Протопопов Анатолий Ильич

Мозг экономичный

Анатолий Протопопов

Мозг экономичный

(мозг как обработчик информации)

В процессе эволюции человечество сделало

огромный шаг вперёд - от дикости к варварству.

Ю. Базылев

Дисклеймер: Данная статья не претендует на научную строгость.

Выражаю признательность Ирине Вершининой, Евгению Дуднику, а также пожелавшему остаться неизвестным

"достаточно квалифицированному математику", за ряд очень полезных замечаний и наводок к вариантам статьи.

Подобен ли мозг компьютеру?

В главном - безусловно, да. Ведь мозг, как и компьютер, есть средство обработки информации. И, соответственно - инструмент для принятия решений по результатам этой обработки. Полезно, однако, уяснить, к какому типу компьютеров он ближе всего, и в каких аспектах. Почему это полезно? Ведь мы здесь не собираемся детально рассматривать устройство мозга, и выискивать в нём структуры, имеющие какие-то технические аналоги в мире компьютеров. Например, многим читателям покажется странным, что в статье почти не будет упоминаться такое понятие как "нейронные сети", однако на нашем уровне рассмотрения это оправданно. Вопрос технических аналогов тяжёл для специалистов и покрепче, да и, по большому счёту, не слишком интересен. Наша цель здесь - рассмотреть некоторые закономерности обработки информации, общие для всех "устройств" такого рода, а не технические детали.

Так почему же? А потому, что эти закономерности несколько различно проявляют себя в "обработчиках" различного типа; и пожалуй, в рамках того типа, к которому относится мозг, эти закономерности проявляются особенно ярко. Поэтому обзорный экскурс в устройство тех и других произвести всё-таки придётся.

Все рукотворные компьютеры можно отнести к двум большим царствам - цифровому и аналоговому. Вернее - большим является только царство цифровых компьютеров; это даже не царство, а целая вселенная - под "компьютером" подавляющее большинство людей понимают именно цифровой компьютер. Аналоговое же царство к настоящему времени съёжилось в махонькое провинциальное княжество, даже не всякому специалисту хорошо известное. Для полноты картины можно упомянуть и всякие экзотические типы - стохастические, голографические, и т.п., но, опять же, технические подробности - не наша цель.

В чём главное отличие этих типов? Рукотворный цифровой компьютер состоит из, в общем и среднем, таких же полупроводниковых элементов, что и электронный аналоговый - разве что работают они обычно в несколько других режимах. Тем не менее, они фундаментально различаются в главном - самом подходе к решению задач; и это отражается на общем плане их построения.

Цифровой компьютер оперирует абстрактными сущностями - числами. В привычных нам цифровых компьютерах числа задаются в одной из позиционных систем счисления; технически наиболее удобна двоичная. Узлы такого компьютера, хранящие или преобразующие эти числа, состоят из некоторого количества так называемых "разрядов" - однотипных структур, каждая из которых, хранит или обрабатывает, одну из "цифр" числа - обычно это ноль или единица. Эту структуру можно наглядно представить себе в виде разграфлённого бланка, где отдельные цифры числа могут быть записаны только в графах, но никак не между, и не за пределами их. Количество этих разрядов (граф), наряду с другими особенностями, характеризует вычислительную мощь цифровой системы - в цифровых системах обычно бывает не менее четырёх двоичных разрядов, иначе обработка информации оказывается слишком грубой. В свете нашей темы на это обстоятельство следует обратить внимание, ибо оно показывает наличие минимального порога сложности цифровой системы: оперировать только одноразрядными двоичными числами, могущими принимать только два значения ("да-нет", "чёрное-белое") смысла не слишком много. Впрочем, "чёрно-белое" мышление некоторых людей наводит на определённые параллели... Разумеется, этим сложность цифровой системы далеко не ограничивается, а пожалуй, только начинается.

Цифровые компьютеры были разработаны для решения абстрактных задач, изначально заданных в численной форме. Если же мы хотим приспособить цифровой компьютер к решению задач реагирования на события реального мира, мы должны сначала представить для него этот мир в численном виде, а уж затем что-то с этими числами делать - складывать, вычитать, интегрировать, производить прочие манипуляции, причём строго согласные с математическими законами преобразования чисел. Чисел, обратите внимание! Ну и далее преобразовывать результат этой обработки (некое итоговое число) в степень активности исполнительных узлов, такой, как например, скорость вращения электродвигателя, приводящего в действие наше устройство.

В аналологовой системе никаких чисел нет. И соответственно - нет никаких "разрядов". Есть натуральные величины - в виде силы электрического тока, давления газа или жидкости, концентрации тех или иных веществ, как-то пропорциональные чему-то в окружающем мире. "Серьёзные" аналоговые компьютеры - это довольно сложные устройства, содержащие узлы, позволяющие сравнивать, складывать, интегрировать, и производить прочие преобразования электрических токов, давлений жидкостей, и других величин, отражающих состояние реального мира. Важно, что преобразуются сами величины, а не числа, их описывающие.

Но аналоговая система обработки информации может быть и крайне простой - например, такой системой можно полагать устройство, поддерживающее постоянный уровень воды в сливном бачке унитаза (да простит меня уважаемый читатель за, возможно, не слишком импозантный образ). Информация об уровне воды, посредством датчика (поплавка) чисто механически передаётся в исполнительный клапан, являющийся одновременно устройством, задающим порог срабатывания.

Привычный же нам фон Неймановский цифровой компьютер просто обязан иметь в своём составе некий минимальный, причём, достаточно обширный, набор узлов, строго определённым образом соединённых между собой, - даже если эта задача крайне проста. Но это ещё не всё.

Практически все компьютеры, с которыми приходится сталкиваться нашему уважаемому читателю (да и не менее уважаемому автору) обладают архитектурой, предложенной Джоном фон Нейманом с соавторами в 1946 году. Такой компьютер обязательно содержит в своём составе 1) арифметическое устройство, осуществляющее различные манипуляции с числами, 2) устройство управления, обычно объединённое с арифметическим под общим названием "процессор", и управляющее ходом преобразований и 3) память для хранения чисел, над которыми производятся действия, а также для хранения программ; причём память состоит из однородных ячеек. Также, практически всегда в состав такого компьютера входят устройства, осуществляющие взаимодействие с окружающим данный компьютер миром (устройства ввода-вывода), но эти устройства не являются неотъемлемой частью архитектуры фон Неймана. Программа (описание того, как эту задачу надлежит решать; программой можно назвать, например, кулинарный рецепт) для такого компьютера должна быть составлена заранее, представлена в виде последовательности простых, и чётко-однозначных команд, и в форме условных чисел записана в его память. Сложность решаемой фон Неймановским компьютером задачи ограничена лишь объёмом его памяти, и квалификацией составителя программы её решения, но, вообще говоря, не сложностью устройства данного конкретного компьютера.

Допустим, нам нужно построить на основе вышеописанного цифрового компьютера систему, обладающую фототаксисом (стремлением к свету). Мы бы включили в эту систему датчики освещённости (два или больше, разделённые чем-то светопоглощающим), преобразователь сигнала, поступающего с датчиков, в цифровую форму, память, где бы хранилось числа, отражающие значения освещённости в каких-то единицах, и прочие числа, имеющие отношение к нашей задаче. Также в памяти (не обязательно - той же самой) хранилась бы программа - набор особых чисел - условных кодов пошаговых инструкций, побуждающий нашу систему функционировать именно так, как требует наша задача, и никак не иначе.

Уровень сигнала об освещённости преобразовывался бы в числа, и помещался бы в память. Далее, цифровая система, повинуясь заложенным в её память кодам (реализующим нужный нам алгоритм работы), помещала бы эти два (или больше) числа в регистры процессора, процессор бы производил достаточно замысловатую процедуру вычитания этих чисел, формировал бы число со знаком - их разность, и далее эта разность, через обратный преобразователь поступала бы в исполнительный узел, обеспечивающий должное положение "руля", и должную активность "двигателя". В качестве последних можно представить себе, если это механическое устройство - буквально руль и электродвигатель с гребным винтом, или, например, жгутики одноклеточного организма, ориентированные в определённом направлении, и вращающиеся с определённой скоростью, если это живой организм. В итоге, подвергнутым таким воздействиям движитель переместит наш организм (живой или механический) на более освещённое место.

В аналоговом компьютере всё иначе. Логика его работы была бы задана схемой межсоединений его составных частей, а не кодам программы в его памяти. В рассматриваемом случае эта схема была бы упрощена до предела, не сильно отличающегося от примера со сливным бачком унитаза - простой (из одной-двух "деталек") аналоговый компаратор сравнивал бы сигналы непосредственно с датчиков (в каких-то, пропорциональных освещённости натуральных величинах), и выдавал бы результат сразу на исполнительные модули.

