ИИ и мозг: как нейросети стали нейросетями
Человеческий мозг, сознание, интеллект и их связь всегда считались одной из величайших тайн науки. Именно развитие наук о мозге в XX веке привело к тому, что ученые попытались создать «искусственный» мозг — нейросети. Рассказываем, как развивались представления о мозге, как они привели к появлению нейросетей и как российские исследователи пытаются сделать компьютерный мозг похожим на человеческий.
На мозг как на орган, связанный с принятием решений, первыми посмотрели древние греки. Это сделал Алкмеон Кротонский, живший в V веке до н.э. Однако его теория «проиграла» в научном споре той, в которой чувства и прочая «высшая нервная деятельность» помещались в сердце. Только в Средние века ученые объявили мозг мыслительным органом. Однако основное внимание философы того времени уделяли не серому веществу, которое сегодня признается главным компонентом нервной системы, а желудочкам — системе полостей, которые заполнены спинномозговой жидкостью. Даже Леонардо да Винчи, изучавший в том числе мозг, придерживался этой концепции — он сумел получить слепки желудочков при помощи расплавленного воска.
«Математик и философ Рене Декарт стал первым, кто «назначил» мозг местом соединения души и тела, то есть интеллектуальных и физиологических функций. Более того, он указал точное место этого соединения — эпифиз или шишковидная железа. Нервная система в концепции Декарта была механистическая, по нервам туда-обратно, словно воздух по трубам, бегали «команды» для организма. Декарт даже сформулировал концепцию рефлекса, которую потом довел до совершенства Иван Петрович Павлов, первый российский лауреат Нобелевской премии», — рассказал Алексей Паевский, главный редактор крупнейшего в России сайта о нейронауках «Нейроновости».
Первая революция в нейронауках произошла в XIX веке. В 1838–1839 годах Теодор Шванн и Матиас Шлейден разработали клеточную теорию, то есть предположили, что все существа состоят из клеток. Однако нервная ткань в микроскоп видна плохо, поэтому первые зарисовки нейронов вообще напоминали запятые — ученые видели только тела клеток. Затем итальянский гистолог Камилло Гольджи придумал метод окраски нейронов бихроматом калия и нитратом серебра, который позволил сделать изображения более четкими.
«Вскоре ученые разделились на два лагеря. Первый, во главе с Гольджи, считал, что никаких клеток в мозге нет. Вся нервная ткань плавно перетекает из одной единицы в другую без разрывов, образуя единую сеть. Эта теория получила название ретикулярной теории строения мозга. Второй лагерь, во главе с испанцем Сантьяго Рамон-и-Кахалем, считал, что разрывы между нейронами есть. Эта теория получила название нейрональной или клеточной. Сам термин «нейрон» появился в результате дискуссий между представителями двух лагерей», — рассказал Алексей Паевский.
Точку в споре поставил Чарльз Шеррингтон в конце XIX века. Он доказал наличие разрывов между клетками и назвал их «синапсами».
В начале XX века электрофизиологи Ричард Катон, Адольф Бек и Наполеон Цыбульский показали, что мозг в ответ на внешние стимулы проявляет электрическую активность. Это означало, что нейроны генерируют электрические импульсы (потенциалы действия). В 1930–1950 годах Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли исследовали эти электрические импульсы на примере нервной клетки атлантического кальмара и построили первую математическую модель потенциала действия.
Математические модели, описывающие работу мозга, сформировали представление, что мозг похож на компьютер. Этой гипотезой вдохновился Фрэнк Розенблатт, который создал перцептрон — компьютерную модель разума с тремя типами элементов, которые представляли собой рецепторы, ассоциативные элементы и реагируюшие элементы. Эти элементы ученые назвали искусственными нейронами, а их сеть — нейросетью.
