в изучении психики в том, что у нас нет инструмента, чтобы наблюдать ментальные конструкты: сопоставлять их между собой и с их различными физическими (физиологическими) проявлениями. Астрономия без телескопа: прекрасное звездное небо без представлений о структуре солнечной системы, звезд и галактик, о связи удаленности объектов и ограниченности скорости света и даже о сферичности Земли.

Кроме этого, существуют внутренние свойства психики, препятствующие ее непосредственному, дифференциальному анализу:
• Области работы когнитивных функций (интеллект, память, внимание, гнозис, праксис, речь и пр.) очень сильно перекрываются и проникают друг в друга. Само их разделение условно.
• Психика и ее части - когнитивные функции ситуативны, включены в деятельность, жизнь человека. Психика принимает состояние, соответствующее ситуации, при этом смена состояния никак не регистрируется. Ее дистанционное (удаленное от ситуации во времени и в пространстве) изучение сталкивается, таким образом с проблемой подмены объекта исследования.

Интегральный (деятельностный) подход предполагает изучение человека в конкретной ситуации. Динамическая модель в психике сопровождает ситуацию в реальном времени. Органы чувств посылают «снизу вверх» сигналы в НС, навстречу модель спускает правила структурирования информации. После отбора данные с рецепторов (восприятие) сопоставляются с данными памяти, предактивированными моделью. Результатом являются ощущения, которые связываются моделью в обновляемые образы. Ситуация и ее модель не тождественны и могут очень сильно отличаться. Для уменьшения ошибки модель постоянно верифицируется и корректируется по разнице между итерационными шагами восприятие-ощущение-образ.

Алгоритм принятия решения примерно следующий:
1) Человек находится в ситуации, которую воспринимает органами чувств и сопровождает одной или несколькими программами (паттернами).
Идем по дороге – программа «идти по дороге» (1) и программа «напевать»
2) Одна из активных или пассивных программ просигнализировала о проблеме или о существенном изменении ситуации.
Подошли к месту назначения или к перекрестку; какой-то непонятный предмет лежит на дороге
3) Программы с низким приоритетом останавливаются. Происходит сопоставление изменившейся ситуации с необходимыми программами и паттернами, в результате получаем порядок допустимого времени решения [5].
«Напевать» останавливается. Допустимое время: секунда, час, день.
4) Запускаются необходимые внутренние программы и паттерны. В результате получаем мотивы, способы реализации, и затраты, которые оцениваются совокупно.
Мы пришли – конец(1); мы подошли к перекрестку – (1) запускает программу «переход через перекресток» (2); мы увидели бумажник – (1) запускает программу «на дороге предмет» (3).
5) При наличии достаточного времени и мотива, человек может осуществить «медленный» внешний запрос.
(2) мы не знаем правил движения; особо не торопимся ; неловкость преодолена ; «Как перейти улицу?»; (3) Можно ли взять этот предмет себе; Нет, сначала нужно попробовать найти хозяина ; «Это не ваш бумажник?»
6) По результатам анализа принимается решение, выбирается конкретная программа его реализации, результаты поступка и реакция внешних и внутренних паттернов являются новыми исходными данными для следующей ситуации.
(2) нас не сбила машина; продолжаем идти; (3) ; взять бумажник и бежать ; получили деньги ; вина…


ЧИТАТЬ:
• Медицина, нейрофизиология, достижения компьютерной томографии
• Искусственные нейронные сети


[4] - Обучение здесь понимается как формирование новых программ поведения благодаря обратной связи от собственных действий
[5] Вообще мозг – распараллеленный вычислитель. Процессы разных паттернов протекают и заканчивают свою работу в силу естественного торможения нейронов независимо по времени. В итоговом решателе накапливаются, натекают решения от разных паттернов и, если ситуация требует, то за итоговое решение принимается текущее состояние решателя. В такой схеме оценка допустимого времени не обязательна.