Аналогичная цифровая система была бы намного сложнее, потребляла бы больше энергии, срабатывала бы медленнее аналоговой. Важно также, что логика работы цифровой системы должна быть так или иначе заложена в неё каким-то достаточно разумным существом - не менее разумным, чем сама создаваемая система. Способности системы к самообучению принципиально дела не меняют - логику самообучения всё равно должен в неё закладывать кто-то разумный.

"Компьютеры", встроенные в живые организмы, их нервные системы, гораздо более схожи именно с аналоговыми компьютерами (в чём-то подобными вышеописанному регулятору), хотя некоторое сходство с цифровыми у них имеет место быть.

В живой нервной системе отдельно взятый нейрон тоже немного похож на цифовой переключатель, правда, его состояние лучше сравнивать не с двоичной, а с троичной цифрой. Он может находиться только в одном из трёх дискретных состояний: возбуждён-заторможен-пассивен, но на этом всё сходство, пожалуй, и заканчивается. В остальном он более похож на многовходовый интегрирующий усилитель аналогового компьютера: поступающие по дендритам входящие сигналы суммируются (каждый со своим знаком и весом, которые, кстати, могут изменяться "по ходу пьесы") и интегрируются по времени. Если результат этого интегрирования достаточен для возбуждения нейрона, он выдаёт импульс возбуждения на свою выходную линию - аксон. Импульсы возбуждения могут следовать по аксону с разной частотой и фазой, кодируя тем какие-то плавно меняющиеся величины. Дискретный характер межнейронного взаимодействия не превращает мозг в цифровую систему: числами он не оперирует. Интересно, что контакт между нейронами - синаптическая щель - тоже участвует в обработке информации, пропуская или не пропуская через себя импульсы возбуждения. В мире рукотворных компьютеров такое своенравное поведение контактов обычно считается недопустимым, и рассматривается как неисправность, здесь же - это норма, и фактическое участие в обработке информации... Впрочем, говорить про отдельные нейроны мы здесь практически не будем, ибо это частности.

Цифровые компьютеры начинали свой путь как помощники человека в решении им высокоинтеллектуальных задач - научных и военных расчётов. Однако их принцип действия придал им необычайную универсальность: чтобы изменить алгоритм работы этой системы, или даже нацелить её на другие задачи, потребовалось бы, вообще говоря, всего лишь заложить в её память другой набор управляющих кодов. В аналоговую систему пришлось бы добавлять новые блоки, или, как минимум, по другому соединить уже существующие, если их достаточно много. Впрочем, в очень сложных аналоговых системах эта перекоммутация может осуществляться динамически, что способно несколько сблизить её с цифровой, но это, опять же - только для сложных систем, и не более, чем сблизить. Такая принципиальная универсальность цифровых компьютеров позволила им в дальнейшем захватить едва ли не все возможные сферы примерения, практически вытеснив аналоговые устройства из промышленности и быта. Даже некогда казавшаяся незыблемой вотчина специализированных аналоговых компьютеров - гидромеханические автоматические трансмиссии автомобилей, ныне настойчиво вытесняется устройствами под управлением цифровых контроллеров.

Но для нервных систем живых существ такая, почти безграничная гибкость и универсальность недостижима. Перед живыми существами на арене эволюции никогда не стояли задачи научно-математических расчётов, но всегда стояли задачи сугубо прикладного и конкретного характера - того же фототаксиса. И всегда очень остро стоял вопрос экономичности строения и потребления ресурсов, что для цифровых компьютеров очень долго было неактуально. Но главным ограничителем в построении системы управления живым организмом была неразумность "творца" - эволюции. Этот "творец" не умеет предвидеть, строить планы и схемы; он может только слегка модифицировать то, что уже существует и работает. Особенно проблематично в этом смысле самое начало построения. Но аналоговый вариант нашей системы был бы настолько прост, что его самопроизвольное возникновение посредством отбора из незначительных модификаций (мутаций) изначальных простейших сущностей не выглядит невозможным - в отличие от цифрового. Логарифмическая линейка - один из простейших вариантов аналогового компьютера, вполне может - в грубом и неказистом, разумеется, варианте - возникнуть в результате хаотичного перемешивания дощечек, веточек, и щепочек, если этим заниматься достаточно долго.

Минимальный уровень сложности работоспособного цифрового компьютера гораздо выше, и практически исключает шансы на самопроизвольное спонтанное рождение из чего-то более простого. Конечно, такой примитивный вариант цифрового компьютера, как счёты, тоже может возникнуть в результате хаотичного перемешивания камешков, но такой "компьютер" не может быть использован с утилитарными целями без достаточно разумного "устройства ввода-вывода и управления" - чего-то или кого-то, что бы преобразовывало исходные сущности в расположение камешков (в числа), а также, строго в соответствии с математическими законами преобразования чисел, передвигало бы их для получения результата. И было бы способно утилитарно интерпретировать этот результат! Представим себе цифровой регулятор уровня воды в бачке унитаза: надо этот уровень выразить в числе (комбинации камешков) проделать математически корректное преобразование этих чисел (поразрядное вычитание этого числа из другого числа (порогового значения)), и в зависимости от знака результата, открывать или закрывать клапан. Ползунки же логарифмической линейки вполне могли бы быть органически сросшимися непосредственно с двигательными или чувствительными частями тела организма, возможно - полностью лишённого разума.

Какое это имеет значение для нашей задачи?

Дело в том, что эти два типа "вычислителей" существенно отличаются по способу их возникновения, развития и совершенствования. И соответственно - спецификой подхода к решению задач, вытекающей из логики развития - а не только из специфики типа.

Эволюция, будучи совершенно неразумным процессом, может достигать своих блистательных высот исключительно мелкими шажками. Построить что-то сложное на "с нуля" - в отличие от человека - она не может; она может лишь шаг за шагом производить над своими "подопытными" какие-то простые преобразования. Например, чуть изменить форму ушей, или...удвоить (утроить, и т.д.) число каких-то органов! Например - члеников тела, и связанных с ними конечностей. При всей, казалось бы, радикальности этого шага, он прост по своей сути. Создание органа-то уже отработано! Надо только повторить этот процесс ещё раз - или два, три, четыре, или сколько получится. Всё вышесказанное справедливо и в отношении количества "извилин" в мозгу. А затем, после этого простого шага, сурово протестировать: получше стало, или похуже? И если эта, образно говоря, "извилина" оказывается полезной, то носитель этого варианта оставит больше потомков, тем самым генетическая информация о ней (извилине!) закрепится в генофонде, и у живых существ данного вида станет одной извилиной больше; они станет "умнее". Если нет - то, скорее всего, этот вариант исчезнет.

Впрочем, если станет немного хуже - это не обязательно приговор. Если резерв жизнестойкости не исчерпан, а обстоятельства случайно благоприятствуют, то это небольшое ухудшение может стать нормой вида, и послужить основой для последующих шажков, которые могут, опять же случайно - оказываться более удачным, чем изначальный устоявшийся, относительно удачный вариант. За счёт такого дрейфа, эволюция может "выпрыгивать" из "тёплых постелек" локальных оптимумов строения - в оптимумы более глобальные.

Важно, что сама по себе потребность в повышенном разуме привести к поумнению вида не может! Эволюция может только отбирать особей, случайно оказавшихся более умными (если имеется давление отбора в пользу большего ума); но если в "исходном материале" никаких "вариаций на тему ума" не имеется, то любая "потребность" будет бессильна.

Для нашей темы это важно постольку, поскольку современная структура мозга точно так же складывалась поэтапно - постепенным наслоением друг на друга простейших структур. Фон Неймановский же цифровой компьютер не может быть слишком простым - чтобы он был работоспособен, он должен быть достаточно сложен сразу.

Какие преобразования должна претерпеть наша простая аналоговая система, чтобы ответить на потребность в переработке большего объёма информации - хорошей и разной? Что, если нашему существу уже недостаточно информации об освещённости, и пришла пора расширить набор источников сведений об окружающем мире? Примем, что информация об освещённости, и стремление к свету сохраняют своё значение, и пока не нуждаются в усовершенствованиях.

Очевидно, что нужно добавлять новые, так или иначе специализированные блоки. Допустим, наш организм нужно дополнить функцией реагирования на вибрации. Тогда нужны датчики вибрации, какой-то узел их простейшей обработки (например, компаратор-определитель опасного уровня, возможно - совмещённый с датчиком), и какой-то исполнительный механизм, скажем, придающий организму шарообразную форму. Систему фототаксиса как-то изменять не нужно; более того - раз она работает, и её работа нас устраивает, то что-то в ней изменять - от греха подальше - лучше не надо. Разумеется, какие-то её улучшения и усложнения вовсе не запрещены, и даже возможны, но они не обязаны иметь отношение к системе контроля вибраций. А если учесть, что система фототаксиса появилась раньше, то можно предположить, что она успела как следует отшлифоваться, и что-то новое скорее всего будет работать хуже. Старый же конь борозды не испортит, как известно.

