Верховный алгоритм. Как машинное обучение изменит наш мир - Педро Домингос

У слепых от рождения зрительная кора может брать на себя другие функции головного мозга. У глухих то же самое делает слуховая кора. Слепые могут научиться «видеть» с помощью языка, если прикрепить к нему электроды и направить по ним зрительные образы от прикрепленной к голове камеры. Высокое напряжение будет соответствовать ярким пикселям, низкое — темным. Слепой ребенок по имени Бен Андервуд научился ориентироваться в пространстве с помощью эхолокации, как летучие мыши. Щелкая языком и слушая эхо, он мог ходить, не натыкаясь на препятствия, ездить на скейтборде и даже играть в баскетбол. Все это доказывает, что головной мозг везде использует один и тот же алгоритм обучения и области, выделенные для различных чувств, отличаются лишь поступающими в них входными данными (например, от глаз, ушей, носа). В свою очередь, ассоциативные зоны выполняют свои функции, потому что связаны с многочисленными сенсорными областями, а «исполнительные» свои — потому что соединяют ассоциативные зоны с двигательными нервами.

Изучение коры головного мозга под микроскопом подтверждает этот вывод. Везде повторяется тот же рисунок соединений: шестислойные колонны, петли обратной связи, ведущие в другую структуру мозга — зрительный бугор, а также повторяющиеся короткие тормозящие пути и более длинные возбуждающие. Имеется некоторое количество вариантов этой схемы, но они скорее похожи на разные параметры, настройки одного и того же алгоритма, чем на разные алгоритмы. Сенсорные зоны низкого уровня отличаются сильнее, но, как показали описанные выше эксперименты, и эти отличия не критичны. Мозжечок, самая древняя эволюционно часть головного мозга, которая отвечает за общую координацию движений, явно имеет другую, очень регулярную архитектуру, основанную на намного меньших нейронах, поэтому может показаться, что по крайней мере обучение движениям происходит по другим алгоритмам. Однако если у человека поврежден мозжечок, кора головного мозга берет на себя его функцию, то есть, вероятно, эволюция сохранила мозжечок не потому, что он делает то, чего не умеет кора, а просто потому, что так эффективнее.

Вычисления, происходящие внутри головного мозга, тоже единообразны. Вся информация представлена в виде электрических импульсов между определенными нейронами. Одинаков и механизм обучения: воспоминания формируются путем биохимического укрепления соединений между действующими вместе нейронами — так называемой долговременной потенциации. Все это верно и для животных: хотя мозг человека необычно велик, принципы его строения, по-видимому, те же самые.

Еще одна линия аргументов в пользу единообразия коры головного мозга — это, так сказать, бедность генома. Количество соединений в мозге человека более чем в миллион раз превышает количество «букв» в геноме, поэтому геном физически не в состоянии подробно закодировать строение мозга.

Однако самый важный аргумент в пользу того, что мозг — это Верховный алгоритм, заключается в том, что он отвечает за все, что мы способны воспринять и представить. Мы не узнаем о существовании того или иного явления, если мозг не сможет его постичь: либо просто не заметим, либо посчитаем случайностью. Так или иначе, если «встроить» головной мозг в компьютер в виде алгоритма, он сможет узнать все, что можем узнать мы, поэтому один из подходов к разработке Верховного алгоритма — и, пожалуй, самый популярный — обратный инжиниринг головного мозга. Джефф Хокинс затронул его в своей книге On Intelligence[20]. С ним Рэймонд Курцвейл[21] связывает свои надежды на сингулярность — появление искусственного интеллекта, который значительно превосходит человеческий. И даже пробует силы в этом подходе в своей книге How to Create a Mind[22]. Тем не менее, как мы увидим, это лишь один из нескольких возможных подходов, причем не обязательно самый многообещающий, потому что головной мозг невероятно сложен, а мы все еще находимся на очень ранних стадиях его расшифровки. С другой стороны, если мы не сможем отыскать Верховный алгоритм, никакой сингулярности в обозримом будущем не предвидится.

С теорией единого строения коры согласны не все нейробиологи, и для прояснения этого вопроса потребуются дальнейшие исследования — ведь жаркие дебаты вызывает даже вопрос, где пределы способностей мозга. Но если есть то, что знаем мы, а мозг не может узнать, это должна была узнать эволюция.

Нескончаемое разнообразие форм жизни на Земле — результат действия единого механизма: естественного отбора. Что еще примечательнее, информатикам хорошо знаком механизм такого типа: это итеративный поиск, при котором проблему решают путем перебора множества кандидатов, выбора и модификации лучших и повторения этих шагов столько раз, сколько необходимо. Эволюция тоже алгоритм. Перефразируя Чарльза Бэббиджа, пионера вычислительных машин, жившего в Викторианскую эпоху, Бог создал не виды, а алгоритм создания видов. «Бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм», о котором Дарвин пишет в заключении к «Происхождению видов», скрывает от нас самое прекрасное — единство. Все эти формы закодированы в цепочках ДНК, и все они возникают путем модификации и сочетания этих цепочек. Кто бы подумал, что такой алгоритм способен породить нас с вами? Если механизмы эволюции оказались способны создать человека, они, видимо, смогут узнать все, что только можно узнать, если ввести их в достаточно мощный компьютер. И действительно, эволюционное программирование, основанное на симуляции естественного отбора, — популярная отрасль машинного обучения. Таким образом, эволюция — еще одна многообещающая тропинка, которая может привести нас к Верховному алгоритму.

Эволюция — это высший пример того, на что способен единый алгоритм обучения, если дать ему достаточно данных. Входные данные для эволюции — это опыт и судьба всех когда-либо существовавших живых существ (вот это правда большие данные). Но с другой стороны, более трех миллиардов лет на самом большом компьютере на нашей планете — самой планете Земля — работает эволюция. Поэтому хотелось бы, чтобы ее компьютерная копия была быстрее и требовала меньше данных, чем оригинал. Какая модель лучше подходит для Верховного алгоритма: эволюция или мозг? Это похоже на старый спор о «наследственности или воспитании», и, как человека формирует и то и другое, возможно, истинный Верховный алгоритм будет содержать оба элемента.

В вышедшем в 1959 году знаменитом эссе физик и нобелевский лауреат Юджин Вигнер восхищался «необъяснимой эффективностью математики в естественных науках». Каким чудом законы, выведенные на основе немногочисленных наблюдений, применимы далеко за их пределами? И почему законы на много порядков точнее, чем данные, на которых они основаны? А самое главное, почему простой, абстрактный язык математики может так точно описывать столь многое в нашем бесконечно сложном мире? Вигнер считал это глубокой тайной, в равной степени радостной и непостижимой. Тем не менее все так и есть, и Верховный алгоритм — логическое продолжение этого феномена.