Этап нейросетевого моделирования:

Теоретические основания

Разработка базового, математического уровня моделирования в NPS была основана на выделении тех свойств нейронов, которые непосредственно определяют их как элементарные функциональные единицы нервной системы, обеспечивающие переработку информации в системе в целом. Такие свойства воспроизводятся во многих известных компьютерных моделях нейронов и нейронных сетей - в тех случаях, когда основной целью исследования является не биохимические свойства нейрона, а его роль в переработке информации. К свойствам этого типа относят прежде всего способность к возбуждению, торможению, способность к изменению состояния (изменению импульсации), к приему и передаче импульсации, к переработке поступающей импульсации в соответствии с пороговыми характеристиками нейрона. При этом связь между нейронами в модели определяется прежде всего математическим <весом> - аналогом силы влияния импульсации одного нейрона - на другой.

Основные алгоритмы работы программы основаны на этих достаточно хорошо доказанных и общепризнанных свойствах нейрона и общих принципах работы нервной системы (таких, как объединение нейронов в цепи и сети на основе взаимосвязей, обеспечивающих передачу импульсации). В программу преднамеренно не закладывались ни гипотетические свойства нейронов, ни такие свойства, которые были бы специфическими для биологических организмов определенного типа. Это соответствует основной цели работы - выявлению общих подходов к многоуровневому моделированию нейропсихологических систем с воссозданием взаимосвязей между нейрофизиологическим и психологическим уровнями в наиболее общем виде.

В то же время программа NPS является средством выражения различных взглядов на сущность нейропсихологических систем и явлений, поскольку дает широкие возможности по созданию и интерпретации различных моделей.


В теоретическом плане наиболее существенными и новыми положениями, лежащими в основе работы над дополнительными (гипотетическими) блоками NPS, является комплекс гипотез, определяющих многоуровневое моделирование как новый подход к решению психофизиологической проблемы. Необходимость развития этого подхода связана с отсутствием теоретического решения этой проблемы, что является основным препятствием развития моделирования биосистем в психологии и многих других науках. В этой ситуации любые попытки построения модели, включающей в себя уровни нейросети и психики, должны быть одновременно попытками решения данной проблемы. И этот новый подход к решению психофизиологической проблемы может оказаться более успешным, чем теоретический анализ и эксперименты на реальных биологических системах.

В пользу этого предположения говорит ряд существенных преимуществ данного подхода, актуальность которых определяется особенностями проблемы. В первую очередь, это значительная не только качественная, но и количественная сложность и разнообразие взаимосвязанных объектов исследования - нейрофизиологических и психических явлений и процессов. Эта высокая сложность практически не позволяет исследователю мысленно воссоздать все необходимые взаимосвязи и их варианты у гигантского множества объектов на разных уровнях организации.

Понимание психофизиологических процессов также осложняется фундаментальным различием в организации сопоставляемых уровней. Это наличие достаточно явной пространственной организации нейрофизиологических процессов и, наоборот, скорее динамический, "внепространственный" характер организации психических явлений. Эти субъективные психологические проблемы, стоящие перед исследователем, позволяют сравнить мысленный анализ психофизиологической проблемы с попыткой решения в уме или на бумаге системы из множества взаимосвязанных уравнений из области высшей математики - абстрактных и не поддающихся мысленному представлению.

Естественно предположить, что разработка и использование необходимых вычислительных алгоритмов может оказаться единственным способом решения не только математических, но и любых других задач такого уровня сложности. При этом фактически и решение системы уравнений и анализ психофизиологических связей будет представлять собой компьютерное моделирование поставленной проблемы. Отличием последней задачи является дополнительная проблема системного представления объектов и процессов для алгоритмизации, но это уже вопросы подходов и процедур моделирования.

К числу других преимуществ данного подхода к исследованию психофизиологической проблемы можно также отнести и ряд "процедурных особенностей" метода компьютерного моделирования, обеспечивших его эффективность при решении самых разных задач:
  • единство теории и практики - возможность практической проверки и корректировки любых теоретических предположений сразу в процессе работы с моделью и даже в процессе ее функционирования; и наоборот, возможность получения практических результатов, приводящих к новым теоретическим положениям;
  • единство общего и частного - объективное отражение каждого частного предположения или элемента в целостной самостоятельно функционирующей системе; при этом изменение общих характеристик системы также отражается на ее элементах;
  • единство всех уровней организации - возможность наблюдения и корректировки объектов любого из уровней организации системы, с прослеживанием соответствующих изменений на всех остальных уровнях.

