Вселенная, принимающая решение, очень вдохновляет

Наталья Ивлиева
Наталья Ивлиева

С большим интересом прочитала свежую работу Виталия Ванчурина, Юрия Вольфа, Евгения Кунина и Михаила Кацнельсона Toward a theory of evolution as multilevel learning [1]. Одно только название публикации будоражит, а междисциплинарный характер работы возвращает нас к началам науки, что придает ей особую ценность. Статья написана специалистами в тех областях, к которым я не принадлежу, поэтому данная заметка — попытка постоять рядом и подышать общим воздухом.

Авторы говорят, что современная эволюционная теория дает подробное количественное описание микроэволюционных процессов, но большие эволюционные переходы и возникновение множественных уровней сложности изучены мало, и заявляют, что устанавливают соответствие между ключевыми особенностями эволюции, динамикой обучения и перенормируемостью физических теорий, чтобы наметить черты такой теории эволюции, которая сможет включить все эволюционные процессы в единую математическую структуру теории обучения. И как пример возможностей, которые предоставляет их теория, исследователи обсуждают, как репликация генетического материала и естественный отбор логично вытекают из динамики обучения. Они представляют семь фундаментальных принципов, обеспечивающих способность к развитию.

Мне показалось интересным взглянуть на эти принципы применительно к процессу формирования сложного навыка. Физиология процесса представляет фундаментальную нерешенную проблему, сформулированную в свое время психофизиологом Николаем Бернштейном: «…если бы упражнение или тренировка навыка сводились к проторению или продалбливанию чего бы то ни было на основе бесчисленных повторений, то это не могло бы привести ровно ни к чему хорошему, так как именно в начале развития навыка, когда движения неправильны и неловки, затверживать-то и нечего… Диалектика развития навыка как раз и состоит в том, что там, где есть развитие, там, значит, каждое следующее исполнение лучше предыдущего, т. е. не повторяет его; поэтому упражнение есть, в сущности, повторение без повторения… Правильно проводимое упражнение повторяет раз за разом не средство, используемое для решения данной двигательной задачи, а процесс решения этой задачи, от раза к разу изменяя и улучшая средства».

Легко предсказать, что параллели здесь найдутся, ведь речь в обоих случаях идет об обучении: машинном, с одной стороны, и двигательном — с другой. И первый принцип — минимизации функции потерь — безусловно применим к процессу выработки навыка: речь здесь может идти и о росте скорости и результативности действия, и о минимизации затрат на его совершение, и т. д. Однако с последующими принципами всё обстоит менее однозначно и поэтому более интересно.

Здесь хочется привести в пример один красивый во многих смыслах навык. Пение птиц не является врожденным, но в первоначальном виде оно возникает у птенцов спонтанно и постепенно модифицируется в результате научения, подобно речи людей. Как и при формировании других навыков, молодые певчие птицы начинают с простого, с довольно однообразных звуков, но тем не менее демонстрируют заметную изменчивость их длительности, частоты, амплитуды; этот период овладения навыком очень похож на стадию лепета при развитии речи у младенцев. Затем в последовательности их звуков появляется стереотипный слог, и в последующем новые слоги возникают в результате дифференциации этого слога на несколько типов слогов, пока звуковая последовательность не кристаллизуется в зрелую песню. Обычно образцом для этой песни является песня отца, которую птенцы запоминают на раннем этапе развития; став взрослыми, они воспроизводят довольно стереотипную по акустической структуре звуковую последовательность — практически точную имитацию песни своего родителя. Здесь интересно, что источником столь важной для развития этого навыка изменчивости является определенная система структур в мозге (базальные ганглии), которая почти не задействована в реализации вокального поведения взрослых птиц, и, вероятно, основной ее функцией является «инъекция» такой изменчивости в период научения. Интересно, что такой активный генератор изменчивости, очевидно, встроен в конструкцию базальных ганглиев для обеспечения адаптивного уровня стабильности поведения.

В этом примере довольно определенно проявляются принципы иерархии масштабов и разрыва частот (также отчасти очевидные в процессе научения, идущем с обязательным участием событий на молекулярном, клеточном, системном уровнях, каждый из которых имеет свою временную динамику): с частыми реализациями изменчивых попевок и с продолжительным периодом кристаллизации зрелой песни; ярким проявлением репликации здесь, вероятно, является передача песни от родителей к потомству; перенормируемость в этом примере обеспечивается удивительной конструкцией системы с внедренным источником случайности, и эта же конструкция, снабженная механизмами синаптической пластичности, обеспечивает закономерное для каждой стадии процесса направление потока информации. Важно, что данная поведенческая модель является значимой для прояснения механизмов формирования речи человека, и принцип расширения набора и исключения переменных также проявляется здесь очень наглядно.