Остаётся один путь - добавить к уже существующей новую структуру. Важно для нас то, что эта система может быть изначально очень простой, и потому тоже может возникнуть посредством отбора спонтанных мутаций первоначальных простейших сущностей. Впрочем, возможен вариант спонтанного удвоения (о возможности которого мы говорили выше) структуры, отвечающей за фототаксис (целиком или частично), а затем медленно-пошаговое перепрофилирование одной из них в нужную нам систему реагирования на вибрации. Впрочем, принципиальной разницы между этими двумя путями нет - и тот, и другой возможен как результат отбора случайных мутаций - мелких простых шагов.

Если же мы захотим возложить дополнительные задачи на цифровой компьютер, то весьма вероятно, что нам не потребуется добавлять в него новые аппаратные блоки. Но обязательно потребуется добавлять новые управляющие коды в программу, управляющую его работой. И только в том случае, если эти коды, или данные перестанут помещаться в его памяти, нам потребуется что-то наращивать в смысле аппаратуры. Но именно наращивать, увеличивать объём уже существующей структуры. Каких-то специализированных блоков, кроме датчиков вибрации, не потребуется. Другими словами - как таковая, структура цифрового компьютера не изменится, и в этом - одно из основных промышленных достоинств цифровых компьютеров, обеспечивших им процветание в мире людей.

Структура же аналоговой системы, хотели бы мы этого изначально, или нет - сразу изменится. И вполне можно будет говорить об удвоении сложности. Ну вернее - это пока ещё не совсем сложность, но эти изменения открывают кое-какие перспективы. Общее-то количество блоков обработки информации возрастает, а стало быть, появляются возможности их использовать совместно, и даже возлагать на них задачи, которые они по отдельности решить не могут. Причём, для такого расширения функций, не потребуется вмешательства извне, оно может произойти и вполне спонтанно, о чём мы тут постоянно напоминаем.

Да, в случае построения очень сложной системы, "цифра" была бы намного экономичнее, но этой гипотетической системе надо как-то родиться! Ну если не рассматривать, конечно, участие в этом процессе другого, уже высокосложного существа. По мере роста сложности, аналоговая система вполне приближается в степени универсальности к цифровой, что мы видим на примерах нервных систем высших млекопитающих и птиц, но к рассматриваемой системе фототаксиса это не относится. Впрочем, даже сложная аналоговая система универсальна не так, как была бы универсальна аналогичная цифровая система; а как именно - мы узнаем далее.

Нет причин полагать, что принцип добавления новых структур для нервных систем живых организмов в ходе их эволюции относится лишь к простейшим функциям типа фототаксиса. Сформировавшийся комплекс таких структур, хорошо отлаженный и как-то взаимоувязанный, к тому же обеспечивающий важные функции организма, вполне может, и как правило переходит к следующему этапу эволюции в готовом, мало изменённом виде. А структуры, обеспечивающие новые возможности, могут наслаиваются на старые структуры сверху или сбоку, хотя вовсе не исключено и встраивание "между", и даже "сквозь"; фактически, это непринципиально.

...эволюция часто происходит путем наваливания новых систем на крышу старых. Прекрасно описал эту аналогию нейрофизиолог Джон Оллман. Как-то он посетил электростанцию, где одновременно сосуществовали по меньшей мере три поколения технологий, прилаженных друг к другу. Новейшая компьютерная технология работала не сама по себе, а на службе у электронных ламп (наверное, образца 1940 года), которые в свою очередь управляли еще более старыми пневматическими механизмами, приводимыми в действие сжатым газом. Если бы инженеры станции могли позволить себе роскошь приостановить работу всей системы, без сомнения, они начали бы с нуля и избавились от устаревших систем разом. Но постоянная потребность в энергии препятствует такой решительной реконструкции.

Подобным образом живые существа постоянно должны выживать и воспроизводиться, что часто мешает эволюции строить по-настоящему оптимальные системы; эволюция не может "приостановить" жизнедеятельность своих созданий, как не могут этого сделать люди-инженеры, и в результате получаются такие нелепые конструкции, когда новую технологию наваливают на старую. Средний мозг человека, например, существует буквально поверх более древнего заднего мозга, а передний мозг надстроен на вершине их обоих...[Гари Маркус. Несовершенный человек. Случайность эволюции мозга и ее последствия.]

Итак, мозг живого существа, в своей первооснове, аналоговая система обработки информации, состоящая из совокупности более или менее специализированных блоков. Не приходится сомневаться в том - а порукой тому многочисленные примеры ныне здравствующих простейших живых организмов (типа гидр), что первоначальные варианты нервной системы были очень просты, и вполне подобны нашей гипотетической системе фототаксиса - то есть, были предназначены для решения узко-конкретных задач обеспечения жизнедеятельности, не предполагающих сложной обработки данных о внешней и внутренней среде и замысловатых поведенческих реакций. "Продвинутые" варианты нервных систем (не только млекопитающих с большим мозгом) уже могут оперировать кодами и символами (в чём можно усмотреть сходство с цифровыми компьютерами), но эта деятельность для них мало того, что вторична - она реализуется аналоговыми механизмами, которые не никак нельзя назвать "цифродробилками" - они не используют как таковых чисел в своей работе.

О "многоедином мозге"

В 1970-ч годах Полом Мак-Лином предложена концепция "триединого мозга", которая затем была популяризована Карлом Саганом в его книге "Драконы Эдема". Концепция предполагает наличие в человеческом мозге трёх, так называемых "нейрошасси", названных как "мозг рептилий", "мозг млекопитающих", и "мозг человека" (неокортекс). Утверждалось, что все эти шасси морфологически отграничены, и отвечают за различный уровень поведения; от примитивного (мозг рептилий) - до высокорассудочного (неокортекс).

В настоящее время морфологическая часть этой концепции считается опровергнутой, так как уже у рыб головной мозг имеет все основные отделы, на которые подразделяется и мозг человека. Пусть и, разумеется, гораздо более примитивные, и нагруженные существенно иными функциями. Тем более это относится к рептилиям, у которых даже наблюдаются зачатки неокортекса. Тем не менее - главная мысль этой концепции вполне подтверждена - наиболее простые и "физиологичные" реакции обеспечивают наиболее глубокие и эволюционно-древние части мозга. И почему только три? их явно больше; а учитывая, что между ними нет чётких границ, можно полагать, что их бесконечно много, и все они пронизаны взаимовлиянием. Именно так - все сразу. Но гораздо важнее для нас сейчас отметить подразделение по функциям. За ту или иную деятельность как правило отвечают более-менее обособленные структуры и центры (зрение, обоняние, речь, и т.п.), но которые могут быть задействованы и в другой деятельности в рамках "авральных работ": например, если важная задача совсем нова для мозга.

У примитивнейших существ, лишённых - или почти лишённых нервной системы, регуляция жизнедеятельности осуществляется гуморально - то есть, посредством сигнальных химических веществ - гормонов и им близких субстанций. Не удивительно, что наидревнейшая структура мозга - гипоталамо-гипофизарная система, является одновременно важнейшей железой внутренней секреции. Она играет важную роль в поддержании гомеостаза, обеспечивает основополагающее регулирование жизненного цикла человека (рост, развитие, и.д.), а также базовые, "животные" эмоции - типа ярости, гнева, жажды удовлетворения базовых биологических потребностей. Это не "мозг рептилий", это гораздо глубже. Её принято относить к "древнему мозгу", но фактически, зачатки этой структуры появились ещё тогда, когда и мозга-то не было - у наших далёких червеобразных предков. Но более высокорасположенные, и более "интеллектуальные" структуры могут сильно модифицировать, или вообще блокировать импульсы, исходящие от неё. С другой стороны - тот эмоциональный фон, который задаёт эта система, существенно влияет и на характер высшей мыслительной деятельности! Например: весна. Хочется любви (упомянутая система задаёт настрой). И - неокортекс начинает сочинять стихи!

Но снова подчеркнём другое. А именно - тот факт, что структуры мозга, возникшие в самые разные эволюционные эпохи (не только вышерассмотренные), продолжают функционировать, и принимать участие в формировании поведения фактически параллельно.

Зачем?

Действительно, зачем нужно "держать", и соответственно - "кормить", к примеру, лимбическую систему, если "вычислительная мощь" неокортекса на порядок, если не на два, превосходит её возможности, и решение старых, информационно необременительных задач было бы для него "плёвым делом"?

