О когнитивных моделях обработки информации

В 1954 г. вышла в свет книга американского ученого Норберта Винера «Кибернетика и общество» (в

русском переводе -- в 1958 г. [9]), в которой он изложил свои взгляды на социальные и философские проблемы

кибернетики - новой тогда науки об управлении и связи в природе и обществе. С тех пор традиционные

проблемы языка и мышления получили мощный импульс для своего развития благодаря резко возросшему

интересу к теории искусственного интеллекта.

В силу способности к логическим рассуждениям и абстрактному мышлению человек, анализируя по-

ступающую информацию и используя ранее полученные знания, в своем сознании выстраивает модель

окружающего мира в виде совокупности понятий о предметах и явлениях, о связях между ними. Это позволяет

ему прогнозировать ситуацию, принимать решения, управлять собой.

Человек, таким образом, представляет по сути самоуправляемую систему, в которой постоянно

циркулирует «внутренняя» информация о состоянии самой системы и «внешняя» - о состоянии окружающей

среды.

Агеев Владимир. Семиотика. М.: Издательство «Весь Мир», 2002. - 256 с. - (Весь Мир Знаний). 13

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 14

Для того, чтобы охарактеризовать способность человека к общению и управлению своим поведением,

используют понятие тезауруса. Тезаурус (от греческого thèsaurós - сокровище, запас) - это полезная

внутренняя информация системы о себе и об

окружающей ее среде. В широком смысле тезаурус означает совокупность знаний, накопленных чело-

веком, некоторым коллективом или обществом в целом. В узком смысле тезаурусом называют словарь, в

котором разъясняется смысл терминов и словосочетаний применительно к некоторой конкретной предметной

области. Успех процесса общения двух людей определяется, таким образом, тем, насколько близкими

оказываются их тезаурусы.

Совместные усилия психологов, лингвистов и специалистов в области компьютерной техники были

направлены на изучение природы мышления на основе когнитивного подхода, который строился на

фундаментальной идее о том, что мышление представляет собой манипулирование внутренними

(мысленными) репрезентациями в виде разнообразных структур знаний - фреймов, планов, сценариев. В

рамках этого подхода были разработаны модели представления и обработки знаний на основе семантических

сетей, продукций, логики предикатов и нечетких знаний [43].

В последние годы когнитивные исследования начинают переориентироваться на более глубокий учет

особенностей человеческого мышления. В частности, в фундамент новейших исследований природы

обработки человеком информации заложены представления о том, что когнитивные модели должны учитывать

эмоции, чувства, неаналитические методы обработки образной информации. При этом, как указывает

специалист в области искусственного интеллекта В.В. Петров, «первоначальная точка зрения состояла в том,

что эмоции и мотива-

ции влияют главным образом на глубину обработки информации, не затрагивая при этом механизм

представления и использования знаний. Однако сейчас имеются данные, позволяющие утверждать о

решающем влиянии эмоций не только на используемые в обработке структуры знаний, но и на сам механизм

естественно-логического вывода» [39].

В настоящее время все большей критике подвергается тезис о том, что объективный мир физических

явлений, с одной стороны, и субъективный ментальный мир мыслей, чувств, с другой, должны быть четко и

однозначно разграничены, что объективная реальность ни в коей мере не зависит от субъекта, ее познающего,

что роль познающего субъекта сводится лишь к сбору информации и построению соответствующих

мысленных моделей, а приобретение им нового знания есть результат манипулирования презентациями,

возникающими в рамках этих моделей.

Активный поиск новых идей привел к появлению в последнее время ряда концепций, основанных на

принципиально других стратегиях когнитивной организации. В частности, представляет интерес подход,

основанный на определении процесса познания как сугубо биологического явления. Он разработан известным

чилийским биологом Умбером Матураной, рассматривающим все живые системы, включая человека, как

системы, организация которых определяется областью их взаимодействия: «живые системы - это когнитивные

системы, а жизнь как процесс представляет собой процесс познания» [33].

