Материалы

Компьютерное моделирование психофизиологической проблемы

Мирошников С.А.
Биология и психология: новый синтез.
Материалы межвузовской конференции 3 февраля 1999 г. Санкт-Петербург, 1999. С. 46-49.

Моделирование как метод психологии

Компьютерное моделирование как метод психологии пока еще является скорее экспериментом, чем средством развития разных отраслей психологической науки. Основной всплеск интереса к моделированию завершился несколько десятилетий назад - после осознания множества проблем, стоящих на пути построения сколько-нибудь реалистичной модели психики. Проведенные исследования достаточно ясно показали основную проблему этого метода на данном этапе его развития. Это слишком большой качественный разрыв между новым инструментом исследования и изучаемым объектом.

Одной из основных причин разрыва между математической моделью и её прототипом, наряду со специфичностью математических объектов как средств моделирования, был упрощённый перенос подходов к моделированию физических предметов и устройств - на объекты живой природы. Все эти подходы основывались на количественном, символическом или ином выражении и копировании свойств объекта (в том числе живого) как целостной системы.

В психологии таким образом моделировались как внешне наблюдаемые психические процессы и явления - имеющие "вход" и "выход" (например, рассуждения, решение задач, психомоторные реакции и т.п.), так и взаимосвязи между ними, по своему содержанию также относящиеся к психологическим явлениям. Тот же самый подход реализован и в работах на более глубоком, нейрофизиологическом уровне. Здесь создавались модели отдельных нейронов и их систем, как правило, без соотнесения с явлениями других уровней биосистемы.

В последние десятилетия разработаны модели, отражающие два значительных уровня организации биосистемы во взаимосвязи друг с другом - "нейросеть+поведение" или "психика+поведение". В этих моделях искусственная нейросеть или модель психических функций управляет физическим поведением системы - перемещением, уходом от опасности или более сложным взаимодействием со средой. Развитие моделей идет по пути включения в них большего количества уровней организации, что позволяет более объективно отражать в модели структуру и функции биологического организма.

Описанные выше теоретические выводы и анализ работ, проведённых в области моделирования отдельных уровней биосистем, позволяет заключить, что приближение этого метода к особенностям живых объектов требует разработки специального подхода к моделированию - многоуровневого, включающего в себя все основные уровни, до этого моделируемые по отдельности. Такая работа в настоящее время проводится на модели нейропсихологической системы, разрабатываемой на факультете психологии СПбГУ. Подробное описание программы и ее текущая (двухуровневая) версия представлены на сервере СПбГУ (www.nps.pu.ru).

Моделирование психологического уровня во взаимосвязи с нейронным - как подход к решению психофизиологической проблемы

Несмотря на отмеченную выше явную и объективно необходимую тенденцию к многоуровневому исследованию до сих пор отсутствуют модели, отражающие взаимосвязи нейрофизиологического и психологического уровней ("нейросеть+психика"), а тем более этих двух уровней в совокупности с поведенческим уровнем биосистемы. Видимо, это обусловлено одной причиной - сложностью стыковки нейросети и психики из-за принципиальной теоретической нерешенности психофизиологической проблемы.

В этой ситуации любые попытки построения модели, включающей в себя уровни нейросети и психики, будут одновременно попытками решения данной проблемы, "моделированием проблемы" на примере конкретного искусственного создания. Такой подход к решению психофизиологической проблемы имеет ряд преимуществ и может оказаться более успешным, чем теоретический анализ и эксперименты на реальных биологических системах. Основные преимущества такого исследования:
  • возможность практической проверки и корректировки любых теоретических предположений сразу в процессе работы с моделью и даже в процессе ее функционирования;
  • отражение каждого частного предположения в целостной самостоятельно функционирующей системе;
  • возможность наблюдения и корректировки объектов любого из уровней организации системы, с прослеживанием соответствующих изменений на остальных уровнях.
При отсутствии готового решения психофизиологической проблемы, для построения моделей, сочетающих нейронный и психологический уровни, в любом случае необходимо принять за основу определенную гипотезу о связи нейрофизиологического субстрата и собственно психологических явлений. Разработка модели не может предшествовать созданию соответствующей теории хотя бы в самой общей и гипотетической форме.