Всё дело в вышеописанной специфической специализации различных структур, в какой-то степени обусловленной аналоговой сущностью мозга - ну и невозможностью иного развития, чем посредством мелких шагов наугад. Был бы мозг подобен фон Неймановскому компьютеру, управляемому толковым специалистом, последний так бы и сделал - переписал бы старые программы в новую память - и поехали! Но увы... Если появляется потребность (и возможность) обработки новой информации - или увеличенного объёма старой - то аналоговая система наращивает, как говорят компьютерщики, аппаратное обеспечение - если, конечно, не удаётся перепрофилировать что-то старое, и по каким-то причинам не очень нужное. Прежняя структура, если её задачи остаются актуальными, никуда не девается, и продолжает делать то же, что и раньше. Неплохой пример такого рода - мозжечок, играющий ключевую роль в координации наших движений. А если учесть, что старая система наверняка отточена и отшлифована многовековой эволюцией, то очевидно, что со старой работой она будет справляться лучше "новичка". С поддержанием гомеостаза и развитием организма в ходе онтогенеза гипоталамо-гипофизарная система справляется хорошо? Хорошо. Ну и пусть справляется и дальше. Неокортекс же появился для решения других задач, на эти новые задачи "заточен", и потребляет энергию соответственно этим задачам. И пожалуй, в данном случае специфическая "заточка" неокортекса, склонного к вольному ассоциированию, является более серьёзным препятствием для регуляции жизненно-важных процессов организма, чем потребление энергии. Достаточно жёсткая "логика" лимбической системы для "хозяйственной деятельности" гораздо предпочтительнее. То же самое относится и к другим системам организма, даже относительно "высоким" в эволюционном смысле. Ведь все эти изменения вносятся в работающую живую конструкцию, и все, решительно все эти изменения обязаны быть, как минимум, совместимыми с жизнью. И как правило - не ухудшать функционирования нужных организму, и уже работающих систем.

Вот пример, эволюционно сравнительно "свежий" - распознавание зрительных образов. Для современных компьютеров - хоть цифровых, хоть каких угодно, распознавание зрительных образов является на несколько порядков более сложной задачей, чем распознавание текста, введённого с клавиатуры. И дело не в том, что компьютеры наши плохи, а в том, что это действительно сложная информационная задача. Однако человек - даже совершенно грамотный - гораздо быстрее и легче распознает рисунок, особенно в виде схематичной пиктограммы, чем текстовую подпись и даже голосовое объявление. Не говоря уж о маленьких детях...

Почему? Задача распознавания зрительных образов неизмеримо древнее; вполне можно говорить о сотнях миллионов (до полумиллиарда!) лет практики в этом сложном деле. Соответствующие специализированные структуры отточились и отшлифовались до блеска, они работают быстро и экономично. Дар речи человек обрёл неизмеримо позже; это - максимум сотни тысяч лет, когда анатомически человек уже не очень сильно отличался от современного, и с тех пор не успел очень сильно проэволюционировать. Специализированных речевых центров в мозге мало, они ещё не успели как следует оптимизироваться, поэтому работают, скажем так, с меньшим блеском.

Письменность же появилась у человечества буквально только что, специализированных структур по обработке письменной речи в мозгу нет (хотя есть участки, преимущественно нагруженные при этом), их работу берут на себя отчасти зрительные, отчасли речевые центры, привлекаются и другие стурктуры (именно это мы имели в виду под "авральными работами"), поэтому несмотря на объективную простоту этой задачи, она получается хуже, чем распознавание пиктограмм.

Система распознавания зрительных образов, бесспорно, высокосовершенна. Используя весьма низкоскоростные элементы (нейроны), она, за счёт высокоэффективного и отточенного распараллеливания подзадач (вот где нейронные сети блистают в полной мере!), строит картины окружающего мира почти мгновенно, и почти безошибочно. Интересно, что рукотворные обработчики трёхмерных изображений в составе цифровых компьютеров (видеоадаптеры) тоже широко используют параллельные вычисления и алгоритмическую специализацию - они содержат отдельные блоки обработки текстур, контуров, вершин, и т.п., в количествах по нескольку десятков или даже сотен каждый! Принципы нейронных сетей, впрочем, не используются; возможно - пока... Практически столь же высокосовершенна система распознавания звуковых картин, да и многие другие системы мозга до сих пор являются предметом зависти специалистов по обработке информации. По отдельности! Полагать же высокосовершенным, а тем более безупречным обработчиком информации мозг в целом, мозг - как инструмент построения стратегии, как инструмент предсказания будущего - неоправданная самонадеянность, если не сказать - антропоцентризм. Слишком уж часто он оказывается жертвой всевозможных иллюзий и манипулятивного воздействия извне. См, например, [3]; впрочем, рассматривать такие ошибки лишь в свете принятия экономических решений - неоправданное сужение темы. Человек - существо, в принципе обладающее интеллектом огромной мощности, однако в силу многих причин, частично здесь описанных, "включающее" эти полные мощности крайне редко и неохотно. Одна из не последних причин такого рода - склонность к экономии энергии.

Обработка информации крайне энергозатратна!

Даже для компьютеров. Энергетическая эффективность рукотворных компьютеров стремительно улучшается. Современные компьютеры, в расчётё на одну операцию, потребляют в миллиарды раз меньше энергии, чем первые ламповые. Но этих первенцев были единицы! Современный же компьютерный парк соперничает по численности с численностью населения Земли. И потребляет энергии соответственно. Крупные дата-центры, принадлежащие, например, Google, потребляют примерно столько же энергии, сколько небольшой город - и только лишь затем, чтобы обрабатывать поисковые и подобные им запросы пользователей интернета данного региона. И то, что поисковый запрос для пользователя выглядит энергетически "невесомым" не должно вводить в заблуждение. За информацию приходится платить энергией - не вам, так кому-то другому.

С нервными клетками энергетическая ситуация даже хуже. Если домашний компьютер, по сравнению с другими бытовыми электропотребителями выглядит довольно скромно (как одна-две лампочки средней мощности), то аппетит нервных клеток находится в числе лидеров клеток организма. И по кислороду, и по глюкозе, и в смысле эффективности удаления отходов нервные клетки очень привередливы. Поэтому у мозговитых существ расходы на питание и обслуживание нервной системы могут составлять немалую долю их общих энергозатрат. У одного из самых мозговитых существ - человека, при работе на "полную вычислительную мощность" нервная система может потреблять до четверти всей потребляемой им энергии, что по абсолютной величине может быть уже сопоставимо с затратами на двигательную активность. Поскольку вопросы экономии всегда были чрезвычайно животрепещущи для живых организмов, то стремление оных к сокращению издержек не удивительно.

Современные компьютеры тоже "научились" экономить энергию. Ведь компьютеров стало очень много, используются они очень активно, и их суммарное энергопотребление стало весьма заметным. Да и глобальное потепление тоже заставляет о себе задумываться. Особое значение экономия энергии приобрела в переносных компьютерах - ноутбуках, смартфонах, и т.п., где экономичность сильно сказывается на длительности работы от аккумуляторов, что для таких систем весьма важно.

Не должно быть слишком удивительным то, что подходы к экономичности цифровых компьютеров и нервных систем живых существ, при всех их различиях, определённо схожи - ведь всё это определяется универсальными законами физики.

Как можно снизить энергопотребление рукотворного компьютера?

Ну, очевидно, нужно отключить неиспользуемые модули, модули, без которых можно как-то обойтись. Например, в многоядерных процессорах могут отключаться все ядра, кроме одного; могут отключаться имеющиеся в наличии высокопроизводительные специализированные модули, и даже часть памяти.

Что ещё можно сделать для снижения мощности?

Можно замедлить работу компьютера. В энергетическом смысле компьютер напоминает автомобиль: чем быстрее мы двигаемся, тем больше потребляем топлива на единицу пройденного пути. Так и здесь. Если мы снижаем частоты, задающие темп работы узлов компьютера, то можем снизить и питающие его напряжения. Тем самым квадратично снижая потребляемую мощность. Действительность, конечно, несколько сложнее этой упрощённой картины, но нам нет смысла сюда глубоко вдаваться.

Если необходимо, компьютер в экономичном режиме может не снижать качество и точность выполнения требуемых задач - ведь он работает строго по программе! Ждать результата придётся дольше, но этот экономный результат ничем не будет отличаться от решения неэкономного. В решение могут вовлекаться решительно те же исходные данные, а результат будет содержать тот же объём тех же данных той же точности.