Если с точки зрения традиционного подхода познание - это формирование новых мысленных ре-

презентаций, отображающих реальность, то, по мнению Матураны, знать значит вести себя адекватным

образом. «Человек представляет собой детерминистическую и релятивистическую самореферентную

систему...», он «изменяется и живет в изменяющейся системе отсчета в мире, который непрерывно им самим

создается и преобразуется. Успешные взаимодействия, прямо или косвенно служащие поддержанию живой

организации, представляют собой единственное предельное основание для оценки им правильности своего

поведения в области описаний, а значит, предельное основание истины». Но в силу самореферентности

каждой живой системы «любое предельное основание по необходимости относительно». Отсюда вывод:

«никакая абсолютная система ценностей не возможна, а любая истина и ложь в области культуры по необхо-

димости относительны».

Языковую деятельность Матурана сравнивает с танцем, которому свойственны не «управление» и не

«конкуренция», а взаимное сотрудничество. Матурана подвергает сомнению сам термин «передача

информации» [33]: «Язык не передает информации, а его функциональная роль заключается в создании

кооперативной области взаимодействий между говорящими путем выработки общей системы отсчета. И все

это несмотря на то, что каждый из говорящих на языке действует исключительно в рамках своей когнитивной

области... Так как система отсчета определена специфицированными ею (когнитивной об-

ластью говорящего. - В.A) классами выборов, языковое поведение может быть только рациональным...

Поэтому никого и никогда нельзя убедить рациональными доводами в истинности того, что в конечном счете

уже не присутствует в неявной форме в комплексе верований этого человека». «Человек видит то, во что он

верит», - писал Матурана.

Общение, таким образом, - вид совместной деятельности, в результате которой возникает более или менее

близкое взаимное понимание чего-то иного. Это напоминает высказывание философа Мераба Мамардашвили

(1930-1990): «Не надо даже пытаться понять другого, это бесполезно, лучше вместе понимать что-то третье».

Идеи Матураны были изложены еще в 70-х годах XX в., но интерес к ним возник только в конце 80-х,

когда компьютерная наука стала переориентироваться на новые, более широкие горизонты проблемы

человеко-компьютерного взаимодействия. Эти идеи уже нашли свое воплощение в компьютерной системе

нового типа «Координатор», предназначенной для решения широкого класса управленческих задач [67].

Агеев Владимир. Семиотика. М.: Издательство «Весь Мир», 2002. - 256 с. - (Весь Мир Знаний). 14

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 15

Говоря о когнитивных моделях, нельзя не затронуть когнитивной компьютерной графики (ККГ) -нового

направления в области искусственного интеллекта — и вопросов ее применения в интеллектуальных системах.

Еще совсем недавно развитие компьютерных систем шло преимущественно в направлении улучшения таких

их характеристик, как быстродействие, емкость памяти, габариты и т.д. Сейчас, в период всеобщей

компьютеризации и глобальной

информатизации, на первое место выходит проблема общения человека с компьютерными системами, и

один из путей решения этой проблемы - создание технологии визуализации данных средствами современной

компьютерной графики. Это направление с 1988 г. является стратегическим приоритетом национальной

политики США в области развития перспективных информационных технологий, прежде всего для науки и

образования.

Суть концепции ККГ очень проста: если на экране дисплея удается визуализировать существенные

свойства и отношения между объектами некоторой предметной области (даже любой степени абстракции), то

такой ККГ-образ, как правило, содержит в себе информацию (на уровне графических деталей компьютерного

изображения) о возможных и не всегда заранее известных следствиях этих свойств и этих отношений.

Другими словами, при определенных условиях такие ККГ-изображения часто становятся эффективным

источником различных подсказок, помогающих увидеть новые закономерности в изучаемой предметной

области. Это весьма существенный момент ККГ-концепции: компьютер не заменяет человека, а помогает ему

увидеть нечто новое и выдвинуть в связи с этим какие-то идеи и гипотезы.

Проблемами выявления связи между смыслом некоторой ситуации (или вербальным его описанием) в

выбранной предметной области и его графическим представлением (образом) занимается иконика -

относительно новое научно-художественное направление компьютерной семиотики. Отметим, что

рассматриваемая в рамках иконики проблема

«смысл - графический образ» является составной частью гораздо более общей проблемы «текст - рисунок»,

различные аспекты которой (например, задача распознавания образов) являются объектами изучения теории

искусственного интеллекта.

