Реконструкция модели «перцептрона» Миракяна

Продуктный подход такого рода (когда о скрытом от наблюдения процессе судят по свойствам входных и выходных продуктов этого процесса) имеет место в любых науках и часто является вполне адекватным. Миракян, однако, поставил революционный вопрос об адекватности продуктного подхода в психологии восприятия [8, 9]. Мотивировал он это, фактически, тем, что процессы психического отражения являются порождающими процессами, а восприятие может быть определено, как процесс порождения чувственных образов, возникающих при условии воздействия «внешнего мира» на органы чувств. Вместе с тем логично предположить, что закономерности порождающих процессов не должны быть основаны на свойствах тех компонентов или продуктов, которые взаимодействуют или возникают в результате действия этих процессов.

Требование преодоления продуктного подхода в психологии обусловило ту задачу, которую поставил проф. Миракян при исследовании непосредственно-чувственного процесса отражения. Она состояла в том, чтобы найти принципы и механизмы, которые не используют заранее постулированные, уже отраженные эмпирические свойства объектов и обеспечивают возможность порождения образа (формы) любой фигуры в различных условиях восприятия. Эти поиски в результате потребовали коренного пересмотра традиционной методологии и серьезной смены научных оснований.

В разработанном Миракяном новом подходе трансцендентальной психологии в качестве исходной аксиоматики для объяснения и моделирования процессов восприятия используются фундаментальные системно-процессуальные принципы, обусловливающие возможность понимания как сущности процессов порождения форм объектов (формопорождения), так и природы существования самих перцептивных процессов [8, 9]. Эти принципы были выявлены Миракяном на основе общего анализа особенностей строения перцептивных систем живых существ и в общем виде опосредованно характеризуют качественные свойства процесса порождения психического отражения, т.е. не на основе эмпирических свойств его продуктов [4, 6, 10, 11].

По Миракяну процессуальные условия существования и действия отражательной системы в живых организмах [6]: дискретизация форм пространственности и непрерывности времени; образование и фиксация отношений между дискретными элементами пространственной формы в определенном моменте времени и отношений между зафиксированными данными различных моментов времени. Общая структура перцептивных процессов определяется принципом анизотропной (дискретной) структурно-процессуальной организации отражательной системы, необходимой для формопорождения. Элементарный механизм формопорождения определяется принципом образования пространственно-временных, и, в частности, так называемых симметрично-двуединых отношений [4, 6, 10]. Симметрия, в частности, известна как ключевое биологическое свойство [12], которое может играть существенную роль в определении формы объектов [13].

Схематически бинарная модель симметрично-двуединого отношения показана на рисунке 1. Сигналы с двух однородных дискретных элементов A1и A2, симметричных относительно некоторой оси S, проходят через элементы B1 и B2, где возможна временная задержка и фиксация этих сигналов. Далее они в элементе C образуют отношение сравнения, результат которого используется для осуществления в системе обратной связи.

Рис 1. Схематическое изображение входных воздействий и элементов структуры, реализующей симметрично-двуединое отношение.

Для случая использования бинарной сигнальной логики (0 и 1 - отсутствие и наличие сигнала) образование симметрично-двуединых отношений можно рассматривать как фик а-цию несимметричных входных воздействий в элементах B 1, B 2 и результата логической операции «И» в элементе C. Элементы B1, B 2 повторяют значения сигналов с выхода элементов A1и А2, но имеют свою память. При этом образованное отношение в C по обратной связи приводит к «стиранию» зафиксированных ранее в B1, B2 сигналов. Общее поведение элементов определяется таблицей 1, где показаны состояния элементов B1, B2 и С (после срабатывания обратной связи) при соответствующих значениях сигнала A1 и A2.

Таблица 1. Таблица истинности с метрично-двуединого элемента

Исследованию перцептивных процессов и моделей, основанных а принципе образования симметрично-двуединых отношений и других принципах порождающего процесса восприятия, посвящен ряд экспериментально-психологических работ [14-18 и др.], выполненных в рамках общей концепции трансцендентальной психологии. Методология экспериментальных исследований в трансцендентальной психологии представлена в [3, 19].