Но возможны и другие варианты. Например, программы упаковки данных могут предлагать пользователю несколько вариантов настроек, отличающихся скоростью работы и плотностью упаковки - чем плотнее упаковка, тем, как правило, дольше работает программа, и соответственно - компьютер потребляет больше энергии. Ещё интереснее для нас могут обстоять дела в задачах упаковки "с потерями", к каковым относится, например, формирование JPEG-изображений, MPEG-звука, и им подобных. В этих программах пользователю предоставляется возможность разменивать скорость и экономичность на качество! Быстро сформированная JPEG-картинка отличается более низким качеством (нерезкостью и другими искажениями), чем сформированная медленно. То же относится и к звуковым файлам, но что для нас сейчас интересно, что при высокой скорости упаковки (и низком качестве) файл получается более компактным, и для его хранения требуется память меньшего объёма - т.е. упрощённый, неточный вариант экономичнее не только в смысле потребления электричества, но и в смысле сугубо вычислительных ресурсов.

Нобелевский лауреат Даниэл Канеман: "люди склонны экономить на мышлении"

В живых организмах - всё, как в программах упаковки с потерями. В условиях цейтнота, а также при необходимости (как объективной, так и субъективной) экономии энергии, мозг живого существа снижает объём вовлекаемой в обработку информации, снижает качество этой обработки, а на выходе выдаёт более простые и схематичные результаты. Однако, сама обработка производится при это быстрее и экономичнее, что субъективно воспринимается, как меньшее "умственное усилие".

Блеск и нищета психологичесих тестов

А что, если ситуация требует достичь результата не считаясь с ценой? Полцарства за коня, так сказать?

Надо включать форсаж!

Но форсаж - штука дорогая, и по определению, временная. Как утверждают специалисты по физиологии мозга, неокортекс в принципе не способен длительно работать на "полной мощности", тем более - "на форсаже". Причём, "полная мощность" - это отнюдь не стопроцентрая активность нейронов коры; активность более 5-8% из них характеризует эпилептический припадок или иное патологическое поведение индивида. Предназначение, и житейские будни неокортекса - ленивая "полудрёма", изредка прерывающаяся вспышками активности. Длительная и напряжённая мозговая деятельность, мало того, что потребляет много энергии - она чревата различными нарушениями функционирования, вплоть до необратимых. Ведь работа мозга (не только нейронов, но и других клеток мозга, а также синапсов) сопряжена с интенсивным обменом веществ - синтезом и утилизацией разнообразных полезных химикалий, и накоплением других - вредных "отходов производства", могущих, в избыточных количествах даже приводить повреждению клеток мозга. Скорость же поступления питательных веществ (глюкозы и кислорода), а также скорость удаления отходов небеспредельна; в то же время клетки мозга - сущности нежные, и дискомфорт переносят плохо. Известно много случаев психических и неврологических заболеваний (вплоть до летальных исходов), вызванных, например, интенсивной подготовкой к экзамену, стрессовыми, и другими ситуациями, вызывающими большое нервное напряжение. Особенно - если есть предрасположенность к поломкам...

Сходная ситуация имеет место и в мире кремниевых компьютеров, за тем лишь исключением, что единственным "отходом производства" компьютера является теплота. Её избыток тоже может повредить электронным схемам, но в режиме номинальной вычислительной нагрузки исправная система охлаждения такого избытка гарантированно не допускает.

Современные бытовые компьютеры большую часть времени проводят в расслабленном ожидании запросов от пользователя; режим работы их в этом случае сильно облегчен. Напряжения и частоты снижены, большая часть узлов не функционирует, или даже вовсе выключена. Энегрии потребляется на порядок меньше номинала, тепла соответственно, почти не выделяется. При номинальной вычислительной нагрузке напряжения и частоты доводятся до номинальных, интенсивность охлаждения - тоже; однако для компьютера этот режим комфортен, и он может так работать бесконечно долго. Только питай. При очень большой нагрузке процессор компьютера может перейти в умеренно форсированный режим, в котором напряжения и частоты несколько повышаются сверх номинала; и хотя при этом процессор, в принципе, подвержен опасности перегрева, этот режим для него вполне безопасен и разрешён изготовителем, так как стандартно включается лишь на ограниченное время. Совсем как неокортекс.

Предел же возможностей компьютера достигается лишь при так называемом "разгоне", который могут производить некоторые пользователи на свой страх и риск. Они повышают частоты и напряжения за пределы паспортных значений, в том числе - до значений, небезопасных для работоспособности устройства. Энергии при этом потребляется (и выделяется в виде тепла) столько, что узлам требуется форсированное охлаждение - иногда даже доходит до необходимости использования жидкого азота. Срок службы устройства при этом может сокращаться (в зависимости от силы разгона) в несколько раз, а случается и немедленный выход из строя.

Но вернёмся к человеку.

Его мозгу тоже свойственен сильно различный уровень форсировки. Борьба за выживание - это вам не шутка! Поэтому мозг "спроектирован" более "рисковано" - он может самостоятельно, "по собственной инициативе" "разогнаться" так, как рукотворный компьтер может разогнаться лишь в руках компьютерного фаната с экстремистскими наклонностями. "Полцарства за коня" на арене эволюции бывает оправдано гораздо чаще, чем в мире "железных" компьютеров. И раз уж даже "железный" компьютер может "слететь с катушек" от перенатуги, то почему это не может быть так для живого?

Но фактически, живой "вычислитель", озабоченный не только собственным здоровьем, но и расходом энергии, предпочитает без крайней необходимости на форсированные режимы не выходить. И одной из таких ситуаций является необходимость ответить на вопросы психологического теста! Мозг интенсивно "разгоняется", демонстрирует блестящие результаты, но... при первой же возможности уходит в экономичный режим, где он блистает куда менее.

Нельзя сказать, что психологические тесты в принципе ни на что не годны - ведь как правило, чем больше форсированный уровень, тем больше и средний. Но только "как правило". Вполне бывает и иначе - кроме максимального уровня, разные нервные системы отличаются также лёгкостью подъёма на этот уровень, ну и степенью готовности начинать этот подъём. Эти особенности связаны с темпераментом (и тот ещё вопрос - что здесь причина, а что - следствие), но о жёсткой детерминированности говорить нельзя. И если б такие ситуации ограничивалась лишь психологическими тестами, то мы бы не наблюдали вполне приличного уровня учёных и инженеров, верящих в сверхъестественные силы, и посещающих гадалок для предсказаний каких-то событий своей жизни: на работе включается энергозатратный неокортекс, в быту предпочитается экономичная лимбическая система.

Вполне можно уподобить информационную нагрузку на мозг физической нагрузке на мышцы. Даже пышащий энергией молодой человек, с удовольствием занимающийся спортом, в повседневных ситуациях вовсе не всегда отказывается от оказий, позволяющих напрягаться поменьше - например, воспользоваться лифтом вместо лестницы. То же самое относится к и мыслительной деятельности. Лениво помечтать - доступно и комфортно всем практически здоровым людям. Но тщательно взвесить и предусмотреть - доступно и тем более - комфортно не всегда и не всем. Ведь это - энергозатраты, которые всё живое стремится минимизировать.

Разумеется, чем сложнее задача, более она отпугивает, тем сильнее её избегание. Под избеганием здесь следует понимать не столько полное уклонение от решения (оно очень часто бывает невозможно, или фатально), сколько максимальное её упрощение.

В чём это может выражаться практически?

Практически всё множество мер по снижению объёма вычислительных работ сводится к ограничению объёма принимаемой во внимание исходной информации, и упрощению процедур её обработки; впрочем, они взаимосвязаны, и отделить первое от второго не всегда даже возможно.

1. Ограничение объёма вовлекаемой в обработку информации.

"Все ваши проблемы от того, что у вас верхняя пуговица расстёгнута"! Это, конечно анекдот, но как и всякий анекдот, он верно подмечает ключевые закономерности поведения людей. Действительно, мы часто пытаемся судить о сложных вещах (типа характера человека, квалификации специалиста или завтрашней погоде) по сугубо поверхностным признакам - как и во что он одет, каким автомобилем пользуется, как чирикают воробьи, и так далее и так прочее. И более того - существует масса литературы, где эти идеи развиваются и углубляются; даются советы о том, какие признаки (простые в анализе!) следует использовать в тех или иных случаях. Излишне долго доказывать, что поверхностные признаки ненадёжны сами по себе; но есть смысл обратить внимание на то, что чем проще признаки, и чем меньше их вовлекается в анализ, тем легче их сфальсифицировать. Достаточно одеть богато выглядящую одежду - и готово: мелкого жулика принимают за преуспевающего бизнесмена; изучить же его биографию - это уже труд... Но и без фальсификаций такой подход может быть чреват крайне серьёзными последствиями.