Для проведения работ по моделированию в указанном выше направлении, на первом этапе был разработан комплекс гипотез, касающихся непосредственно связей между нейросетью и психикой (или между возбудимыми тканями и психическими явлениями).


На данном этапе построение психологического уровня модели основывается на нескольких гипотетических положениях, описывающих взаимосвязь нейрофизиологического и психологического уровней в самом общем виде:

  1. Переработка информации в нейросети переходит на новый, иной качественный уровень сложности, не отражающийся в явной форме в организации нейронов (типа "рецептор-эффектор") и поэтому не объяснимый в терминах функционирования нейронов и нейросетей. После относительно самостоятельного развития (тренировки) нейросети сами исследователи не всегда могут понять, как она находит "правильный" ответ. Видимо, они со своей стороны, "стороны нейронного уровня", вплотную подходят к необходимости решения психофизиологической проблемы для развития моделирования нейросетей в прикладной математике, когнитивной психологии и других отраслях науки. На определенном этапе усложнения и развития нейросети, для ее понимания становится необходимым выявление объективно протекающих в ней аналогов психологических процессов и явлений, с четким их определением на основе соответствующих психологических терминов. В этом случае на модели будет реализован путь исследования, предложенный в работах Л.М.Веккера - на основе общей теории информационных процессов будут сопоставлены психологические явления (перцептивный образ, побуждение и т.д.) и нервные процессы - в рамках одной теории, ведущей от общих принципов организации информации к специфическим характеристикам её различных частных форм и носителей (в том числе нейронного носителя психической формы информации).
  2. Психологические объекты (образы, побуждения, эмоции, свойства характера и другие) имеют информационную сущность и являются неотъемлемыми свойствами состояний элементов (или подсистем) нейросети (в более общем плане - вообще возбудимых тканей) по отношению к соответствующим объектам (внешним или внутренним). В этом смысле психологические явления так или иначе "окрашивают" все нейрофизиологические процессы и явления в естественных биосистемах. Для выявления психологических объектов на основе искусственной нейросети необходим анализ объективного информационного содержания состояний элементов и подсистем нейросети. Это содержание основано на соответствии множества элементарных состояний каждого из этих носителей информации, и, с другой стороны, видов и состояний отображаемых объектов.
  3. Информационные свойства элементов (и подсистем) нейросети определяются, в первую очередь, отражением ими объектов на основе причинно-следственных соотношений состояния элемента с соответствующим объектом (и во вторую очередь, отражением объектов на основе других, производных отношений). Это соотношение характеризуется прежде всего направленностью и значимостью (статистическим весом), что определяет вид соответствующих психологических объектов, базирующихся на данной части нейросети.
  4. Простейшими видами психологических объектов являются образы и побуждения - базирующиеся на состояниях элементов (или подсистем) нейросети, определяемых как достоверные следствия и причины соответствующих отображаемых объектов. Все более сложные психологические объекты образованы различными системами образов и побуждений, в том числе имеющих различные дополнительные характеристики. Психические процессы в соответствии с этим рассматриваются как процессы взаимодействия и изменения во времени образов и побуждений, а также их систем.
  5. Отношения между психологическими объектами, определяющие их взаимодействия и объединяющие их в различные системы, неотъемлемы от нейрофизиологических отношений между соответствующими базисными элементами (или подсистемами) нейросети. Это обуславливает принципиальную невозможность адекватного моделирования психики без моделирования ее нейрофизиологического базиса. И, как показывают проблемы понимания самостоятельно развивающихся нейросетей, невозможно и обратное - адекватное моделирование сложных нейросетей без учета их объективно существующей "психологической" составляющей.

На этих теоретических положениях основывается построение психологического уровня модели в его "первом приближении" с исследуемому биологическому прототипу.

В контексте этой работы психофизиологическая проблема предстает как задача выявления объективных, но пока неизвестных законов взаимосоответствия двух неотъемлемых друг от друга комплексов свойств одной и той же системы: с одной стороны, нейродинамических, и с другой стороны, информационно-психологических свойств. Взаимное соответствие и неотъемлемость этих свойств как друг от друга, так и от несущей их нейросети или ее подсистемы, снимает вопрос о первичности физического или психического, но оставляет пока открытым вопросы об их взаимосвязях.

Как предполагается, разработка информационно-психологического уровня модели, а также проведение экспериментов, позволят уточнить предварительные общие положения и дополнить их выводами о психофизиологической организации более частных и сложных психических явлений.