БИОНИКА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА⁠⁠

Глава 5. Стр 60-67 из книги Еремин А. Л. Биофизика интеллекта и физика интеллектуальных систем. — Санкт-Петербург: Лань, 2024. — 116 с.

Важные исследования задерживаются из-за того,
что в той или иной области неизвестны результаты,
уже давно ставшие классическими в смежной области.
Норберт Винер (1894—1964)

5.1. Некоторые современные тренды ИИ и информационно-коммуникационных технологий

Бионика или биологически вдохновленная инженерия — это применение биологических методов и систем, встречающихся в природе, для изучения и проектирования инженерных систем и современных технологий.
При всей моде в XXI веке на искусственный интеллект (ИИ) в научных публикациях некоторыми учеными отмечается, что "у нас никогда не будет настоящего ИИ без предварительного понимания мозга".
Технология искусственного интеллекта широко используется в промышленности, правительстве и науке. Вот некоторые известные приложения:
 продвинутые поисковые системы в Интернете (например, Google Patent),
 системы рекомендаций (используемые YouTube, Amazon и Netflix),
 понимающие человеческую речь (такие как Google Assistant, Siri и Alexa),
 самоуправляемые автомобили (например, Waymo),
 инструменты для генерации и творчества (ChatGPT и AI art),
 игра и анализ в стратегических играх (таких как шахматы и Го)
 распознавание образов и дополненная реальность и пр.
Но это всего лишь часть огромного спектра, что может естественный интеллект (ЕИ). Таким образом, вышеперечисленное можно отнести к "агентам ИИ".
Общий искусственный интеллект (artificial generalintelligence, AGI) - гипотетический тип интеллектуального агента, который, в случае реализации, мог бы научиться выполнять любую интеллектуальную задачу, которую могут выполнять люди. Его создание входит в число долгосрочных целей отрасли. Создание AGI является основной целью некоторых исследований в области искусственного интеллекта и таких компаний, как OpenAI, DeepMind и Anthropic.
Различные же области исследований ИИ сосредоточены вокруг конкретных целей и использования определенных инструментов. Традиционные цели исследований ИИ включают в себя рассуждения, представление знаний, планирование, обучение, обработку естественного языка, восприятие и поддержку робототехники.
Попробуем обозначить всего лишь некоторые принципы, которые еще не понятны из нейронаук, чтоб через бионику воплотить их в физико-технической сфере.
В современности обозначены некоторые стратегические направления развития сложных кибер-физических систем искусственного интеллекта.
Искусственный интеллект (ИИ) (artificial intelligence, AI): способность приобретать, обрабатывать, создавать и применять знания, определенные в форме модели, для выполнения одной или нескольких поставленных задач.Комплекс технологических решений, позволяющий имитировать когнитивные функции человека (включая самообучение и поиск решений без заранее заданного алгоритма) и получать при выполнении конкретных задач результаты, сопоставимые как минимум с результатами интеллектуальной деятельности человека. Область компьютерных наук, в которой особое внимание уделяется моделированию процессов человеческого интеллекта машинами, которые работают и реагируют как люди.
Естественный интеллект (ЕИ). То, что мозг человека является общепризнанной интеллектуальной системой не вызывает сомнений. Рассматриваются различные аспекты интеллектуальной системы мозга: как распределенной интеллектуальной системы обработки, приложения когнитивных динамических систем, которые представляют собой тип интеллектуальной системы, вдохновленной мозгом.
Безопасность ИИ. Аспекты ИИ, киберфизических систем и роботов, дополненной и виртуальной реальности и связанных с ними этическими, правовыми и гигиеническими проблемами – тема научных обзоров, дискуссий и требует законодательного регулирования.
Некоторые направления информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), связанных с ИИ и программным обеспечением (ПО). В бурно развивающейся сфере ИКТ много направлений. Обозначим некоторые из них.
Цифровая трансформация – информационные тренды в биотехнических системах. Информация – это сведения, сообщения, данные, и если нет приемника-наблюдателя, который их активно ищет, или готов их воспринять, то так они и останутся в виде атрибутов физики неживой природы во всевозможных хранилищах-библиотеках, объектах макромира и микромира, или живой природы. Между тем, человек любопытен и любознателен, с врожденным инстинктом, открытым И.П.Павловым, - "что такое", - постоянно ищет, находит, изобретает новые физико-технические приспособления, увеличивающие возможности своих собственных информационных анализаторов. Цифровая трансформация - цель развития Российской Федерации на период до 2030 года; комплексное преобразование деятельности участников отрасли и органов исполнительной власти, связанное с переходом к новым бизнес-моделям, каналам коммуникаций, а также процессам и культуре, которые базируются на новых подходах к управлению данными с использованием цифровых технологий.
Дополненная реальность (англ. augmented reality, AR) — результат введения в зрительное поле любых сенсорных данных с целью дополнения сведений об окружении и изменения восприятия окружающей среды. Находит своё применение в медицине, промышленном производстве, военных технологиях. Технология Google Glass, - умные очки, с компьютерным обеспечением, отображением информации для пользователя с помощью головного прозрачного дисплея, пользователи общаются с Интернетом с помощью голосовых команд на естественном языке.
Некоторые биотехнические информационные тренды, связанные с агентами ИИ представлены на рисунке 5-1.
Оптимизация интерфейсов – на сегодняшний момент бурно развивается, многообразна. От всевозможных вариантов оптимизация наручного интерфейса, улучшения дисплеев и гаджетов, повышения эргономичности клавиатур, до поиска вариантов моделей мозг-компьютерный интерфейс (BCI), разработки стратегий оптимизации сенсорных нагрузок путем оценки у авиапилотов информационных нагрузок при наблюдении за множеством экранов видеотерминалов и приборов, трехмерных голограмм и пр.
Всемирная энциклопедия - предвосхищенный Г.Уэлсом в 1938 в эссе "Мировой Мозг" - феномен глобальной синтетической, постоянно-обновляемой энциклопедии, появился в 2001 в виде Википедии, которая к настоящему времени развилась до ~300 языков, >40 млн статей, в enWiki >4 млн редакторов (количество редакторов, и соответственно - качество некоторых статей, в ruWiki ниже), пользователей в мире - 6,3 млрд; способствует распространению новых научных работ, отражает не только текущее состояние науки, но и влияет на ее формирование в будущем.
Облачные технологии (облачные вычисления, Cloud computing) — возможности получать специальные вычислительные ресурсы через сеть, например, оперативную память, сетевые соединения, пространство на диске для решения самых разных задач (в том числе и IT).