Одной из сопутствующих изучению механизмов гибкого навыка проблем является темная тень ригидной привычки, и представленный авторами подход позволяет взглянуть на проблему с точки зрения фрустрации, многоуровневой иерархии, неполной оптимальности и многообразия решений; такой взгляд определенно способствует преодолению шаблонов, за что хочется поблагодарить авторов.

Применительно к определенным реальным процессам развития, возможно, было бы интересно рассмотреть в перспективе разные алгоритмы обучения (основанные или не основанные на модели: model-based, model-free); но, если я правильно понимаю, здесь исследователям был принципиально важен наиболее общий подход, который, однако, сопряжен с ситуацией, о которой говорит Пастернак:

Теперь из некоторой дали
Не видишь пошлых мелочей…
И время сгладило детали,
А мелочи преобладали.

(Забавно, что эти слова поэта как-то перекликаются с идеей перенормировки.)

Что осталось остро непонятным? Авторы настаивают на том, что их теория — физическая, однако в ключевых местах они говорят о «решении» организма (или иногда о выборе организма), и физический смыл таких «решений», вероятно, реализуется не на уровне выбора в китайском бильярде и остается неясным. Как-то снова остро встает вопрос о свободе, вопрос о происхождении человека…

Но Вселенная, принимающая решение, очень вдохновляет. И в такой Вселенной «мы вынуждены быть свободными. У нас нет выбора».

Наталья Ивлиева, нейрофизиолог

1. Vanchurin V., Wolf Y. I., Koonin E. V., Katsnelson M. I. Thermodynamics of evolution and the origin of life // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2022. Vol. 119. No. 6. DOI: 10.1073/pnas.2120042119.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

См. также:

Подписаться
Уведомление о
guest
4 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
20 дней(-я) назад

Заметка понравилась, — особенно вдохновляющий пример самообучения песнопению звукоподражанием.
Вот ещё похожий пример самообучения ритмоподражанием.
Оригинал:
«Всё гляжу, всё гляжу я в окошко вагонное,
  Наглядеться никак не могу!»
  …из кинофильма ВЕСЁЛЫЕ ЗВЁЗДЫ
Подобие:
«Всё учусь, всё учусь я с момента рождения,
  Научиться никак не могу!»
  …для кинофильма ВЕСЁЛАЯ ВСЕЛЕННАЯ

Александр Поддьяков
16 дней(-я) назад

Об управлении свободой и влиянии когнитивных и нейронаук на это управление — интересная проблематизирующая статья А.Д.Хачатурова
https://cyberleninka.ru/article/n/transformatsii-rezhimov-pravitelnosti-pod-vliyaniem-novyh-oblastey-znaniya-sluchay-povedencheskoy-ekonomiki

Из аннотации

Статья представляет собой обзор актуальной научной литературы, анализирующей последствия растущей популярности поведенческой экономики в поле государственного управления и публичной политики. Основной результат поведенческих исследований, зародившихся в 1970-х гг. на стыке психологии и экономики, — это открытие иррациональных механизмов принятия решений и отказ от традиционных для экономической теории представлений о человеческой природе. Пересмотр аксиом рационального выбора сделал возможным появление новых инструментов публичной политики, которые способны воздействовать на бессознательные психологические триггеры, компенсируя «когнитивную недостаточность» управляемых субъектов. Мы показываем, что давление современных когнитивных наук на либеральные представления об автономии, а также расширение спектра «психологических» инструментов» обостряют вопрос о совместимости базовых политических категорий либерализма и новых технологий управления.

Леонид Коганов
Леонид Коганов
16 дней(-я) назад

Что, простите, есть «проблематизирующая» статья, может статься, ставящая проблемы, то бишь задачи перед читателями, так? Озадачивающая?
Л.К.
Вот, по первому из тройки процитированных авторов:
https://news.myseldon.com/ru/news/index/241077413
Пиаром попахивает, и, имхо, оченно сильно.
К.

Александр Поддьяков
16 дней(-я) назад
В ответ на:  Леонид Коганов

Проблематизация А.Д.Хачатурова в том, что он вводит нейрокогнонауки, как претендующие на максимально возможную научность, в контекст рассмотрения более широких социальных отношений управления свободой чужой воли.

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 3,00 из 5)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: