IT-Байки: Думающий компьютер: в шаге от создания Терминатора / Аналитика

Пожалуй, самой большой и непознаваемой загадкой Природы для нас до сих пор остаётся наш собственный мозг. Да что там мозг человека – до сих пор никто толком не смог смоделировать работу мозга даже самого мелкого млекопитающего. Учёных, пытающихся "по винтикам" разобрать человеческий мозг и исследовать каждый его крохотный элемент, на современном этапе исследований можно сравнить разве что со средневековыми естествоиспытателями, которые вроде знали что вода мокрая, а молния может убить, но не имели ни малейшего представления о природе этих явлений. Что уж там говорить об уровне современных попыток моделирования или хотя бы имитации работы человеческого мозга. Казалось бы, что уж такого неразрешимого можно предложить современным суперкомпьютерам, с лёгкостью разбирающим человеческий геном, играющим в шахматы и с лёгкостью оперирующим с 13-млн.-значными числами? На практике оказывается не всё так просто. Тем более что мозг по сути имеет "архитектуру", совершенно отличную от наших классических ПК с их центральными процессорами, оперативной памятью, накопителями, интерфейсами и (ха!) блоком питания. Более того, даже в страшном сне не хотелось бы представить работу собственного мозга, каждый раз загружаемого по утрам операционной системой – люди по природе своей, безусловно, частенько "глючат" и сбоят, но слава Богу, Высшему Разуму или кому там ещё – не в такой степени фатально как современные операционки.

Если не брать во внимание многочисленные "сенсорные системы" человека: обоняние, зрение, осязание, вкус, слух, ежесекундно посылающие в наш мозг триллионы бит данных - даже эти источники информации нашего организма до сих пор толком не смоделированы. Что уж там говорить о душевных переживаниях и эмоциях. Так вот, даже если не брать во внимание несовершенство имитации всех этих чувств, остаётся самое главное, что с большим трудом даётся искусственным мозгам – самообучение. Между тем работы над моделированием и имитацией работы человеческого мозга в настоящее время ведутся множеством учёных коллективов во множестве стран. К настоящему времени учёные-нейрологи собрали предостаточное количество информации о принципе работы нейронов и того, что их соединяет – синапсах. Более того, программисты уже освоили написание кода, имитирующего межнейронные связи и способного имитировать даже "самообучение". Впрочем, до моделирования мозга в реальном масштабе – а это как-никак порядка 10 млрд. нейронов в кубическом сантиметре, пока ещё очень далеко.

Тема создания искусственного интеллекта, разумеется, весьма деликатная, но дивиденды, которые можно получить в результате создания "разума" по образу и подобию человеческого мозга, с лихвой окупят любые затраты на исследования.

Одним из наиболее серьёзных и масштабных проектов в этой области стоит назвать совместную работу ряда ведущих университетов США и компании IBM. Именно они получили от Управления перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ при Пентагоне (Defense Advanced Research Projects Agency, или просто DARPA) грант в размере $4,9 млн. на первую фазу проекта с условным названием DARPA's Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics, то есть, проект " системы Нейроморфической адаптивной пластически масштабируемой электроники. Сокращённо SyNAPSE, по сути – попытка создания подобия мозга млекопитающего, способного обучаться в процессе познания окружающего мира.

DARPA's Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics

Основная идея проекта SyNAPSE – создание так называемого "когнитивного компьютера" – "мыслящего" как мозг млекопитающего, решающего задачи как мозг млекопитающего, и, наконец, делающего самостоятельные выводы и принимающего самостоятельные решения на основе этих "умозаключений". Кстати отметить, месяц назад в рамках проекта SyNAPSE компания IBM выдвинула собственный план под названием "Cognitive Computing via Synaptronics and Supercomputing" (Когнитивные вычисления с помощью синаптроники и суперкомпьютеров), или C2S2. План описывает основополагающие исследования на ближайшие девять месяцев в области синаптроники (синаптических взаимодействий), материаловедения, нейроморфической схемотехники, моделирования на суперкомпьютерах и создания виртуальной окружающей среды. На первых порах исследования будут сфокусированы на создании маломощных синапсоподобных чипов в наномасштабах и уточнении функциональных особенностей микрочипов мозга. В дальней перспективе миссия C2S2 заключается в создании компактных когнитивных компьютеров с минимальным энергопотреблением, приближающихся по интеллекту к мозгу млекопитающего. Сейчас силы исследователей разделились следующим образом. Все нанотехнологические исследования и эксперименты с суперкомпьютерными вычислениями взяли на себя эксперты из Корнеллского университета (Cornell University) и Стэнфордского университета (Stanford University). Именно они заняты созданием аппаратной части когнитивного компьютера.

Программной частью проекта занимаются учёные из Университета Висконсин-Мэдисон (University of Wisconsin-Madison), Колумбийского университета (Columbia University) и сотрудники IBM. Научным руководителем проекта назначен Дхармендра Модха (Dharmendra Modha), менеджер IBM по инициативе когнитивных вычислений. Те кто более-менее в ладах с английским, могут послушать как в видеоролике ниже Дхармендра Модха рассуждает о ключевых особенностях и методах реализации различных узлов "думающего компьютера".