Представим себе ленивого врача, которому пришёл на приём пациент с жалобами на головную боль. Врачу, даже ленивому, разумеется известно, что головная боль может свидетельствовать об очень широком множестве заболеваний, принципиально разного характера, и требующих принципиально разного лечения. Поэтому нужна дополнительная информация. Одной из них, наиболее просто получаемой, является температура тела. Врач просит пациента измерить температуру, и обнаружив её превышение, сопоставляет полученную картинку с длинным рядом предшествующих пациентов, и ставит по аналогии диагноз: "Грипп". Хотя само по себе это сочетание характерно для ненамного меньшего количества заболеваний, чем просто головная боль. Если бы врач не ограничился только двумя признаками, и не поддался бы искушению типового решения, а вовлёк в постановку диагноза большее количество симтомов и анализов, то результат мог быть бы иным. Например, - "менингит". Но обработка меньшего количества исходных данных экономичнее и комфортнее в смысле его мыслительной деятельности, и требует меньше времени. А потому - может предпочитаться несмотря на профессиональный долг и морально- этические ценности.

Аналогичным образом можно представить себе следователя или судью, - в зависимости от степени их стремления к "оптимизации" мыслительной деятельности, они могут вовлекать в принятие решений меньшее или большее количество улик, с понятно различающимся результатом. О предустановках и других способах экономии - чуть ниже.

Список такого рода ситуаций можно продолжать практически бесконечно.

Одним из способов ограничения массива входящей информации является отбрасывание слабых сигналов. Например, конфета даётся не самому достойному или голодному ребёнку, а тому, кто громче всех плачет. Хотя, громко плачущий ребёнок, вполне может быть просто хорошим прирождённым манипулятором, умело фабрикующим сигналы, эффективно воздействующим на окружающих. То же может относиться к ярко раскрашенным вещам и частям тела, броской рекламе, другим явлениям, вызывающим иные сильные ощущения. Это явление обычно изучается в связи с инстинктивным поведением, и носит название "сверхстимул" - когда "правильный", но преувеличенный до нереалистичности признак вызывает более вероятное и сильное реагирование, чем "натуральный". Но ограничивать феномен лишь инстинктивным поведением вряд ли правильно - явление более универсально, и наблюдается во всех случаях шаблонного анализа информации.

Ещё одним способом сужения массива входящей информации можно назвать уход от многозначностей, полутонов и вероятностей. Например, сакраментальное: "кто не с нами - тот против нас". И никаких полутонов! Разумеется, именно эта фраза была так сформулирована отнюдь не по душевной лености, её радикализация была продиктована пропагандистскими причинами, но с другой стороны - она была явно рассчитана на людей, склонных экономить умственные усилия. Пример ухода от неоднозначностей типа "вероятность":

- завтра будет дождь?

- прогноз даёт вероятность осадков - 50%

- так будет дождь или нет?

В этом, и ему подобных примерах, вопрошающий стремится свести анализируемую им информацию к одному биту - "да-нет". В противном случае, пришлось бы перелопачивать неизмеримо большие объёмы исходных данных; делать мучительный выбор - отягощать ли себя зонтиком, или смириться с возможным намоканием; чем чревато первое, и пересиливает оно выгоды второго...

2. Упрощение процедур обработки.

Шаблонность

Единственно возможным способом предсказывать будущее, а именно это, по большому счёту, и есть смысл существования нервной системы любого живого существа, является моделирование внешнего мира. Построение моделей каких-то аспектов окружающей среды, и далее - мысленное манипулирование ими согласно закономерностям, так или иначе известным для моделируемых объектов, позволяет прогнозировать, предсказывать какие-то будущие события, связанные с этим объектом, и соответственно - строить своё поведение. Но модель модели рознь. Любая модель - есть упрощённое отражение реального объекта. Но принципиально важно, насколько и в каких отношениях это упрощение произведено. Другими словами - сколько признаков объекта принято во внимание, каких именно, и каким принимается взаимодействие этих признаков. Наиболее адекватна, и следовательно точна модель, состоящая из возможно большего количества наиболее значимых (не обязательно - ярких!) признаков объекта, наиболее реалистично между собой взаимодействующих. Но как мы уже знаем, слишком мощный поток информации для мозга может быть дискомфортен, опасен, или даже непосилен. Для нервной системы гидры посильна лишь крайне схематичная, буквально вырожденная в две точки модель окружающей среды: добыча - хватай, при других воздействиях - сожмись. Высшим позвоночным доступно больше, но фактически - лишь в тех пределах, которые позволяет "энергетическая бухгалтерия". Иногда она "финансирует" лишь ненамного более сложную деятельность, чем у вышеупомянутого полипа.

Одна из наиболее сложых задач, могущих стоять перед человеком - построение в своём сознании модели другого человека. Есть даже вполне убедительное мнение, что необычно мощный мозг человека развился именно из необходимости хорошей социализации - высокоадекватного предсказания поведения других людей. Если вычислительная мощность достаточно велика (причём, зачастую она определяется не столько мощностью коры, сколько соотношением "власти" коры и подкорковых структур), то эта модель оказывается достаточно адекватной, и мы говорим о таком человеке, как о человеке проницательном, и с хорошей рефлексией. В противном случае, мы констатируем больший или меньший эгоцентризм. Для эгоцентрика окружающий мир весьма прост - он полагается копией мира самого себя, своим отражением в своём же сознании. А то и - его порождением! Если я сам себя люблю, и не имею других мыслей, кроме как о себе, любимом, то и всё, что меня окружает, не имеет, и не может иметь иных мыслей, кроме как обо мне; я - модель мироздания, и по-сути, его центр...

Утомительность работы с большой многофакторной моделью заключается не только в необходимости вовлечения в процесс большого количества исходных данных, о чём было сказано чуть выше. Для построения модели нужно отсеивать второстепенные характеристики объекта моделирования, и выделять главные; уяснять закономерности поведения, "прогонять" это всё разом перед мысленным взором, и т.п. Мало того, что это не всякому "вычислителю" "по зубам" в принципе, это долго, а время в большом количестве случаев критично.

Тем не менее, без упрощения не обойтись. Слишком уж сложен окружающий мир. Да, но... Любую модель можно упростить так, что она превратится в шаблон. Шаблоны бывают разные - и по сложности, и по происхождению, но смысл у них один - вместо утомительного прогона модели в мозгу, просто осуществляется вполне "механическое" сопоставление ситуации с заранее известными комбинациями исходных данных, которые ассоциированы с заранее заданными наборами действий. Теоретически, сложность шаблона может быть сколь угодно высока (тогда он приближается к полноценной модели), но на практике, шаблон интересующего нас здесь вида содержит, как правило, не более двух-трёх признаков ситуации, а часто и только одного, причём - не всегда ключевого, но самого яркого.

Исключительно важной для нас разновидностью шаблонов являются врождённые шаблоны, порождающие инстинктивное реагирование. Привлекательность врождённых шаблонов состоит не только в том, что они вовлекают в обработку мало исходных данных (обычно только один-два сигнальных признака (релизера)), но и в том, что эта обработка осуществляется глубокими, древними и специализированными структурами мозга, работающими быстро и экономично. Именно это обстоятельство позволяет инстинктам человека жить и процветать, несмотря на, казалось бы, массу альтернативных способов анализа окружающего мира. Важной отличительной особенностью инстинктивных шаблонов поведения является их глубокая вовлечённость в критически важные для выживания и репродукции процессы; это придаёт им дополнительный приоритет в принятии решений - очень часто категорически неадекватный ситуации.

Разновидность шаблонов - использование готовых решений, выработанных другими людьми, что, например, широко практикуют школьники и студенты, когда списывают ответ у отличника. Любому живому существу присуще активное стремление "ездить за чужой счёт", и умственная деятельность здесь никак не исключение. Другое дело, что субъективно это стремление выглядит, как правило, совсем не криминально, а даже пафосно - как доверие авторитетам, традициям, устоям, ценностям, и т.п. Думать практически не надо - просто нужно следовать готовым схемам, кем-то предложенным, и не обязательно навязываемым принудительно. Можно и самому их жадно впитывать; если к их выработке данный индивид может быть не причастен никак, то это - чистая экономия. Хотя возможны, и широко представлены шаблоны в виде устоявшихся привычек, выработанных самостоятельно - когда-то в прошлом.

Уменьшение количества "вычислительных потоков".

