Эксперты сравнили человеческий мозг и искусственный интеллект

Счет в уме

В биологии такого нет: нейроны проводят сигнал только в одну сторону и не имеют единого центра исправления ошибок. Реализовать такое обучение в нейроморфных нейросетях можно через локальное обучение. Наиболее популярный подход к такому обучению называется STDP (spike timing dependent plasticity). Его идея состоит в том, что синапсы, на которые сигналы пришли незадолго до генерации импульса нейроном, усиливаются, а синапсы, получившие импульс вскоре после этого, ослабляются. При таком подходе коррекция весов сети происходит за один проход сигнала по сети. В перспективе это позволит дешевле и эффективнее обучать большие модели.

По мере развития классических нейросетей программное описание нейронов абстрагировалось, их функции активации изменялись, увеличивалось количество слоев и менялись подходы к настройке связей между ними. Однако фундаментальная идея оставалась той же, поэтому нейросети, состоящие из связанных друг с другом математических функций, очень отдаленно напоминали человеческий мозг. Но и не будучи в большой степени нейроморфными, благодаря появлению мощных видеокарт, которые оказались способны быстро производить необходимые для работы нейросетей вычисления, они выросли в современные системы ИИ, которые умеют многое: распознавать и рисовать картинки, писать и переводить тексты, обыгрывать людей в сложные игры.

Наконец, еще одна особенность мозга — параллелизм работы независимых или слабо связанных друг с другом сетей. Еще в конце 1980-х годов ряд ученых выдвинули предположение, что для эффективной работы искусственных нейросетей потребуются массивно параллельные архитектуры. Правда, у таких архитектур есть проблема: затраты на синхронизацию параллельных вычислений быстро растут вместе с количеством вычислителей, что ограничивает выгоду от параллелизма. А вот биологические нейроны очень легко обходят эту проблему, потому что их работа не синхронизирована.

«При желании людей технологии все больше будут объединяться в то, что мы называем искусственным интеллектом. Появится гибридный интеллект. Это будет умная сеть каждого отдельного пользователя, для которых интеллект машины будет входить в некую гибридную связь с живым интеллектом. Мозг и компьютер будут обмениваться информацией при помощи набора импульсов, без символьной интерпретации», – поясняет заведующий кафедрой философии и права Пермского Политеха, кандидат философских наук Владимир Железняк.

Для того чтобы реализовать эту особенность человеческого мозга — возможность вычисления в памяти, — используют либо аналоговые, либо гибридные цифровые системы. В гибридных системах много нейронов одновременно вычисляется на одном из многих параллельных процессоров, каждый из которых обладает собственной памятью. В аналоговых системах каждый нейрон обрабатывается собственной электрической схемой. Такие схемы часто используют особые электрические элементы — мемристоры, которые способны изменять свое сопротивление в зависимости от протекающего через них электрического заряда и тем самым выполнять функцию встроенной в вычислительную схему памяти. Вычисления в памяти избавляют систему от конкуренции за доступ к памяти и позволяют не тратить большое количество ресурсов на частый перенос промежуточных данных между памятью и процессором.

Классические нейросети работают очень похоже на обычные компьютеры. Каждый нейрон можно описать всего несколькими числами, задающими наличие и важность входящих сигналов. На следующем шаге вычислений на основе этих чисел функция активации определяет для каждого нейрона, считается ли его исходящий сигнал включенным или нет. И в результате каждый нейрон классической нейросети обсчитывается на каждом вычислительном шаге компьютера.

Правда, каждый нейрон перцептрона был не сложной и развивающейся во времени живой клеткой, а математической функцией, которая выводила сигнал в зависимости от результата суммирования входных сигналов. Перцептрон состоял всего из трех слоев, между которыми все нейроны были связаны друг с другом, в отличие от структуры нейронных связей живого мозга, которая настолько сложна, что ученые до сих пор способны описывать только маленькие ее кусочки.

Таким образом, важнейшее свойство мозга, которое может повысить энергоэффективность нейросетей, — это импульсный характер передачи информации, то есть передача сигналов в виде последовательности импульсов во времени. При этом каждый импульс не имеет никаких других свойств, кроме времени отправки. Благодаря этому работа нейрона в такой системе сводится к простым реакциям на приход спайков, и реализовать их обработку можно в виде очень простой цифровой или аналоговой схемы.

Требовательный интеллект

В 1937 году Джон Захари Янг описал механизм передачи электрохимических сигналов нейронами на примере гигантского аксона кальмара. После войны идеями строения мозга вдохновлялся отец современных вычислительных систем физик и математик Джон фон Нейман, а нейрофизиолог Фрэнк Розенблатт создал первую искусственную нейросеть — перцептрон, который состоял из связанных друг с другом нейронов.

По словам эксперта, с одной стороны, человек создал искусственный интеллект, потому что не хотел делать различные повторяющиеся операции, которые он не мог запрограммировать при помощи стандартных методов и алгоритмов. Поэтому изначально искусственный интеллект рассматривался как автоматизация сложных процессов. С другой стороны, человек пытался сделать «думающую» машину. Сначала была попытка создать искусственный нейрон, а затем – научить его выполнять что-то полезное.

Импульсы — это тот тип информации, с которым работают живые мозги, а значит, импульсным нейроморфным системам будет не просто легче работать с данными в импульсном виде — возможно, они смогут подключаться к мозгу через нейроинтерфейсы и работать с его сигналами напрямую.

С точки зрения философа Владимира Железняка, человек добился создания искусственных почек, искусственного сердца, и, возможно, в будущем появится искусственный мозг. По его словам, философы задаются фантастическим вопросом, сможет ли искусственный интеллект стать носителем сознания. Например, сможет ли человек перевести свое сознание на искусственный мозг, если человеческий погибнет от инсульта.

22 июля отмечается Всемирный день мозга. Часто человеческий интеллект сравнивают с другой сложной системой с огромными возможностями решения задач – цифровым компьютером. Ко дню мозга ученые Пермского Политеха рассказали, почему человек начал создавать искусственный интеллект и какие угрозы несет его развитие.

Биологические нейроны обладают еще одной важной особенностью: они одновременно являются и вычислительными устройствами, и устройствами памяти, которые хранят информацию о силе синаптических связей с другими нейронами и концентрации нейротрансмиттеров разных типов в каждом синапсе.