Анатолий Протопопов - Мозг экономичный

У примитивнейших существ, лишённых - или почти лишённых нервной системы, регуляция жизнедеятельности осуществляется гуморально - то есть, посредством сигнальных химических веществ - гормонов и им близких субстанций. Не удивительно, что наидревнейшая структура мозга - гипоталамо-гипофизарная система, является одновременно важнейшей железой внутренней секреции. Она играет важную роль в поддержании гомеостаза, обеспечивает основополагающее регулирование жизненного цикла человека (рост, развитие, и.д.), а также базовые, "животные" эмоции - типа ярости, гнева, жажды удовлетворения базовых биологических потребностей. Это не "мозг рептилий", это гораздо глубже. Её принято относить к "древнему мозгу", но фактически, зачатки этой структуры появились ещё тогда, когда и мозга-то не было - у наших далёких червеобразных предков. Но более высокорасположенные, и более "интеллектуальные" структуры могут сильно модифицировать, или вообще блокировать импульсы, исходящие от неё. С другой стороны - тот эмоциональный фон, который задаёт эта система, существенно влияет и на характер высшей мыслительной деятельности! Например: весна. Хочется любви (упомянутая система задаёт настрой). И - неокортекс начинает сочинять стихи!

Но снова подчеркнём другое. А именно - тот факт, что структуры мозга, возникшие в самые разные эволюционные эпохи (не только вышерассмотренные), продолжают функционировать, и принимать участие в формировании поведения фактически параллельно.

Действительно, зачем нужно "держать", и соответственно - "кормить", к примеру, лимбическую систему, если "вычислительная мощь" неокортекса на порядок, если не на два, превосходит её возможности, и решение старых, информационно необременительных задач было бы для него "плёвым делом"?

Всё дело в вышеописанной специфической специализации различных структур, в какой-то степени обусловленной аналоговой сущностью мозга - ну и невозможностью иного развития, чем посредством мелких шагов наугад. Был бы мозг подобен фон Неймановскому компьютеру, управляемому толковым специалистом, последний так бы и сделал - переписал бы старые программы в новую память - и поехали! Но увы... Если появляется потребность (и возможность) обработки новой информации - или увеличенного объёма старой - то аналоговая система наращивает, как говорят компьютерщики, аппаратное обеспечение - если, конечно, не удаётся перепрофилировать что-то старое, и по каким-то причинам не очень нужное. Прежняя структура, если её задачи остаются актуальными, никуда не девается, и продолжает делать то же, что и раньше. Неплохой пример такого рода - мозжечок, играющий ключевую роль в координации наших движений. А если учесть, что старая система наверняка отточена и отшлифована многовековой эволюцией, то очевидно, что со старой работой она будет справляться лучше "новичка". С поддержанием гомеостаза и развитием организма в ходе онтогенеза гипоталамо-гипофизарная система справляется хорошо? Хорошо. Ну и пусть справляется и дальше. Неокортекс же появился для решения других задач, на эти новые задачи "заточен", и потребляет энергию соответственно этим задачам. И пожалуй, в данном случае специфическая "заточка" неокортекса, склонного к вольному ассоциированию, является более серьёзным препятствием для регуляции жизненно-важных процессов организма, чем потребление энергии. Достаточно жёсткая "логика" лимбической системы для "хозяйственной деятельности" гораздо предпочтительнее. То же самое относится и к другим системам организма, даже относительно "высоким" в эволюционном смысле. Ведь все эти изменения вносятся в работающую живую конструкцию, и все, решительно все эти изменения обязаны быть, как минимум, совместимыми с жизнью. И как правило - не ухудшать функционирования нужных организму, и уже работающих систем.

Вот пример, эволюционно сравнительно "свежий" - распознавание зрительных образов. Для современных компьютеров - хоть цифровых, хоть каких угодно, распознавание зрительных образов является на несколько порядков более сложной задачей, чем распознавание текста, введённого с клавиатуры. И дело не в том, что компьютеры наши плохи, а в том, что это действительно сложная информационная задача. Однако человек - даже совершенно грамотный - гораздо быстрее и легче распознает рисунок, особенно в виде схематичной пиктограммы, чем текстовую подпись и даже голосовое объявление. Не говоря уж о маленьких детях...