Но разработка модели может, в крайнем случае, идти параллельно с разработкой соответствующих гипотез, при этом дальнейшая практическая апробация и корректировка модели должна будет идти во взаимосвязи с корректировкой базовых положений.

При этом возможно частичное или полное опровержение изначально принятых гипотез, но с разработкой новых, основанных на результатах экспериментов с моделью. Возможно, это единственный способ построения теоретической модели психики в ее взаимосвязи с нейросетью (то есть, теоретического решения психофизической проблемы). Ведь значительная не только качественная, но и количественная сложность и разнообразие взаимосвязанных объектов исследования - психических явлений и процессов - практически не позволяет исследователю мысленно воссоздать все необходимые взаимосвязи и их варианты у множества элементов нейросети, достаточные для понимания целостных психических явлений. А такое мысленное (концептуальное) моделирование является необходимым содержанием теоретического исследования.

На данном этапе построение психологического уровня модели основывается на нескольких гипотетических положениях, описывающих взаимосвязь нейрофизиологического и психологического уровней в самом общем виде:
  • 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. После относительно самостоятельного развития (тренировки) нейросети сами исследователи не всегда могут понять, как она находит "правильный" ответ. Здесь уже необходимо выявление объективно протекающих в нейросети аналогов психологических процессов и явлений с использованием соответствующих психологических терминов. В этом случае на модели будет реализован путь исследования, предложенный в работах Л.М.Веккера - опираясь на общую теорию информационных процессов, сопоставить психологическое явление (перцептивный образ, побуждение и т.д.) и нервный процесс в рамках одной теории, ведущей от общих принципов организации информации к специфическим характеристикам его различных частных форм и носителей (в том числе нейронного носителя психической формы информации).
  • Психологические объекты (образы, побуждения, эмоции, свойства характера и другие) имеют информационную сущность и являются некоторыми свойствами состояний элементов (или подсистем) нейросети по отношению к соответствующим объектам (внешним или внутренним). Для выявления психологических объектов на основе 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.
  • Информационные свойства элементов (и подсистем) нейросети определяются причинно-следственным соотношением состояния элемента с соответствующим объектом. Это соотношение характеризуется в первую очередь направленностью и значимостью (статистическим весом), что определяет вид соответствующих психологических объектов, базирующихся на данной части нейросети.
  • Простейшими видами психологических объектов являются образы и побуждения - базирующиеся на состояниях элементов (или подсистем) нейросети, определяемых как достоверные следствия и причины соответствующих объектов. Все более сложные психологические объекты образованы различными системами образов и побуждений, в том числе имеющих различные дополнительные характеристики.
  • Отношения между психологическими объектами, составляющие их взаимодействия и объединяющие их в различные системы, опосредуются отношениями между их базовыми элементами (или подсистемами) нейросети. Это обуславливает принципиальную невозможность адекватного моделирования психики без моделирования ее нейрофизиологического базиса.
На этих теоретических положениях основывается построение психологического уровня модели в его "первом приближении" с исследуемому биологическому прототипу. С этой целью на текущем этапе работы в компьютерную модель встраиваются дополнительные функции, позволяющие математическими методами определять причинно-следственные соотношения элементов нейросети с другими объектами (прежде всего - "физическими" свойствами среды и тела модели), и на этой основе выявлять психологические объекты, объективно существующие на основе этой нейросети. Как предполагается, разработка этого уровня модели, а также проведение экспериментов, позволят уточнить предварительные общие положения и дополнить их выводами о психофизиологической организации более частных и сложных психических явлений.