В целом предполагается, что исследуемые процессы носят трансцендентный (можно также сказать, иерархический и синергетический) характер, т.е. являются латентными по отношению к эмерджентным собственно-психологическим проявлениям и представлены на ином порождающем уровне общей иерархии сенсорных процессов. Постулирование этого на практике означает, что, если речь идет о психологических процессах и явлениях, происходящих в пределах функционального диапазона восприятия [20], то свойства исследуемых трансцендентальных процессов выявить на практике вряд ли удастся, поскольку в норме ои практически никак не должны быть представлены в свойствах ощущений или чувственных образов.

Таким образом, экспериментальная парадигма здесь предполагает необходимость выхода за пределы функционального диапазона восприятия. П идее, вне пределов этого диапазона свойства исследуемых процессов могут быть в той ии иной мере проявлены на уровне психологии ощущений. Такие экспериментальные требования, по сути, совпадают с требованиями исследований, построенных по планам истинного эксперимента, сама суть которого состоит в создании искусственных, модульных условий. Вместе с тем можно видеть, что в этом случае традиционное экспериментальное требование высокой экологической валидности, которая достижима при помощи исследований, построенных по типу «эксперимента, дублирующего реальный мир» [21], в принципе не является применимым, если под «реальным миром» понимаются условия нормального (адекватного) функционирования восприятия.

Другим направлением исследования гипотетических принципов трансцендентальной психологии и закономерностей психического отражения явилось их моделирование в искусственных системах. В частности, Миракян разработал устройства «не кибернетических «пер­цептронов», моделирующих процессы порождения психических новообразований» [1, 7].

3.    ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ «ПЕРЦЕПТРОНА»

Предложенный Фрэнком Розенблаттом в 1957 году и реализованный в виде электронной машины перцептрон стал одной из первых моделей нейросетей [22]. При этом исследования автора перцептрона были главным образом связаны не с изобретением устройств, обладающих «искусственным интеллектом», а с изучением нейродинамических принципов. В этом отношении предложенную Миракяном модель (хотя она существенным образом отличаются от традиционного перцептрона Розенблатта) условно тоже можно назвать перцептроном, поскольку он призван продемонстрировать работу предложенных принципов трансцендентальной психологии восприятия.

На основе развитого нового подхода Миракяном были инициированы работы по моделированию процессов восприятия в искусственных системах и созданию соответствующих технических устройств перцептронного типа [1, 6]. Общая модель, которую предложил Миракян, имеет иерархическое строение и реализует процессы, включающие как восходящее кодирование сначала формы и затем идеи или имени объекта, так и обратный нисходящий процесс обратного воссоздания кода формы объектов от кода их имени. Процесс восприятия в модели является как минимум двухступенчатым и двунаправленным. По Миракяну искусственная система отражения в принципе должна быть способна осуществлять ответ как на вопрос (А) об опознании объекта (как объекта имеющего данное имя), так на вопрос (Б) об идентификации формы объекта (например, квадрата).

А. Вопрос: Что это такое? Например, объект этой формы (с этим кодом) условились называть квадрат. При этом важно, что соответствующий первичный процесс кодопорождения определяет и выделяет единичный объект среди множества объектов, первично как некоторый паттерн общего кода формы и затем как некоторую свертку - «идею» (нумен или имя) объекта. Сравнение этого имени с содержанием памяти обеспечивает ответ на поставленный вопрос.

Б. Вопрос: Этот ли это объект (например, квадрат ли это)? Ответ на этот вопрос предполагает встречный процесс, идущий от фиксированного в памяти имени квадрата к объекту находящемуся вовне, от представления к объекту. Этот процесс является «идеальным» в том смысле, что здесь происходит обратное порождение от «точки» фиксации памяти и встреча с тем процессом, который идет извне, что обеспечивает подтверждение того, что приходящее извне на орган чувств воздействие по форме действительно является таковым. По Миракяну у животных ответ на представленный выше вопрос Б всегда «да», т.е. для них вопрос «Этот ли это объект?» не имеет смысл, поскольку возникновение этого вопроса связано с необходимостью идеального выбора объекта по уже оформленному имени или идеальному представлению, которое выступает в качестве заменителя актуального объекта восприятия.

Таким образом, отражение в «перцептроне» Миракяна есть встреча двух процессов: восходящего порождающего, идущего от внешнего воздействия, и обратного процесса, который является процессом порождения изнутри. В принципе такая модель согласуется с традиционными общими представлениями о восприятии как совокупности и взаимодействии восходящих и нисходящих процессов, а также представленной еще Гельмгольцем идеей перцептивного образа как синтеза первичного образа и образа в представлении [23]. Однако здесь важно, что, будучи концептуально простой, модель Миракяна более детально определена: предполагаемое взаимодействие (или встреча) заключается в образовании отношений, которые обусловливают дальнейшие возм жности взаимодействия, и может происходить на разных уровнях.

4.    СТРОЕНИЕ«ПЕРЦЕПТРОНА» МИРАКЯНА

Общая структурная схема «перцептрона» Миракяна может быть представлена в виде двунаправленной системы структурно-процессуального кодопорождения (см. рисунок 2). Система состоит из следующих взаимосвязанных подсистем: 1 - рецептивное поле (РП); 2 — поле (блок) калибровки; 3 - структура кодопорождения; 4 - оперативное поле (образов); 5 - система управления перемещением и фиксацией изображения объекта; 6 - (безадресная) память и 7 - именное поле (блок «имяпорождения»). Система в качественном смысле (реализации ее работы на основе гип тетич ских принципов) имитирует работу зрительног анализатора и обеспечивает как порождение представления о форме объекта, так и обратное пор ждение изображения объекта от его представления. Встречными стрелками на рисунке 2 показаны поля, где встречаются процессы для ответов на рассмотренные выше вопросы А и Б.

Рецептивное поле (1) образует поле для представления изображений объектов и имеет вид круга, сос а ленного из однородных дискретных рецептивных элемент в, расположенных по диаметрам круга симметрично относительно центра. В варианте представленной ниже в раздел пять упрощенной технической р ализации «перцептрона» рецептивное поле (1) имеет вид квадратной матрицы однородных дискретных элементов и блоки (2), (4), (6) и (7) отсутствуют [1].

Рис. 2. Блок-схема «перцептрона» Миракяна.

Следует отметить, что различные блоки, представленные на рисунке 2, были в разной степени реализованы Миракяном и эти блоки в цело могут быть по-разному воссозданы интерпретированы. В частности, механизмы б ока (2) были представлены весьма абстрактно [4].В наибольшей степени были разработаны механизмы блока (3) [1].

Поле блока калибровки (2), показанного на рисунке 3, повторяет форму рецептивного поля и осуществляет редукцию элементов и нормализацию размера изображения объекта (И), представленного на рецептивном поле-увеличение до некоторой стандартной величины, представленной на поле стандартизированного изображения (сИ). По оригинальной идее Миракяна этот процесс происходит на основе пространственно-временной дискретизации поля калибровки (ПК) и измерения времени (ИВ) происходящих процессов таким образом, что пространственные протяженности в результате образуются с прямым участием фактора времени [10]. В теоретическом плане это означает, что согласно гипотезе Миракяна время играет ключевую роль в формировании чувства пространственной протяженности, которое порождается благодаря ощущению процессуальной длительности [4]. В упрощенном случае без учета временной составляющей блок калибровки можно построить более простым образом на основе увеличения размеров изобажения по каждому из диаметров до стандартного макси ального размера.

Рис. 3. Схема блока калибровки изображения.

Структура кодопорождения (3) обеспечивает порождение кода формы объектов и в
простейшем виде может быть построена на основе послойного образования симметричнодвуединых отношений (см. рисунок 1) между дискретными элементами каждого из
диаметров поля сИ. На схеме (3) на рисунке 4 представлена диаметральная линия этого
поля (с 7-мью дискретными элементами), центральный элемент и двуединые элементы
трех слоев симметрично-двуединых отношений. Элементы оперативного поля образов (4)
и ячейки памяти (6) повторяют структуру двуединых элементов в (3). Поле (4) представляет собой поле встреч (Б) кода образа линии с соответствующим кодом образа линии, представленным в текущей памяти (6).

В теоретическом плане согласно общей концепции пространственная дискретность системы дополняется также дискретностью процессов во времени. При этом в принципе может поддерживаться многоуровневая дискретизация процессов во времени (такое построение процессов, когда одни и те же структуры участвуют в дискретных актах образования отношений с длительностью разного порядка, ак что на порядок менее длительные акты вложены более длительные, можно назвать концепцией многоуровневой дискретизации времени в порождающей системе).

В частности, один из уровней дискретизации обеспечив ется показанной на рисунке 2 системой (5) фиксации изображения объекта на рецептивном п ле. Дальнейшая дискретизация времени может осуществляться в пределах периода одной фиксации. При этом образование симметрично-двуединых отношений в блоке (3) на рисунке 4 может происходить неоднократно. В системе в этом случае предполагается возможность по л довательного в времени образования отношений между уже образованными симметрично-двуедиными отношениями, что в принцип позволяет выявлять и кодировать движение или изменение формы объектов во времени. Аналогичные процессы образования отношен во времени могут быть организованы и для случая результатов различных фиксаций.

Рис. 4. Схема структуры формопорождения (3), оперативного поля образов (4) и элемента памяти (6) для одного из диаметров поля сИ.

Таким образом, многоуровневая временная динамика образования отношений в системе является важным фактором построения процессов формопорождения и как показано в [24] этот фактор может быть использован для экспериментальной верификации принципа образования симметрично-двуединых отношений в процессе зрения.

Система безадресной памяти состоит из множества слоев ячеек (6) и сохраняет диаметрально-линейную организацию. Запись осуществляется в первую ячейку, свободную от записанного кода, а чтение обеспечивается путем выявления групп ячеек, имеющих совпадения соответствующих кодов. Именное поле (7) обеспечивает далее свертку кода формы объектов в их имя и сохранение этих имен в далее расположенной памяти (6).

Система управления перемещением и фиксацией изображения объекта (5) действует на основе организации обратной связи и производит симметризацию изображения объекта на рецептивном поле, обеспечивая как фиксацию статических, так и прослеживание движущихся объектов. Возможное устройство этой системы для структуры кодопорождения на основе квадратного рецептивного поля описано в работе [2].

Если для простоты положить, что время в системе имеет только один уровень дискретизации, то работа «перцептрона» (см. рисунок 4) в целом может быть представлена следующим образом. При появлении изображения во всех элементах блока кодопорождения (3) проявляется код формы и этот код встречается на оперативном поле образов (4) с кодом слоя памяти (6). При этом, если код формы имеет хотя бы один элемент, совпадающий по состоянию с элементом слоя памяти, то код в (4) стирается и далее код формы сравнивается со следующим слоем памяти и так до тех пор пока не находится свободный вышележащий слой памяти. Далее весь код переходит в это свободное поле памяти и полностью стирается в блоке кодопорождения.

Образование затем имени формы в блоке (7) (см. рисунок 2) производится как спиральная свертка в стек номеров всех активных точек кода поля памяти, начиная с краевых элементов рецептивного поля. Результирующее число в стеке записывается как имя данной формы, которое может сравниваться с другими именами (см. вариант А встречи двух процессов, показанных на рисунке 2 стрелками). Такое кодирование в принципе обеспечивает возможность от одной «точки» именного поля представления обратно восстановить кодовый паттерн формы (т.е. все точки изображения данной формы). Этот обратный процесс, в частности, происходит в «перцептроне» и в ситуации ответа на вопрос Б (см. рисунок 2), когда от нумена форма объекта поэлементно развертывается и переводится на поле образов, где встречается с кодом, полученным от изображения объекта.