Умные очки с распознаванием объектов и субтитрами Google Glass
Агенты ИИ управления транспортными средствами

Оптимизация интерфейса наручного,
без стекольного, голографического
Управление спутниковой группировкой "СФЕРА" Роскосмос

ПО медицинской визуализации с выставлением диагнозов ПО телескопии и Стратегия астробиологии НАСА (2015)

Рис.5-1.Некоторые биотехнические информационные тренды, связанные с агентами ИИ

Скопия (от гр.σκοπεῖν, skopein"смотреть или видеть")-важный источник для человека получения информации. Сложно переоценить значение ПО при микроскопии в различных сферах на микро- и нано- уровне, медицинской визуализации и телемедицине, телескопии на макро- уровне.

5.2. От нерешенных проблем бионики интеллекта и обратной сборки мозга к стратегиям разработок ИИ

Как о Homo sapiens иногда отзываются, как о венце биологической эволюции, так и искусственный интеллект (ИИ) можно обозначить, как венец цифровой трансформации. Между тем, много проблем с пониманием природного естественного интеллекта (ЕИ), достаточно в поисковике посмотреть их некоторые перечни "нерешенные проблемы нейробиологии".
На Всемирном саммите по информационному обществу (WSIS), организованному ООН в 2019, ЮНЕСКО подчеркнула вклад ИИ в устойчивое развитие.Указом ПрезидентаРФот10.10.2019г.№490 утверждена "Национальная стратегия развития искусственного интеллекта на периоддо 2030 года", в которой обозначаются новые тренды развития вплоть до "универсального интеллекта".
Между тем ИИ равный ЕИ не создан. Пока инженеры и программисты работают над созданием и совершенствование только отдельных агентов ИИ, но по множеству направлений: от машинного обучения (machinelearning) и попыток моделирования в компьютерах работы нейросетей (artificial neural network), до распознавания образов (pattern recognition) и пр.
Бионика интеллекта— прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур ЕИ, может касаться принципов, наблюдаемых при получении, обработке, производстве информации в естественных информационно-интеллектуальных системах.
Обозначим некоторые проблемы, которые не решены в агентах ИИ, но которые реализованы в ЕИ(рисунок 5-2).
Нейропластичность — это способность нейронных сетей в мозге изменяться посредством роста и реорганизации.Существуют два типа нейропластичности: структурная и функциональная, - которым посвящены специальные научные исследования и обзоры.
Фактор роста нейронов—небольшой секретируемый белок, поддерживающий жизнеспособность нейронов, стимулирующий их развитие, рост и активность. Впервые выделен нобелевскими лауреатами Ритой Леви-Монтальчинии и Стэнли Коэном в 1956 году. Аналогов в инженерно-технических достижениях в ИКТ не известно. Инженеры в таких случаях не расстраиваются, ссылаясь на то, что в биологии не наблюдается аналогов, изобретенных человечеством колеса, двигателя внутреннего сгорания и орбитальной группировки спутников.
Синаптический прунинг ("нейрональный прунинг", англ. Synaptic pruning) — сокращение числа синапсов или нейронов, удаление избыточных связей для повышения эффективности нейросети. Название явления происходит от английского глагола "to prune" — прореживать, подрезать ветви (кустарника, дерева). Считается, что целью синаптической обрезки является удаление ненужных нейронных структур в мозгу; по мере развития человеческого мозга более простые ассоциации, заменяются сложными структурами. Тремя моделями, объясняющими синаптическую обрезку, являются дегенерация аксонов, ретракция аксонов и выпадение аксонов.60 лет назад Хьюбелом и Визелем было открыто, что изменения в активности нейронов могут вызывать перестройку центральной нервной системы. К настоящему времени растет количество доказательств того, что молекулы иммунитета и клеточной гибели являются важными механистическими звеньями, с помощью которых изменения в нервной активности направляют сокращение специфических синапсов, подчеркивая роль глиальных клеток в этом процессе.Пока нет аналогов в агентах ИИ как "росту связей", так и "удалению связей".