В иконике можно определить два важных класса задач: прямые и обратные. Прямая задача иконики

формулируется следующим образом: известен (на вербальном уровне) смысл некоторой ситуации и требуется

построить его графический (иконический) образ. Обратная задача ставится так: предъявлен некоторый

графический образ, требуется дать его вербальную интерпретацию в терминах данной предметной области,

причем эта интерпретация должна иметь содержательно значимый смысл. Как отмечает A.A. Зенкин,

специалист в области когнитивной компьютерной графики, «весь процесс познания, опирающийся на

зрительное восприятие, есть не что иное, как процесс решения обратной задачи иконики: с момента рождения

своего интеллектуального самосознания человек пытается понять, каков смысл... закономерностей природы,

которые являются причиной рождения в его голове тех или иных зрительных образов. Здесь началом,

порождающим образы, является сама объективная реальность, Природа» [17].

Хорошо известно, что удачный рисунок не только делает доступным и понятным знание, уже кем-то, где-

то и когда-то полученное, то есть знание в определенном смысле готовое, но иногда способен подсказать

совершенно неожиданное решение, соображение, гипотезу, другими словами, стимули-

ровать появление нового знания. В соответствии с этим и компьютерная графика может использоваться не

только как средство визуализации ранее описанного знания с целью представления изучаемого объекта или

явления в удобной для восприятия форме (иллюстративная функция), но и как средство порождения знания

нового, которое возникает в голове человека, созерцающего особым образом сформированное компьютером

изображение (когнитивная функция).

В качестве примера приведем опыт применения интерактивной компьютерной графики (ИКГ) для решения

обратной задачи иконики в области теории чисел (то есть такой предметной области, где, казалось бы,

царствует рационально-логическое, дедуктивно-абстрактное, вербально-символическое - так называемое

левополушарное мышление), а именно для исследования знаменитой классической проблемы Варинга,

которая была сформулирована впервые еще в 1770 г. и с тех пор на протяжении более двух веков находилась в

центре внимания таких корифеев математики, как Эйлер, Лагранж, Гаусс, Лежандр, Гильберт, Виноградов, и

многих других выдающихся деятелей науки XVIII-XX вв., известных не только своими научными

достижениями, но и гениальной научной интуицией. Как известно (см., например, [18]), эта проблема в

течение более столетия не поддавалась решению, несмотря на усилия величайших математиков. И только в

последнее время, именно благодаря когнитивной компьютерной графике, оказалось возможным вначале

увидеть, а затем и строго доказать не просто новый результат, а принципиаль-

но новый аспект, новое измерение этой, казалось бы, уже исчерпывающим образом изученной за два сто-

летия проблемы.

Методология порождения принципиально нового знания с помощью когнитивной компьютерной графики

была практически реализована в виде ИКГ-системы - разработанной под руководством A.A. Зенкина

диалоговой системы для исследования проблем теории чисел [19]. Опыт ее практического использования

позволяет утверждать, что когнитивная ИКГ - это не только качественно новый инструмент научного

познания, но и основа новой технологии обучения самым абстрактным разделам фундаментальной науки.

Интересным в этой связи представляется тот факт, что использование цвето-музыкальных ИКГ-изображений

делает доступным для понимания (даже школьниками старших классов) такие сложные теоретико-числовые

понятия и теоремы, какие обычно изучают на третьем курсе математических факультетов вузов.

Агеев Владимир. Семиотика. М.: Издательство «Весь Мир», 2002. - 256 с. - (Весь Мир Знаний). 15

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 16

A.A. Зенкин отмечает очевидность перспективы применения ККГ в образовании: «Визуализация сути,

смысла сложных научных понятий и синергетическое воздействие ОБРАЗА, ЦВЕТА и специфического

музыкального сопровождения, порождаемого... самими абстрактными понятиями, повышает интерес учеников

к излагаемому учебному материалу и уровень понимания информации, представленной в такой неожиданной

и привлекательной форме» [17].

Агеев Владимир. Семиотика. М.: Издательство «Весь Мир», 2002. - 256 с. - (Весь Мир Знаний). 16

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 17