Гільфанов Н.М.

Киргизько-Російський (Слов'янський) Університет

Медичний факультет

Студентська конференція-1999.

Кафедра інформаційних технологій.

Тема доповіді:

Медичні аспекти розробки штучного інтелекту.

З кінця 40-х років учені все більшого числа університетських тапромислових дослідницьких лабораторій кинулися до зухвалої мети:побудова комп'ютерів, що діють таким чином, що за результатамироботи їх неможливо було б відрізнити від людського розуму.

Дослідники, що працюють у галузі штучного інтелекту (ШІ),виявили, що вступили в сутичку з вельми заплутаними проблемами, далекощо виходять за межі традиційної інформатики. Виявилося, що першза все необхідно зрозуміти механізми процесу навчання, природу мови тачуттєвого сприйняття. З'ясувалося, що для створення машин, що імітуютьроботу людського мозку, потрібно розібратися в тому, як діютьмільярди його взаємопов'язаних нейронів. І тоді багато дослідниківприйшли до висновку, що мабуть найважча проблема, що стоїть передсучасною наукою - пізнання процесів функціонування людськогорозуму, а не просто імітація його роботи. Що безпосередньо зачіпалофундаментальні теоретичні проблеми психологічної науки.

Справді, вченим важко навіть прийти до єдиної точки зорущодо самого предмету їх досліджень - інтелекту. Деяківважають, що інтелект - вміння вирішувати складні завдання, іншірозглядають його як здатність до навчання, узагальнення і аналогій;третій - як можливість взаємодії із зовнішнім світом шляхом спілкування,сприйняття й усвідомлення сприйнятого.

Проте багато дослідників ШІ схильні прийняти тест машинногоінтелекту, запропонований на початку 50-х років видатним англійськимматематиком і фахівцем з обчислювальної техніки Аланом Тьюрінгом.
Комп'ютер можна вважати розумним, - стверджував Тьюринг, - якщо він здатнийзмусити нас повірити, що ми маємо справу не з машиною, а з людиною.

Видатний швейцарський лікар і натураліст XVI ст Теофраст
Бомбаст фон Гогенгейм (Парацельс) залишив керівництво по виготовленнюгомункула, в якому описувалося дивна процедура, що починалася ззакапування в кінський гній герметично закупореній людської сперми.
"Ми будемо як боги, - проголошував Парацельс. - Ми повторимо найбільший зчудес господніх - створення людини! "(4)

Однак лише після другої світової війни з'явилися пристрої,здавалося б, що підходять для досягнення заповітної мети - моделюваннярозумного поведінки; це були електронні цифрові обчислювальні машини.
"Електронний мозок", як тоді захоплено називали комп'ютер, забив в
1952 телеглядачів США, точно передбачивши результати президентських виборівза кілька годин до отримання остаточних даних. Цей "подвиг"комп'ютера лише підтвердив висновок, до якого в той час прийшли багатовчені: настане той день, коли автоматичні обчислювачі, настільки швидко,невтомно і безпомилково виконують автоматичні дії, зможутьімітувати невичіслітельние процеси, властиві людськомумислення, у тому числі сприйняття та навчання, розпізнавання образів,розуміння повсякденної мови та письма, прийняття рішень у невизначенихситуаціях, коли відомі не всі факти. Саме таким чином "заочно"формувався свого роду "соціальне замовлення" на розробку систем ШІ.

Загалом дослідників ШІ, що працюють над створенням мислячих машин,можна розділити на дві групи. Одних цікавить чиста наука і для нихкомп'ютер - лише інструмент, що забезпечує можливість експериментальноїперевірки теорій процесів мислення. Інтереси іншої групи лежать вобласті техніки: вони прагнуть розширити сферу застосування комп'ютерів таполегшити користування ними. Багато представників другої групи малопіклуються про з'ясування механізму мислення - вони вважають, що для їх роботице чи більш корисно, ніж вивчення польоту птахів і літакобудування.

В даний час, однак, виявилося, що як наукові так ітехнічні пошуки зіткнулися з незмірно більш серйозними труднощами,ніж уявлялося першим ентузіастам. На перших порах багато піонери ШІвірили, що через якийсь десяток років машини знайдуть найвищілюдські таланти. Передбачалося, що подолавши період "електронногодитинства "та навчившись в бібліотеках всього світу, хитромудрі комп'ютери,завдяки швидкодією, точності і безвідмовної пам'яті поступовоперевершать своїх творців-людей. Зараз мало хто говорить про це, аякщо й говорить, то аж ніяк не вважає, що подібні чудеса не за горами.

Протягом усієї своєї короткої історії дослідники в галузі ШІзавжди перебували на передньому краї інформатики. Багато нині звичайнірозробки, в тому числі вдосконалені системи програмування,текстові редактори і програми розпізнавання образів, значноюмірою розглядаються на роботах з ШІ.

