Дэвид Иглмен - Живой мозг

Рис. 11.1. Великолепный марсоход Spirit сегодня представляет собой груду внепланетного металлолома стоимостью $400 млн

Spirit героически отбыл отведенный ему срок жизни. Конечно, было бы сумасшествием послать на Марс колонии астронавтов, которые продержались бы всего несколько лет, прежде чем превратиться в груду костей.

Это не критика выдающихся конструкторов НАСА. Проблема в том, что мы продолжаем строить роботов с жестко смонтированными электронными схемами. Если современный робот потеряет колесо, погнет ось или у него сгорит часть материнской платы, его песенка спета. Но посмотрите на животное царство: его обитатели получают повреждения и все равно продолжают жить. Они будут хромать, еле волочить ноги, но предпочтут скакать на оставшихся конечностях, в той или иной степени утратить силу, претерпеть какие угодно невзгоды, лишь бы упрямо двигаться к своим целям.

Волк отгрызет попавшую в капкан лапу, и мозг приспособится к необычному плану его тела, потому что возврат чувства безопасности соответствует его системе вознаграждения. Ему нужны кров, еда и поддержка стаи, и мозг быстро решает, как этого добиться.

Разница между самоходным роботом и волком упирается в выбор между информацией как таковой и информацией жизненно необходимой. В отличие от угодившего в капкан марсохода, волком движут насущные цели: избежать опасности и достичь безопасности. Его действия и намерения продиктованы угрозой нападения и требованиями желудка. Волк движется к собственным целям, и потому его мозг поглощает информацию не только об окружающей реальности, но и о том, на что способны его лапы, и преобразует эти способности в самые подходящие действия.

Волк готов хромать на трех лапах, потому что у животных не принято лечь и помереть от умеренного урона телу. Их примеру должны следовать наши машины.

Мать-природа знает, что не нужно жестко монтировать сеть в волчьем мозге, как и нет смысла жестко программировать сам мозг. С переменой плана тела и среды обитания меняются сложные взаимоотношения между способностями и действиями. Поэтому вместо заранее заданной схемы лучше создать инфотропную систему, которая на лету оптимизируется и самонастраивается на максимальную эффективность при достижении целей. Одни цели долгосрочные (выжить), другие — сиюминутные (выработать хватку, чтобы вцепиться в убегающего оленя); мозг во всех случаях настраивается на них.

Что нужно нашим роботам, чтобы сохранять работоспособность при повреждениях? Им потребуется умение активировать модифицированный план «тела» в сочетании с обеспечением необходимости питаться, общаться и выживать. Обладая такими характеристиками, они даже с отскочившим колесом или поврежденной деталью смогут адаптировать уцелевшие схемы, чтобы довести начатую задачу до конца. Представьте, что марсоход отпиливает застрявшее в грунте колесо и сам смекает, как двигаться на оставшихся колесах. Подобные принципы могут быть использованы при проектировании реконфигурирующихся машин, начинка которых соотнесет входные сигналы со своими целями и адаптирует к этому сочетанию свою систему управления. Когда они будут терять покрышки, ломать оси или рвать провода, сохранившаяся система перестроится должным образом, чтобы завершить выполнение задачи.

Для волка нет нужды в жестких схемах, как и для сестер Полгар, Ицхака Перлмана или Серены Уильямс. Мир слишком сложен, чтобы предвидеть все его коленца, и потому было бы невозможно спрограммировать гены так, чтобы они соответствовали всей многосложности мира. В конце концов, все в нем течет и меняется — тела, источники пропитания, соответствия между ресурсами, способностями, результатами. Вместо заранее заданных схем лучше спроектировать систему, которая станет самостоятельно совершенствоваться и приспосабливаться к изменившимся обстоятельствам для достижения своих целей.

* * *

Десятилетиями науку о мозге помогали двигать вперед технические достижения, от осциллоскопов и электродов до магнитно-резонансных томографов. Возможно, пришло время развернуть наконец вектор влияния, чтобы инженерная наука могла опираться на принципы и достижения биологии.

Нынешнее высокотехнологичное оборудование производится в фантастически стерильных помещениях богатейших компаний мира; при этом разработчики в своих поисках далеки от аналогии с подвижными созданиями Матери-природы — от собак до дельфинов, от людей до колибри, от панд до панголинов[64]. Им не требуется подключаться к электрической розетке, они находят собственные источники энергии, карабкаются, взбираются, бегают, прыгают, плавают, ползают и при некотором усилии способны освоить скейтборд, сноуборд или доску для серфинга. Все это возможно потому, что природа беспрестанно играет с генами, мастеря новые органы чувств и мышцы, а мозг сам соображает, как извлекать пользу из новых приспособлений. Живые существа способны перенести телесный урон — сломать ногу или лапу, лишиться полушария мозга — и при этом продолжать жить. Наши же нынешние устройства и приборы не обладают ни гибкостью, ни жизнестойкостью, свойственными живой природе.

Но почему же мы до сих пор не проектируем механизмы, основываясь на принципах пластичности мозга? Не будем к себе чрезмерно суровыми: в распоряжении Матери-природы имелись миллиарды лет, чтобы параллельно проводить триллионы экспериментов. Для нас почти непредставим временной горизонт подобного размаха, как непостижимо устройство мозга бесчисленных тварей, которые рождались на свет и топтали землю, резвились в водах или кружили в небесах.

Нам потребуется время, чтобы угнаться за природой. И очень хорошо, что мы уже начали взламывать коды вокруг нас.

Так как же нам исхитриться, чтобы встраивать принципы пластичности мозга в создаваемые нами устройства? Первое, что приходит на ум, — имитировать уже созданное природой. Вот хороший пример: тело мексиканской тетры, слепой рыбки, обитающей в подводных пещерах, сплошь покрывают сенсоры. Ориентируясь по перепадам давления воды и направлению течения, тетра умеет в непроглядной темени определять формы подводных объектов. Вдохновленные ее примером, сингапурские инженеры разработали искусственную версию сенсоров слепой тетры для подводных лодок1. Ни для кого не секрет, что освещение в подводных аппаратах требует массы энергии и губительно для подводных экосистем. Зато набор мелких маломощных сенсоров по образу и подобию тех, какими природа наделила слепую тетру, дают надежду «видеть» во тьме за счет движения вод.

Сенсорная биомимикрия — великолепный старт, но это только начало пути. Гораздо больший вызов — спроектировать нервную систему с plug-and-play периферией. Какая от этого польза? Рассмотрим для примера проблемы, с которыми постоянно сталкивается НАСА на Международной космической станции (МКС). Международное космическое сотрудничество — основа основ проекта. И в то же время — главная причина технической проблемы. Русские конструируют один модуль, американцы пристраивают другой, а китайцы — свой, китайский. В итоге постоянная головная боль МКС — координировать работу датчиков в модулях разных стран. Американские тепловые датчики не всегда синхронизируются с российскими датчиками вибраций, а китайские газоанализаторы с трудом сообщаются с остальными приборами и оборудованием станции. Проблемам нет конца, и МКС постоянно мобилизует инженеров на поиск все новых и новых решений.