По преданию, Юлий Цезарь мог одновременно читать, и диктовать другой текст. Вообще-то все мы можем делать сразу несколько дел: например, завтракать, читать газету, поглядывать в телевизор, отдавать ценные указания домочадцам, и поглаживать любимую кошку (хоть это и не гигиенично). Аналоговая сущность нашего мозга позволяет это делать относительно свободно, так как это существенно различные по своей сути процессы; для поддержки каждого из них имеются более-менее обособленные, хотя и пересекающиеся, структуры мозга. Мы также можем "вести несколько целей" в плотном транспортном потоке, и строить своё поведение на дороге, исходя из поведения каждой из них. Здесь мы используем изначальную "многопоточность" зрительного анализатора, с незапамятных времён рассчитанного на внимание к сразу нескольким объектам, впрочем к очень ограниченному их числу - не более 3-4, а для многих людей и того меньше. Но обработка текстовой информации к эволюционно-древним адаптациям никак не относится, специализированных модулей такого рода в мозге нет, и для их обработки привлекаются обширные малоспециализированные области, и области, специализированные на других задачах. Этим структурам "не своя" работа трудна, они выполняют её с большим напряжением сил и энергии, и вряд ли многие люди будут в состоянии обрабатывать сразу два потока такого рода. Юлию Цезарю, (если, конечно, верить легенде), это удавалось. Но, без сомнения, в сложных условиях даже Юлий Цезарь был бы вынужден ограничиться чем-то одним.

Однопоточность мыслительных процессов ярче всего проявляется у маленьких детей. Если его увлекает какая-то игрушка, он может, потянувшись за ней, например, опрокинуть чашку с водой, и ненароком натворить других бед, чего взрослым обычно удаётся избежать. В его, пока ещё незрелом мозге просто не помещаются две мысли - об игрушке, и о чашке. Хотя, он может быть уже полностью в состоянии осознавать вред опрокинутой чашки - если для его мозга нет конкурирующих задач. Но опять же, даже взрослые, в условиях, когда мыслительная деятельность затруднена (например, в подпитии, или в условиях стресса) точно также опрокидывают чашки.

Упрощение результата.

Важным видом (и способом) упрощения результата являются предустановки (убеждения, ценности, и т.п.). Например - "человек человеку - волк". Или обратная, но аналогичная по информационной сути - "я верю в людей". В обоих случаях процесс вычисления истинного характера конкретного человека прерывается на какой-то промежуточной - или даже начальной стадии, позволяющего уже подогнать ответ под предустановленный. Чем экономится время и энергия. В первом случае собеседник полагается злонамеренным, во втором - заслуживающим доверия, хотя более углубленный анализ, будь он проведён, мог бы дать в данном конкретном случае совсем не такие ответы. Нередко без предустановок (априорных сведений) что-либо понять вообще невозможно! Например, в аптекарских рецептах. В них, зачастую ничего не понимают даже люди с медицинским образованием, если они не сталкиваются с этими медикаментами достаточно регулярно. Но фармацевты понимают - потому, что сталкиваются, и знают, что это может быть; для них выбор сужен до буквально двух-трёх вариантов, а то и одного. Разумеется, аптекарскими рецептами дело не ограничивается, отнюдь...

Использование предустановок очень широко применяется не только на уровне отдельного индивида, но и во многих случаях закреплёно законодательно, в виде, например, презумпций. Наиболее известна презумпция невиновности - если строго и исчерпывающе доказать виновность не удаётся, то подозреваемый полагается невиновным. Но в юриспунденции это более чем оправдано - докопаться до правды в очень многих юридических случаях едва возможно даже с полным напряжением сил и энергии. Но плохо, когда это делается в достаточно простых житейских ситуациях просто по скудоумию или душевной лени. Пусть и прикрываемыми "высокими гуманистическими идеалами". И совсем плохо, когда на щит поднимается "уверенность в себе", которая в большинстве случаев характеризует не квалификацию и владение темой, а скудость способностей к генерации нескольких альтернативных вариантов. Действительно, если в голове имеется только одна мысль, сомнениям взяться просто негде: сомнение - суть выбор.

Выше неявно предполагалось, что по результатам обработки исходных данных (большого или малого их количества) возможно только одно решение. Но в реальной жизни количество "корней" житейских "систем уравнений" обычно бывает более одного, и нередко - намного. В отличие от чистой математики, житейские "корни" имеют разный вес и значимость, и какими-то действительно можно пренебречь. Вопрос лишь в том, какими именно, и каким их количеством. Внешне это выражается в отбрасывании - причём, почти автоматическом, разного рода нюансов и побочных эффектов принимаемых решений. Например, принимая решение об, к примеру, совмещении выборов должностных лиц разных уровней власти, многие люди - занимающие очень важные государственные должности, а потому как бы обязанные быть умнее прочих, видят перед собой только одну цель - по возможности безотлагательную экономию расходов бюджета. Как говорится, пять по цене одного. Побочные следствия принятого решения нередко даже не отбрасываются, а просто не возникают в мозгу как варианты. Хотя позже эта копеечная экономия может вылезти очень большим боком. Ведь избиратели приходят на выборы президента, кандидатуру которого они худо-бедно обдумывали накануне. Но обнаружив, что им нужно выбрать ещё несколько депутатов сугубо местного уровня, просто ставят отметки в случайном месте, и кидают в урны. Они об этом не думали, и часто даже не догадывались об этом; они думали о выборах президента, который всех их затмевает. В итоге местную власть получают совершенно случайные люди, нередко с криминальными даже замашками, и во власти воруют столько, что экономия на выборах на этом фоне перестаёт быть видимой вообще. А если б местные и президентские выборы не совмещались, то избиратели бы больее пристально бы вглядывались в местных кандидатов, и у них было бы больше шансов разобраться - кто есть кто.

Вот здесь-то и вступает в игру такое понятие как "срочность поведенческих целей". Ведь вышеупомянутые "корни" житейских уравнений отличаются большей или меньшей нацеленность вдаль - причём, как в пространстве, так и во времени. Решения, лежащие близко, в большинстве случаев достигаются более экономично в смысле мозговой деятельности, а потому предпочитаются в большинстве случаев. Особенно - если "вычислитель" очень уж дефорсирован. Предельный пример такого дефорсирования - эволюционный процесс. Предсказывать будущее он не способен в принципе (и пожалуй, можно говорить о неприменимости этого понятия к слепому процессу), а потому может "принимать" лишь предельно краткосрочные "решения", решительно не требующие никакого "ума".

В экономике и теории управления имеется сходный термин "горизонт планирования". Но это не одно и то же, хотя смысл этих понятий близок. И состоит этот смысл обозначении большей или меньшей отдалённости во времени и пространстве тех целей, к которым стремится какой-то субъект, реализующий то или иное поведение. Получить какое-то благо здесь и сейчас - упустив тем самым более веское благо позже (краткосрочное поведение) - или наоборот, пожертвовать сиюминутным благом (удовольствием) в расчёте на более крупный выигрыш позже (долгосрочное поведение). "Горизонт планирования" - более узкий термин. Он предполагает в основном сознательное планирование, и как правило - планирование экономическое, сопровождающееся какими-то калькуляциями. Даже если горизонт планирования узок, и ориентирован на события близкого будущего, он является результатом всё-таки планирования в человеческом смысле. Понятие "срочность поведения" может не предполагать никаких расчётов, и даже не предполагать наличия разума у существа, стремящегося к целям той или иной степени отдалённости во времени и пространстве. Можно также говорить о взаимосвязи краткосрочного поведения с "поверхностным", и долгосрочного - с "глубоким", но этот термин также может вводить в заблуждение. Важно осознать преимущественно информационный характер феномена, и его связь с возможностью предсказывать будущее. Чем больше исходных данных вовлекается в процесс принятия решения, и чем совершеннее их обработка (позволяющая оценить их достоверность), тем точнее и долговременнее прогноз развития событий, и тем оптимальнее может быть поведение в долгосрочной перспективе, и тем чаще будут предпочитаться долгосрочные цели. И наоборот - если способностей предсказывать будущее нет, то волей-неволей приходится жить, "радуясь каждому моменту"...

О смысле жизни и бренности бытия.

Если согласиться с тем, что пресловутый "смысл жизни" объективно состоит в поддержании наиболее длительного (в эволюционных масштабах) процветания своей генетической линии, то нельзя будет не согласиться с тем, что наиболее эффективным поведением, отвечающим этому смыслу, будет долгосрочное. Но как мы выяснили чуть выше, при всей своей желательности, осознанное долгосрочное поведение чрезвычайно трудно реализуемо. Гораздо чаще этот смысл видится лишь в получении сиюминутных удовольствий! И не только потому, что для предпочтения долгосрочных целей требуется достаточно мощный интеллект, позволяющий вычислять будущие события. Важно, чтобы эти будущие события были бы в принципе вычисляемы. В частности, требуется, чтобы среди окружающих людей было бы достаточно много приверженцев долгосрочных поведенческих стратегий. Не обязательно осознанных - можно и шаблонных. В виде, например, инстинктов, или религиозных поведенческих норм. На рассудочном уровне все они очень краткосрочны, ибо заключаются, либо в получении удовольствия от удовлетворённого инстинкта, либо в чисто механическом следовании внешним шаблонам, и потому не требуют большого ума. Но в силу исторической "обкатанности", они всё же позволяют, тем не менее, какой-то долгосрочности добиться. К сожалению, все эти способы, по понятным причинам, крайне замусорены вредными побочными эффектами, архаизмами, да и просто отличаются низкой эффективностью (в смысле долгосрочности) сами по себе. Особенно резко их эффективность упала сейчас, что лично я связываю с постепенным снижением среднего интеллекта человека - как представителя зоологического вида. Всё человечество пока что ещё умнеет. Пока. Но критическая масса "долгосрочников" тает на глазах. А это важно - ибо без этой критической массы долгосрочное поведение становится бессмысленным и невозможным.

Например.

Представим себе чинно-благородную очередь за чем-либо, представляющим собой ценность для участников этой очереди. Большая часть её участников терпеливо ждёт, пока будут удовлетворены предшествующие претенденты. Это долгосрочное поведение - сколько-то подождать сейчас, но гарантированно получить желаемое чуть позже; а главное - позже гарантированно получать другие ресурсы и в других очередях. Время от времени в зоне события появляются отдельные индивиды, пролезающие - обманом ли, силой ли, вне очереди. Они демонстрируют поведение краткосрочное - быстро получить желаемое, но не со стопроцентной вероятностью. И даже, не исключено - получить вместо желаемого по мордасам; если не сейчас, то позже. Однако их игра чаще всего стоит свеч (если, конечно, это не очередь за хлебом в блокадном Ленинграде - там с такими пронырами обходились люто и без церемоний). Для них - но не для очереди в целом. Впрочем, даже при растущем количестве проныр, для законопослушных очередников какое-то время сохраняется смысл придерживаться своей долгосрочной стратегии. До тех пор, пока "внеочередников" не становится слишком много. Очередь превращается в свалку, да, но не будем отвлекаться на абстрактное морализаторство, а обратим внимание на то, что в этот момент долгосрочная стратегия поведения становится бессмысленной - время послушного ожидания уходит в бесконечность, и единственной, как-то продуктивной стратегией, дающей какие-то шансы достичь успеха, становится сугубо краткосрочное толкание локтями.

Что могло бы предотвратить разрушение упорядоченной очереди? Решение может показаться очевидным - ввести в действие вооружённого, или просто достаточно физически сильного "регулировщика", вменив ему в обязанность поддерживать требуемый порядок, однако запретив претендовать на распределяемый ресурс, вокруг которого, собственно, всё и происходит. Да, но если этот ресурс привлекателен, то у всемогущего "регулировщика", которому ничто человеческое не чуждо, неизбежно возникнет соблазн нарушить запрет, присвоить этот ресурс - благо никто ему не может воспрепятствовать, и удалиться от обязанностей, периодически возвращаясь, чтобы вновь припасть к источнику благ. Как можно предотвратить нарушение запрета этим регулировщиком? Ввести "регулировщика" более высокого порядка? А его кто будет регулировать? Так можно очень быстро дойти до "козырного туза", действия которого нечем крыть...

Есть ли альтернативы у такой, "вертикальной" регуляции? Есть. Впрочем, лучше сказать так: она в принципе возможна. И называется она горизонтальной. Если в очереди оказываются некоторое количество индивидов, по отдельности недостаточно сильных, чтобы лично победить любого проныру, но вместе способных призвать к порядку их всех, то и проныры будут побеждены, и сами регуляторы не смогут стать пронырами, так как по отдельности они недостаточно сильны. Ключевое условие здесь - достаточно стойкая приверженность этих регуляторов долгосрочным ценностям (стратегиям поведения) - хотя бы в виде верности принятым обязательствам перед прочими участниками группы регулировщиков, да и очереди в целом. Ибо всегда есть соблазн, случайно оказавшись неподалёку от кормушки, схватить желаемое, и быть таковым - или даже отнять честно полученный ресурс у терпеливого стояльца. Если другие "регулировщики" тоже не чужды подобного поведения, то они поймут и простят. Разве что попросят поделиться отъятым. А "стояльцы" ничего не смогут возразить.

Смогут возразить лишь другие регулировщики, если они всё-таки чужды, и их достаточно много; фактически следует говорить о критической массе индивидов, верных обязательствам. Условия простые, но как можно видеть, крайне трудновыполнимые. Суровость внешних условий (таких, как вышеупомянутые условия блокадного Ленинграда) - вовсе не гарантия, что горизонтальные отношения возникнут - вполне может получиться и наоборот, экстремальный вариант вертикальных. Суровость условий лишь радикализирует и обостряет поведенческие предпочтения, "проявляет" их.

Итак:

* Мозг - обработчик информации, построенный по принципам, подобным принципам построения рукотворных аналоговых компьютеров. Эти принципы предполагают наличие в составе такого обработчика большого количества более или менее специализированных структур или модулей, нацеленных на решение вполне конкретных подзадач. Однако эта специализация не абсолютно жёсткая, и допускает совместную деятельность этих структур при необходимости решать совсем новые и нетипичные задачи.

* Обработка информации всегда энергозатратна: это касается обработчиков информации всех типов и разновидностей - цифровых и аналоговых, рукотворных и "природных", всех и всяческих. Энергозатраты могут быть снижены за счёт снижения объёма принимаемых во внимание исходных данных, упрощения и огрубления их обработки, замедления этой работы (в случае мозга - редко когда приемлемого), и использования модулей или структур, высокоспециализированных на решении каких-то узких подзадач. Например, использование в цифровых компьютерах модулей, специализирующихся на обработке трёхмерных изображений (видеокарты) повышает энергоэффективность такой работы. В мозге такими специализированными структурами являются обработчики зрительных и слуховых образов, координаторы движений, а также структуры, реализующие инстинктивное поведение.

* Для живого существа крайне распространённым стремлением является стремление к экономии энергии всех видов и форм; к экономии на обработке информации - в том числе. Выражается это в:

** стремлении снизить объём вовлекаемой в обработку информации (принятие решений на основании только одного-двух простых признаков),

** в упрощении её обработки, в частности - к шаблонному сопоставлению вместо многосложного анализа,

** в стремлении использовать высокоспециализированные, отточенные многомиллионолетней эволюцией модули. Например, использование инстинктивных моделей поведения вместо развёрнутого анализа конкретной обстановки.

* Чем хуже задача поддаётя решению посредством имеющихся высокоспециализированных модулей или готовых шаблонов (древних инстинктов, культурных традиций, и собственных привычек), тем она энергозатратнее, а потому избегается особенно сильно. Однако избегание не означает неспособности к решению высокоинтеллектуальных задач вообще. Если решение такой задачи в данный момент жизненно важно, мозг может переключиться в форсированный режим с безлимитным (в пределах энергетики организма) потреблением ресурсов, и продемонстрировать очень высокие параметры обработки информации. Крайне высокие параметры обработки информации характеризуют работу специализированных модулей, например, модулей, распознающих зрительные и звуковые образы. Эти блестящие результаты могут ввести в заблуждение сторонних наблюдателей, могущих сделать вывод о том, что для мозга такой режим обыкновенен и универсален. Но нет - в облегченных условиях мозг возвращается в экономичный режим, и демонстрирует гораздо более поверхностное принятие решений.

* К таким сложным для мозга (да и любого вычислителя) задачам относится долгосрочный прогноз развития событий в окружающем мире, предсказание сколько-то далёкого будущего. Поэтому, избегание такого рода задач приводит к отказу от долгосрочного планирования, и предпочтению сугубо краткосрочных целей, к "жизни одним днём". Помимо прочего, это приводит к предпочтительному формированию вертикально-консолидированных социальных структур, вместо горизонтальных, требующих более эффективного предсказания будущего.

Уважаемые читатели!

Вы можете выразить своё отношение к прочитанному, поддержав (или не поддержав) автора материально.

Перечисления (произвольной величины) можно делать на Яндекс-деньги 41001929704145 (рубли) или

на Webmoney Z515232744746 (доллары). Вы также можете высказать своё мнение по электронной почте.

Литература

1. С.В. Савельев. Энергетический подход к эволюции мозга

2. Гари Маркус. Несовершенный человек. Случайность эволюции мозга и ее последствия.

3. Канеман Д., Словик П., Тверски А. Принятие решений в условиях неопределенности

Все тексты Анатолия Протопопова

Content

Протопопов Анатолий Ильич Мозг экономичный

Мозг экономичный