Почему? Задача распознавания зрительных образов неизмеримо древнее; вполне можно говорить о сотнях миллионов (до полумиллиарда!) лет практики в этом сложном деле. Соответствующие специализированные структуры отточились и отшлифовались до блеска, они работают быстро и экономично. Дар речи человек обрёл неизмеримо позже; это - максимум сотни тысяч лет, когда анатомически человек уже не очень сильно отличался от современного, и с тех пор не успел очень сильно проэволюционировать. Специализированных речевых центров в мозге мало, они ещё не успели как следует оптимизироваться, поэтому работают, скажем так, с меньшим блеском.

Письменность же появилась у человечества буквально только что, специализированных структур по обработке письменной речи в мозгу нет (хотя есть участки, преимущественно нагруженные при этом), их работу берут на себя отчасти зрительные, отчасли речевые центры, привлекаются и другие стурктуры (именно это мы имели в виду под "авральными работами"), поэтому несмотря на объективную простоту этой задачи, она получается хуже, чем распознавание пиктограмм.

Система распознавания зрительных образов, бесспорно, высокосовершенна. Используя весьма низкоскоростные элементы (нейроны), она, за счёт высокоэффективного и отточенного распараллеливания подзадач (вот где нейронные сети блистают в полной мере!), строит картины окружающего мира почти мгновенно, и почти безошибочно. Интересно, что рукотворные обработчики трёхмерных изображений в составе цифровых компьютеров (видеоадаптеры) тоже широко используют параллельные вычисления и алгоритмическую специализацию - они содержат отдельные блоки обработки текстур, контуров, вершин, и т.п., в количествах по нескольку десятков или даже сотен каждый! Принципы нейронных сетей, впрочем, не используются; возможно - пока... Практически столь же высокосовершенна система распознавания звуковых картин, да и многие другие системы мозга до сих пор являются предметом зависти специалистов по обработке информации. По отдельности! Полагать же высокосовершенным, а тем более безупречным обработчиком информации мозг в целом, мозг - как инструмент построения стратегии, как инструмент предсказания будущего - неоправданная самонадеянность, если не сказать - антропоцентризм. Слишком уж часто он оказывается жертвой всевозможных иллюзий и манипулятивного воздействия извне. См, например, [3]; впрочем, рассматривать такие ошибки лишь в свете принятия экономических решений - неоправданное сужение темы. Человек - существо, в принципе обладающее интеллектом огромной мощности, однако в силу многих причин, частично здесь описанных, "включающее" эти полные мощности крайне редко и неохотно. Одна из не последних причин такого рода - склонность к экономии энергии.

Даже для компьютеров. Энергетическая эффективность рукотворных компьютеров стремительно улучшается. Современные компьютеры, в расчётё на одну операцию, потребляют в миллиарды раз меньше энергии, чем первые ламповые. Но этих первенцев были единицы! Современный же компьютерный парк соперничает по численности с численностью населения Земли. И потребляет энергии соответственно. Крупные дата-центры, принадлежащие, например, Google, потребляют примерно столько же энергии, сколько небольшой город - и только лишь затем, чтобы обрабатывать поисковые и подобные им запросы пользователей интернета данного региона. И то, что поисковый запрос для пользователя выглядит энергетически "невесомым" не должно вводить в заблуждение. За информацию приходится платить энергией - не вам, так кому-то другому.

С нервными клетками энергетическая ситуация даже хуже. Если домашний компьютер, по сравнению с другими бытовыми электропотребителями выглядит довольно скромно (как одна-две лампочки средней мощности), то аппетит нервных клеток находится в числе лидеров клеток организма. И по кислороду, и по глюкозе, и в смысле эффективности удаления отходов нервные клетки очень привередливы. Поэтому у мозговитых существ расходы на питание и обслуживание нервной системы могут составлять немалую долю их общих энергозатрат. У одного из самых мозговитых существ - человека, при работе на "полную вычислительную мощность" нервная система может потреблять до четверти всей потребляемой им энергии, что по абсолютной величине может быть уже сопоставимо с затратами на двигательную активность. Поскольку вопросы экономии всегда были чрезвычайно животрепещущи для живых организмов, то стремление оных к сокращению издержек не удивительно.