Здорово ошибутся те, кто полагает, что в команде учёных собрались исключительно специалисты по компьютерному "железу" – пусть и с приставкой нано-, а также программисты. Ничего подобного: команда, собранная IBM, включает в себя множество известных имён в области медицины, биологии, психиатрии и нейрологии. Так, на сайте Университета Висконсин-Мэдисон на днях появилась заметка одного из участников проекта SyNAPSE, психиатра Джулио Тонони (Giulio Tononi), который поделился некоторыми подробностями о сложностях, стоящих на пути исследователей. По мнению Джулио Тонони, задача построения компьютера, столь же быстрого и гибкого как мозг млекопитающего, не так проста как кажется с первого взгляда. Основная идея "думающего" компьютера заключается в создании системы, способной осуществлять целенаправленный отбор среди многочисленных потоков постоянно изменяющихся данных, выявлять в них закономерности и таким образом принимать "обдуманное" логическое решение. При всех имеющихся сложностях на пути написания "софта" и создания аппаратной части не следует забывать об одном из главных требований: финальная версия когнитивного компьютера не должна превышать габаритов мозга небольшого млекопитающего, а потребляемая мощность не должна превышать 100 Вт. На первых порах хотя бы так, хотя наш мозг ежедневно обходится и меньшей энергией. Профессор Тонони в этом отношении, похоже, заядлый оптимист, ибо он считает, что наш мозг является доказательством возможности его повторения. Что касается задач, поставленных DARPA, в число требований входит создание структур с 10¹⁰ нейронами, 10¹⁴ синапсисами; работающая с временной динамикой, сравнимой с биологическими системами; потребляющая не более 1 кВт энергии; имеющая объём не более 2 литров; оснащённая интерфейсами для сенсорных вводов и моторизованных выводов. Несмотря на то, что проект "черпает вдохновение" из архитектурных и функциональных особенностей мозга, слепое копирование структуры мозга до уровня отдельных синапсисов, по мнению Тонони, невозможно и даже нежелательно. По его словам, с помощью тщательных исследователей учёные намерены определить какие типы нейронов действительно играют ключевую роль, и без моделирования работы которых можно обойтись. Если быть точнее, учёным предстоит выяснить что именно является необходимым условием для придания искусственному интеллекту функции обучения и самообучения на основе "жизненного" опыта. "Система жизненных ценностей – вот что является важнейшим аспектом", говорит Тонони. "Ключевой момент искусственного разума - обучение методом проб и ошибок, именно так, как учимся мы на протяжении всей своей жизни". Таким образом, очень важна система реагирования на выпущенные нейронами нейромодуляторы. Взять, к примеру, кота, который нечаянно шлёпнулся на горячую сковородку. "Дело в том, что в этот момент каждый нейрон мозга знает - что что-то изменилось", разъясняет Тонони. "Он как бы говорит мозгу – Эй, я уже подпалился, и если ты намерен что-то менять, самое время сделать это". Таким образом, подпалившийся кот не только мгновенно спрыгивает со сковородки, но также учится никогда так больше не делать. И всё же до имитации мозга самой заурядной зверушки пока далеко. "Я был бы счастлив создать мозг мыши", говорит Тонони. "Имитация мозга мыши – замечательная цель. А затем будет не так уж сложно масштабировать изобретение до мозга крысы, затем кота или даже обезьяны". Тут будет нелишним упомянуть, что совсем недавно группа исследователей из IBM, работающая над когнитивными вычислениями, уже продемонстрировала почти в реальном времени имитацию работы мозга небольшого млекопитающего. В работе использовались когнитивные вычислительные алгоритмы в связке с суперкомпьютером IBM BlueGene. Когда-то наступит время когда "искусственные мозги" смогут поместиться в футбольный мяч, однако сейчас учёные используют BlueGene в качестве своеобразного полигона для обкатки моделирования разных возможностей, "обкатки" математических гипотез различных функций и структур мозга, отбраковки ненужных и тупиковых идей, разработки микро- и макроузлов искусственного интеллекта.

Ух! Дух захватывает! Смотрите что он говорит: сначала, мол, смоделируем мозг мыши, потом то-сё и доберёмся до обезьяны. А дальше почему-то умалчивает. Но мы то знаем, что дальше будет модель мозга человека, а потом суперчеловека, а затем появится искусственный супермозг, который уж точно додумается как нарастить свои умственные способности без участия людей. Вот начитаешься такого на ночь, и что приснится – неизвестно. Кто в конце концов победит – Супермозг, Ктулху, Терминатор? Или всё же придут марсиане и как тот лесник всех разгонят? Или Большой Адронный Коллайдер успеет бабахнуть первым, чтобы не наступило то время когда Человеческий Мозг – величайшее творение во вселенной, станет второсортным мыслительным аппаратом? Куда ни кинь – по множеству направлений Человечество приблизилось к умопомрачительно неизведанным фронтирам. И если всё же Вселенная когда-нибудь не взорвётся от такой человеческой настырности и наглости, значит, будем жить в совершенно новом мире, очертания которого даже примерно представить сейчас не получится. Ссылки по теме:

Материалы для дополнительного чтения: