Существенное влияние на развитие нейрокибернетических исследований в этот период оказали работы таких отечественных ученых, как П. К. Анохин, И. М. Гельфанд, В. С. Гурфинкель, М. Н. Ливанов, А. В. Каляев и ряд других. Важным достижением этого периода являлось доказательство способности головного мозга превращать программное обеспечение в аппаратное и обратно. В частности, записывать команды в кратковременную память и после извлечения использовать их для выполнения. Было также показано, в ходе интроспекции мозг способен как бы перемещать свое «аппаратное обеспечение» на информационный вход и даже делаться его исполняемой программой. При этом информационное воздействие может осуществляться как в виде собственно информационных сигналов, так и в виде программ-инструкций.
Становление НИИ нейрокибернетики пришлось на годы, когда интерес к нейрокибернетике как в СССР, так и во всем мире в силу ряда объективных и субъективных факторов упал. Резкое сокращение финансирования, в первую очередь, со стороны военно-промышленного комплекса, привело к тому, что институт, располагая рядом приоритетных разработок, оказался не готов к серьезному техническому прорыву на основе использования новейших технологий. Однако, используя существующие технологии, в институте были выполнены разработки, не имевшие аналогов в мире. Иллюстрацией этого может стать создание специальных визуальных сенсоров для систем распознавания образов (А.И.Самарин), в создании которых специалисты института опередили своих западных коллег почти на полтора десятка лет.
В том виде, в котором она сложилась к настоящему времени, нейрокибернетика - это важнейший раздел кибернетики, связанный с моделированием различных функций нервной системы и органов чувств. Она играет роль своеобразного моста между формальными нейронными сетями, являющимися базой для создания систем искусственного интеллекта, и «живыми» реальными нервными сетями, способными порождать в ходе своего функционирования целый спектр перцептивных и когнитивных процессов, природа которых сегодня все еще не известна. Необходимость существенного продвижения в понимании механизмов этих процессов связана с все более отчетливым осознанием того, что развитие современного общества неразрывно связано с развитием NBIC-технологий и систем, что неизбежно приведет к трансформации существующих представлений о роли и значимости нейрокибернетики. В частности, в рамках проекта «Blue brain» поставлена задача создать предельно реалистичную модель базового структурно-функционального элемента нервной организации - так называемой, корковой колонки. Ожидается, что модель будет демонстрировать свойства, характерные для ее биологического прототипа. Есть также достаточно серьезные основания полагать, что с использованием нейроинформационных технологий именно нейрокибернетикой будет найден подход к развитию функций мозга и способов прямой коммуникации мозга с внешним миром, сопоставимый по своим социокультурным последствиям с изобретением письменности.
Создание более реалистичных моделей нейрона и нейронных сетей позволяют ученым НИИ НК, уже сегодня создавать модели, позволяющие с высокой точностью распознавать расположение источника звука в пространстве и демонстрирующие неизвестные ранее особенности слухового восприятия (Р. А. Тикиджи-Хамбурьян). Сейчас среди множества разработок для института нейрокибернетики является приоритетной разработка пакета программ NeuroCAD 2.01, предназначенного для конструирования многомерных моделей нейронных сетей и исследования пространственновременной динамики активности нейронов, создание реалистических нейросетевых моделей, имитирующей временную динамику реальной активности нейронов зрительной коры (Р. А. Тикиджи-Хамбрьян и др.).
2. Основные направления развития нейрокибернетики
Разработка и внедрение интеллектуальных систем управления в различных областях науки и техники обусловила интерес многочисленных исследователей к нейрокибернетике. Исследования в этой области сопровождаются разработкой новых авторских моделей и методов обучения нейронных и нейроподобных сетей, а также устройств, для их моделирования. Рассмотрим некоторые направления развития более подробно.
Замещением утраченных функций человечество интересовалось с давних времен. Недавно появились сообщения о первом протезе, найденном в древнем захоронении в Египте. Он представляет собой деревянный протез большого пальца ноги сохранившейся мумии. Значительно позднее, в эпоху Возрождения, появились первые механические протезы конечностей. Во второй половине XX века, во время интенсивного развития электроники, стало возможным создание принципиально новых протезов конечностей, максимально по своим механическим свойствам приближающиеся к оригиналу. Совершенствовались и способы передачи управляющих воздействий на протез со стороны организма. Предлагалось использование мышечных биопотенциалов в качестве управляющих сигналов.
В настоящее время используется принцип непосредственного трансформирования нервных биопотенциалов в управляющие сигналы при помощи нейроэлектронного интерфейса. Благодаря разработке такого интерфейса реализованы протезы верхних и нижних конечностей (производитель - корпорация «Siemens»), протезы глаза, уха. Интенсивно ведутся разработки по созданию серийных мозговых имплантов, являющихся, по сути, протезами отдельных функциональных возможностей головного мозга.
Возможность замены естественных сердечных клапанов, разрушенных в результате патологических процессов, на искусственные клапаны открыло новую страницу в кардиохирургии. Успехи развившейся хирургии сердечных клапанов стимулировали к созданию полностью искусственного человеческого сердца, что стало возможным благодаря проведению многоцентровых исследований и многомиллиардным инвестиционным программам.
Мозговые имплантанты в настоящее время привлекают пристальное внимание специалистов многих областей. Работами отделения нейрофизиологии института экспериментальной медицины, руководимого Н.П. Бехтеревой, заложены краеугольные камни данного направления. При помощи методики хронических глубинных внутримозговых электродов были получены фундаментальные знания относительно физиологии глубинных структур головного мозга человека и их роли в обеспечении психической деятельности. Раскрыты механизмы, обеспечивающие долговременную память, определена роль гибких и жестких звеньев мозговых систем как одного из физиологических принципов функционирования головного мозга человека. Обнаруженные в ходе исследований механизмы формирования устойчивого патологического состояния позволили выполнить сложные нейрохирургические вмешательства на подкорковых структурах с целью коррекции нарушенных функциональных внутримозговых взаимоотношений. Сегодня применяются мозговые имплантанты при лечении эпилепсии, торсионной дистонии, паркинсонизма, эндогенной депрессии. Есть надежда, что в ближайшем будущем мозговой код психической деятельности человека будет раскрыт. А это значит, что человечество впервые получит доступ к управлению эмоциями, памятью, творчеству и мыслительным процессам через реализацию какого-то, пока еще неизвестного нейрокомпьютерного интерфейса. Это ознаменует принципиально новый этап эволюции человека - появление homo intellectus, или homo informaticus. Коррекция нарушенных функций организма в целом и отдельных органов также нашла свое отражение в современной высокотехнологичной медицине. Широкое распространение получили кардиостимуляторы. Активная часть кардиостимулятора в виде внутрикамерного электрода соприкасается с миокардом, выполняя роль искусственного водителя сердечного ритма, компенсируя, тем самым, нарушенную функцию проводящей системы сердца.
Рецепторные возможности человеческого организма достаточно широки и совершенны. В плане восприятия окружающей среды и приспособления к ней этого разнообразия вполне достаточно. Посетовать можно разве что на ночное зрение, хотя дневное зрение с такой цветовой и пространственной возможностью оставляет далеко позади все остальные виды. Уникальные способности летучих мышей к пространственной ориентировке при помощи высокочастотных звуковых колебаний, способность дельфинов улавливать инфразвук ставят человека в менее выгодное положение по способности восприятия звуков среди этих животных. Непосредственной необходимости в этом, конечно же, нет, но сама возможность оказалась бы не лишней. Представьте себе человека, который свободно ориентируется как в абсолютно темном помещении, так и в морских глубинах. Именно для исследования морского дна и применяется принцип эхолокации. Сегодня существуют реальные возможности расширения «чувственного восприятия » человека. В связи с трагическими событиями 11 сентября 2001 года в США встал вопрос о предупреждении террористических актов. Стал актуален вопрос об обнаружении взрывчатых веществ в общественных местах и госучереждениях. В этих условиях и нашли свое применение разработки по созданию так называемых «электронных носов».
Диагностические системы. Спектр микроэлектронных устройств, позволяющих регистрировать отдельные биохимические и электрофизиологические показатели, достаточно широк. С их помощью можно определять значение важнейших гомеостатических показателей (концентрацию глюкозы, важнейших электролитов, рН крови, давление крови, температуру тела и др.). Подобные устройства могут быть имплантированы в тело человека и собирать, таким образом, важнейшую информацию о текущем состоянии основных, либо частных показателей, в зависимости от поставленной задачи и патологического состояния. При наличии хронического заболевания подобный мониторинг мог бы быть крайне полезен. Информация с имплантированных датчиков может поступать по сети на сервер и при помощи программного обеспечения формировать базу данных пациента. При помощи таких систем можно осуществлять контроль за состоянием физиологических показателей множества пациентов, находящихся в любом отдалении как друг от друга, так и от сервера. Оценку поступающей информации производит специалист, дает рекомендации, осуществляет текущую медикаментозную коррекцию. В качестве специалиста может выступать и экспертная система.
Список подобных «усовершенствований» можно значительно расширить, но до полноценного применения и внедрения в повседневную жизнь необходимо решить ряд проблем.
При создании любых механических или электронных устройств перед исследователем стоит ряд вопросов, от успеха решения которых зависит и успешность применения данных устройств. Среди целого круга вопросов можно выделить методологические, технологические (биологическая адекватность, миниатюризация, минимальная травматичность при максимальной эффективности), техническое совершенство, а также социально-правовые и психологические, морально-этические и философские проблемы.
Основной проблемой когнитивной науки является ограниченные возможности человеческого мозга. И хотя нейробиология, биохимия, генетика способны значительно увеличить его потенциал, он имеет пределы развития, обусловленные биологией. Нейрокибернетика может решить эту проблему. Эта наука рассматривает мозг и компьютер как единое целое, что расширяет возможности увеличения скорости и объема познания практически до бесконечности.
В последние годы нейрокибернетика развивается семимильными шагами. Чтение мысли больше не является научной фантастикой. Уже созданы первые интерфейсы, позволяющие управлять простыми операциями машин и компьютеров с помощью мысли. В 2011 году компания «Тойота» представила инвалидное кресло, управляемое мыслью пассажира. В ближайшее время в одном из торговых центров Москвы должен появиться аттракцион, в котором все желающие смогут собирать кубики на экране компьютера, не используя механические средства ввода, а только думая о том, что происходит на экране. Пройдет совсем немного времени и «мысленный интерфейс» из дорогостоящей игрушки превратится в неотъемлемую часть нашего быта. Это окончательно объединит человека и компьютер. Работа с базами данных, выход в Интернет - для этого будут не нужны монитор и клавиатура, достаточно будет воображения.
Какие последствия для образовательной системы несет в себе развитие нейрокибернетики? Сегодня информатизация умственного труда приводит к замене человека машиной. Но пока невозможно заменить всех специалистов машиной. Там, где требуется принятие решений, творческий подход, идеи и научный анализ, еще долгое время будет необходим человеческий разум. Зато компьютер может избавить его от большого объема рутинной работы. К такой работе, кроме вычислений, можно отнести и запоминание. Как известно это важнейшая часть процесса обучения. Так как нейрокибернетика рассматривает человека и компьютер, как единое целое, запоминание может происходить не в структурах человеческого мозга, а в памяти его компьютера. Поэтому мысленный интерфейс сделает многие профессии доступными в течение более короткого времени. Изучить профессию станет делом нескольких дней. Стандартные профессии превратятся в «оцифрованные». Эти прогнозы могут показаться кощунственными для консервативно настроенного образовательного сообщества. Но как бы мы к этому не относились - процесс этот идет своим чередом. Уже сегодня можно наблюдать «оцифровывание» бухучета или инженерных специальностей.
Раньше необходимо было несколько лет учиться на бухгалтера. Сегодня необходимо несколько месяцев на освоение бухгалтерской программы. Многие бухгалтеры, работающие на современных программах, с трудом разбираются в проводках. Многие строительные инженеры не вспомнят ни одной формулы из сопромата - все есть в программе. И таких примеров все больше и больше.
Разучимся ли мы в будущем читать? К сожалению, такая возможность действительно существует. Как доказал Уильям Джеймс (William James, 1890), сознание исчезает из тех процессов, где оно больше не требуется, переключаясь на другие, в которых оно всё еще существует. Появление мысленного интерфейса и оцифрованных профессий вовсе не означает «отупения» человека. Просто человеческий мозг будет использоваться более эффективно. Тандем компьютер - человек, объединенный мысленным интерфейсом, будет владеть и оперировать многократно большим объемом информации чем человек как биологическая особь.
нейрокибернетика образовательный искусственный интеллект
Заключение
Нейрокибернетика -- научное направление кибернетики, изучающее основные закономерности организации и функционирования нейронов и нейронных образований. В том виде, в котором она сложилась к настоящему времени, нейрокибернетика - это важнейший раздел кибернетики, связанный с моделированием различных функций нервной системы и органов чувств. Она играет роль своеобразного моста между так называемыми формальными нейронными сетями, являющимися базой для создания систем искусственного интеллекта, и «живыми» реальными нервными сетями, способными порождать в ходе своего функционирования целый спектр перцептивных и когнитивных процессов, природа которых сегодня все еще не известна.