Трудная проблема сознания – модель синтеза сенсорной информации, памяти и мотивации (А. Иваницкий) Проблема объединения информации – модель интегративной теории информации (Д. Тонони)

Рис.5-2. Структурно-функциональные феномены естественного интеллекта
Память, избирательность информационной функции, – за исследования физиологических основ хранения памяти в нейронах нобелевскими лауреатами в 2000 году стали Э.Кандель, А.Карлссон и П.Грингард. Отбор верифицированных знаний, запоминание важной информации и забывание не актуальной – остается проблемой моделей ИИ.
Творчество: озарение (инсайт), эврика, эмерджентность (появление) новой идеи – синтез новой информации по закономерностям синергетики,"объединения информации" или др. – не решенная проблема ИИ.
Трудная проблема сознания (hard problem of consciousness)–связана в том числе с формулировкой "что есть сознание", изучением нейронных коррелятов сознания и пр.
Коды мозга - нейронное кодирование, описывающее гипотетические взаимосвязи между стимулом и индивидуальными или коллективными нейронными реакциями, а также взаимосвязи между электрической активностью нейронов в ансамбле. Основываясь на теории, что сенсорная и другая информация представлена в мозге сетями нейронов, считается, что нейроны могут кодировать как цифровую, так и аналоговую информацию. Однако, обозначаемые виды кодирования: скоростное, временное, популяционное, разреженное и др., - пока представляют гипотетические схемы кодирования информации и полностью не повторимы в ИКТ. С этой проблематикой может быть связана и проблема "объединения информации в мозге".
Перечислим и некоторые вопросы-проблемы когнитивистики и нейробиологии, решение которых могло бы способствовать развитию и бионики интеллекта:
 Проблема репрезентации, ментального представления: как именно функционирует разум (или как мозг интерпретирует и представляет информацию о мире)?
 Байесовский разум: придает ли разум смысл миру, постоянно пытаясь делать прогнозы в соответствии с правилами байесовской вероятности?
 Вычислительная теория разума:является ли разум системой манипулирования символами, работающей на модели вычислений, подобной компьютеру?
 Коннекционизм: можно ли объяснить разум математическими моделями, известными как искусственные нейронные сети?
 Воплощенное познание: влияет ли на познание организма все тело (а не только его мозг), включая его взаимодействие с окружающей средой?
 Тезис о расширенном мышлении: существует ли разум не только в мозге, но и функционирует во внешнем мире, используя физические объекты в качестве психических процессов?
 Дуализм разума и тела: отличается ли разум от тела?
 Модульность разума: состоит ли разум из отдельных модулей, каждый из которых развился для решения определенной эволюционной проблемы из прошлого?
 Динамическая нейробиология: является ли разум динамической системой?
 Квантовый разум: существенно ли явления квантовой механики влияют на разум?

Полный текст книги доступен:
на сайте издательства https://lanbook.com/catalog/psikhologicheskie-nauki/biofizik...
на станице автора https://www.researchgate.net/publication/400155480_BIOFIZIKA...