Глава 8. НЕКОТОРЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Глава 8. НЕКОТОРЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

8.2. СХЕМА БАЗОВОЙ ЗАДАЧИ

Задача автомата в первых двух рассматриваемых экспериментах состоит только в том, чтобы адаптироваться к конкретной внешней среде, конкретной ситуации в зрительном поле. Для этого у автомата должны скорректироваться отношения в памяти. Задача названа базовой, поскольку она и ее отдельные фрагменты являются базой для решения многих других задач. Задача автомата — организовать рациональное считывание внешней ситуации, использовать ситуацию для создания и поддержания хорошего внутреннего состояния. Эта простейшая задача поведения, где вместо того, чтобы пойти туда-то и сделать то-то, а затем туда-то и т.д., требуется посмотреть туда-то, чтобы увидеть то-то, и т.д.

Настройка на ситуацию, или процесс зрительного восприятия, проходит несколько фаз: сначала ситуация для автомата безразлична, затем он "заинтересовывается" и начинает ей подчиняться, затем она ему "приятна", а потом "надоедает". Схему работы автомата во всех этих фазах мы сейчас рассмотрим. Важным моментом в базовой задаче будет включение действия в ответ на искажение ситуации, когда автомат на нее уже настроился. Автомат "захочет" исправить ситуацию и по собственному желанию совершит действие в среде.

8.2.1. Первая фаза задачи — автомат заинтересовывается.

Ситуация в зрительном поле показана на рис.8.1 и представляет собой десять случайно расположенных объектов: кружки ₁C, треугольники ₂С и квадраты ₃С.

В исходном состоянии у автомата нейтральное эмоциональное состояние: в ЭЦ нет дефицита питания и нейроны равномерно распределены по возрастам — нет пакетов. В памяти автомата нет ни активных, ни потенциальных очагов возбуждения, т.е. доминант.

Рис. 8.1. Объекты в зрительном поле

Работа автомата в самом ее начале определяется только свойствами глаза фокусироваться, расфокусироваться и изменять направление взгляда. Результатом переключений глаза будет накопление возбуждения на элементах памяти ₁С_ф, ₂С_ф, ₃С_ф. Возбуждение на _jС_ф увеличивается, когда глаз направлен на _jС, и уменьшается, когда глаз направлен на другие объекты, или расфокусирован.

Интересным событием с последствиями будет срабатывание одного из элементов памяти — пусть это будет ₁С_ф, что соответствует кружкам на зрительном поле. Вероятность такого события при малых внешних возбуждениях на _jС_ф, без помощи составляющих возбуждения от своего слова _jС_c и от эмоционального центра, весьма мала, но не равна нулю. Предположим, что в какой-то момент это событие все-таки произошло. Его первыми следствиями будут:

1) срабатывание слова ₁С_c;

2) срабатывание элемента пространственной памяти; пусть это будет ₂₅C_п, что соответствует кружку в клетке 25 (элементы ₃₁С_п и ₃₅С_п, соответствующие положениям двух других кружков, находятся в неактивном состоянии);

3) образование пакета в ЭЦ. Элемент ₂₅C_п сработает в силу того, что после срабатывания ₁С_ф глаз останется сфокусированным в положении (2,5) до тех пор, пока ₁С₁ не кончит генерировать. Этого времени должно быть достаточно для накопления на ₂₅C_п возбуждения, превышающего порог срабатывания ₂₅C_п.

Последующее развитие событий определяется повторными спонтанными срабатываниями ₁С_c и ₂₅C_п, возможными в силу свойства постанодальной экзальтации.

Пусть элемент памяти ₁С_c сработал повторно. Из этого следует, что элемент ₁С_c стал очагом возбуждения (₁С_c^п) и, значит, в эмоциональном центре граница критической зоны высоких потреблений двигается влево, питание, требуемое нейронами ЭЦ, превышает поступающее, растет дефицит питания, состояние ЭЦ ухудшается.

С ухудшением состояния ЭЦ увеличивается поисковая активность автомата. Глаз автомата останавливается на объектах ₁C, ₂C, ₃C чаще, чем в исходном индифферентном состоянии, но задерживается на них меньшее время, если он не оказывается случайно на объекте ₁C, которому соответствует уже работающий очаг возбуждения ₁С_c^п. Только в этом случае элемент памяти ₁С_ф успеет сработать, так как только в этом случае он получает дополнительное возбуждение от своего слова ₁С_c.