Незважаючи на багатообіцяючі перспективи, жодну з розроблених додосі програм ІІ не можна назвати "розумної" у звичайному розумінні цьогослова. Це пояснюється тим, що всі вони вузько спеціалізовані; саміскладні експертні системи за своїми можливостями швидше нагадуютьдресированих або механічних ляльок, ніж людину з його гнучким розумомі широким кругозором. Навіть серед дослідників ШІ тепер багатосумніваються, що більшість подібних виробів принесе суттєвукористь. Чимало критиків ШІ вважають, що такого роду обмеження взагалінездоланні.

До числа таких скептиків належить і Х'юберт Дрейфус, професорфілософії Каліфорнійського університету в Берклі. З його точки зору,істинний розум неможливо відокремити від його людської основи, укладеноїв людському організмі. "Цифровий комп'ютер - не людина, говорить
Дрейфус. - У комп'ютера немає ні тіла, ні емоцій, ні потреб. Він позбавлений соціальної орієнтації, яка купується життям у суспільстві, а самевона робить поведінку розумним. Я не хочу сказати, що комп'ютери не можутьбути розумними. Але цифрові комп'ютери, запрограмовані фактами іправилами з нашої, людської, життя, дійсно не можуть статирозумними. Тому ШІ в тому вигляді, як ми його представляємо,неможливий ". (1)

Спроби побудувати машини, здатні до розумного поведінки, узначною мірою натхнені ідеями професора Норберта Вінера, якийкрім математики мав широкі пізнання в інших галузях, включаючинейропсихології і медицину.

Вінеру і його співробітнику Джуліану Бігелоу належить розробкапринципу "зворотного зв'язку", який був успішно застосований при розробцінової зброї з радіолокації наведенням. Принцип зворотного зв'язкуполягає у використанні інформації, що надходить з навколишнього світу,для зміни поведінки машини

Надалі Вінер розробив на принципі зворотного зв'язку теорії як машинного, так і людського розуму. Він доводив, що самезавдяки зворотного зв'язку все живе пристосовується до навколишнього середовища ідомагається своїх цілей.писав він, - повинні мати здатність переслідувати певну мету іпристосовуватися, тобто навчатися ". Створеній їм науці Вінер даєназва кібернетика, що в перекладі з грецького означає мистецтвоуправління кораблем. (2)

Слід зазначити, що принцип "зворотного зв'язку", введений Вінером,був передбачив Сеченовим в доказі "центрального гальмування" в "Рефлексголовного мозку "(1862 р.) і розглядався як механізм регуляціїдіяльності нервової системи.

Протягом 1943 Маккалох у співавторстві зі своїм 18-річнимпротеже, блискучим математиком Уолтером Піттс, розробив теоріюдіяльності головного мозку. Ця теорія і була тією основою, наякої сформувалося широко поширена думка, що функціїкомп'ютера і мозку в значній мірі подібні.

У середині 1958 Френком Розенблатта була запропонована модельелектронного пристрою, названого їм перцептроном, яке малоімітувати процеси людського мислення. Перцептрон повинен бувпередавати сигнали від "очі", складеного з фотоелементів, вблоки електромеханічних елементів пам'яті, які оцінювали відноснувеличину електричних сигналів. Ці комірки з'єднувалися між собоювипадковим чином відповідно до панівної тоді теорією, відповідно доякої мозок сприймає нову інформацію і реагує на неї черезсистему випадкових зв'язків між нейронами

Область застосування нейронних мереж
У літературі зустрічається значне число ознак, якими маєволодіти задача, щоб застосування НС було виправдано і НС могла б їївирішити:
. відсутній алгоритм або не відомі принципи вирішення задач, але накопичена достатня кількість прикладів;
. проблема характеризується великими обсягами вхідної інформації;
. дані неповні або надлишкові, зашумлені, частково суперечливі.
Таким чином, НС добре підходять для розпізнавання образів і вирішення завданькласифікації, оптимізації і прогнозування.
Банки та страхові компанії:автоматичне зчитування чеків і фінансових документів;перевірка достовірності підписів;прогнозування змін економічних показників.
Військова промисловість і аеронавтика:обробка звукових сигналів (поділ, ідентифікація, локалізація,усунення шуму, інтерпретація);обробка радарних сигналів (розпізнавання цілей, ідентифікація ілокалізація джерел);обробка інфрачервоних сигналів (локалізація);автоматичне пілотування.
Біомедична промисловість:аналіз рентгенограм;виявлення відхилень у ЕКГ;аналіз реограмм.

Нейронні мережі - основні поняття і визначення
В основу штучних нейронних мереж покладені наступні риси живихнейронних мереж, що дозволяють їм добре справлятися з нерегулярнимизавданнями:простий обробляє елемент - нейрон;дуже велике число нейронів бере участь в обробці інформації;один нейрон пов'язаний з великим числом інших нейронів (глобальні зв'язку);змінюються за вагою зв'язку між нейронами;масована паралельність обробки інформації.
Прототипом для створення нейрона послужив біологічний нейрон головногомозку. Нейронна мережа являє собою сукупність великого числапорівняно простих елементів - нейронів, топологія з'єднань якихзалежить від типу мережі. Щоб створити нейронну мережу для вирішення якої-небудьконкретного завдання, необхідно вибрати, яким чином слід поєднуватинейрони один з одним.

Переходячи до власне медичних проблем ШІ О.К. Тихомиров виділяє три позиції з питання про взаємодію медицини і штучногоінтелекту.

1) "Ми мало знаємо про людський розум, ми хочемо його відновити, ми робимо це попри відсутність знань" - ця позиція характерна для багатьох зарубіжних фахівців з ШІ.

2 ) Друга позиція зводиться до констатації того ж факту, причому як причини вказується відсутність адекватних методів. Рішення бачиться в моделюванні тих чи інших інтелектуальних функцій у роботі машин. Іншими словами, якщо машина вирішує задачу раніше вирішувалися людиною, то знання, які можна почерпнути, аналізуючи цю роботу і є основний матеріал для побудови психофізіологічних теорій.

3) Третя позиція характеризує дослідження в галузі штучного інтелекту та медицини як абсолютно незалежні. У цьому випадку допускається можливість тільки використання медичних знань в плані психологічного забезпечення робіт з ШІ.

Але і роботи з штучного інтелекту теж впливають на розвитокмедицини .. В якості першого результату можна виділити появу новоїобласті психологічних досліджень, а саме, порівняльні дослідженнятого, як одні й ті самі завдання вирішуються людиною і машиною. Виникаютьпоняття комп'ютерної метафори та інформаційної парадигми.

Вже перші роботи з штучного інтелекту показали, що нетільки область вирішення завдань зачіпається соспоставітельнимідослідженнями, але і проблема мислення в цілому. Тільки під впливомрозробки ШІ виникла потреба в уточненні критеріїв "творчих" і
"нетворчих" процесів.

Більш того, дослідження сприйняття і дослідження пам'яті такожзнаходяться під сильним впливом машинних аналогій (монографія Р. Клацко).

Нова психологічна теорія поведінки (дослідження Д. Міллера
К. Прібрама Ю. Галантерея) побудована на результатах цих робіт.

Але специфіку людської мотиваційно-емоційної регуляціїдіяльності становить використання не тільки константних, а йситуативно виникають і динамічно мінливих оцінок, суттєво такожвідмінність між словесно-логічними та емоційними оцінками. Уіснування потреб і мотивів бачиться різниця між людиною імашиною на рівні діяльності. Ця теза спричинив за собою циклдосліджень, присвячених аналізу специфіки людської діяльності. Таку праці Л. П. Гур 'єв (7) показано залежність структури розумовоїдіяльності при вирішенні творчих завдань від зміни мотивації.

Інформаційна теорія емоцій Симонова в значній мірі харчуєтьсяаналогіями з роботами систем ШІ.

Таким чином всі три традиційні галузі психології - вчення пропізнавальних, емоційних і вольових процесах опинилися під впливомробіт з ШІ, що на думку О. К. Тихомирова призвело до оформлення новогопредмета психології - як наука про переробку інформації.

Таким чином роль взаємодія між дослідженнямиштучного інтелекту і медициною можна охарактеризувати якплідний діалог, який дозволяє якщо не вирішувати то хоча б навчитисязадавати питання як високого філософського рівня - «Що є людина?»,так і більш прагматичні.

Література:
1) Дрейфус Х. Чего не можуть обчислювальні машини .- М.: Прогресс, 1979
2) Вінер Н. Кибернетика и общество.-М: ИЛ, 1958
3) Мінський М., Пейперт С. Перцептрони-М: Мир, 1971
4) Комп'ютер знаходить разум.Москва Світ 1990 У збірнику: Психологічнідослідження інтелектуальної діяльності. Под.ред. О. К. Тихомирова .- М.,
МГУ, 1979.:
5) Бабаєва Ю.Д. До питання про формалізацію процесу целеобразованія 6)
Брушлінскій А.В. Чи можливий "штучний інтелект"?
7) Гур'єва Л.П. Про зміну мотивації в умовах використанняштучного інтелекту.
8) Ноткін Л.І. "Штучний інтелект" і проблеми навчання
9) Тихомиров О.К. "Штучний інтелект і теоретичні питанняпсихології "