Если ₁С_c срабатывает при новом положении объекта ₁С, то срабатывает и новый, соответствующий этому положению элемент ₃₁C_п или ₃₅C_п.

Результатом будет то, что автомат быстро найдет все местоположения некоторого, случайно первым заинтересовавшего его, объекта ₁С. Память о местоположениях объекта механизменно выражена пока только в спонтанных срабатываниях ₂₅C_п, ₃₁C_п, ₃₅C_п благодаря свойству постанодальной экзальтации. На этом первая фаза восприятия, или первая фаза базовой задачи, завершается. Состояние, в котором оказывается автомат, определено тем, что в ЭЦ автомата образовались пакеты и они требуют срабатывания элемента памяти ₁С_ф. Автомат попал в зависимость от внешней ситуации: ему необходимо в определенные моменты времени видеть определенный предмет, автомат оказался "заинтересован" в этом, и его самочувствие оперативно зависит от временных сдвигов между моментами времени "надо" и "нашел". Глаз по завершении первой фазы приходит в нужные клетки (х,у) зрительного поля главным образом благодаря спонтанным срабатываниям _xyС_п. Элемент ₁С_ф работает в подчинении у _xyС_п, которые работают разрозненно, редко, в "случайные" моменты времени, мало коррелировано с распределением пакетов ЭЦ. Состояние автомата по завершении первой фазы восприятия определяется тем. что необходимость получать определенные воздействия от внешней среды есть, а возможности управлять этими воздействиями еще нет.

8.2.2. Вторая фаза задачи — автомат запоминает.

Дальнейшее развитие процесса восприятия определится организацией комплекса элементов памяти из ₁C_c и {_xyС_п} путем образования синаптических связей от ₁C_c на ₂₅C_п, ₃₁C_п, ₃₅C_п (рис. 8.2). Когда ₁C_c работает в высокочастотном режиме (n » n _opt), работает также один из _xyС_п. Это условие усиления связи от ₁C_c на _xyС_п(_xy^{1r +}) и, как следствие этого, ослабления собственной связи у _xyС_п(_xy^{1r +}).

Связи изменяются: для _xy^{ir +} от 0 до (_xy^{ir +})_max, для _xy^{xyr
+} от (_xy^{xyr +})_N до (_xy^{xyr +})_min. Изменения связей временные. После того как ситуация в зрительном поле изменилась, связи постепенно, но относительно быстро возвращаются к исходным значениям. В рабочих алгоритмах модели синаптические связи представляются как двухкомпонентные, состоящие из статической и динамической компонент: изменения, о которых мы говорим сейчас, касаются только динамических компонент.

Восприятие ситуации, процесс ее считывания, который мы интерпретируем как развитие интереса автомата к внешней среде, зависит от величин связей _xy^{ir +} и _xy^{xyr +} в образующемся комплексе. По мере уменьшения значений _xy^{xyr +} уменьшаются вероятности повторных спонтанных срабатываний для ₂₅C_п, ₃₁C_п, ₃₅C_п. Но зато с появлением и усилением связей _xy^{1r +} появляются условия для принудительных запусков ₂₅C_п, ₃₁C_п, ₃₅C_п при генерации ₁C_c. При некоторых значениях _xy^{xyr +} и _xy^{1r +}, таких, что еще возможны спонтанные срабатывания С_п и уже возможны их принудительные запуски от С_с, становится возможной работа "сериями". Первое срабатывание в серии определяется спонтанным срабатыванием одного из _xyС_п. Глаз приходит в точку (х,у), работают ₁С_ф и ₁С_с. От ₁С_с принудительно запускаются остальные точки (х,у). Глаз, закончив считывание на первой точке, сразу переходит на другие и считывает их. Сигнал для эмоционального центра оказывается наложением трех сигналов. Он оказывается продолжительным и сильным и создает в эмоциональном центре значительный пакет, а это значит, что будут и значительные перепады эмоционального состояния. Такая форма работы подготавливает переход к "оптимальному считыванию" с управлением от ЭЦ.

При оптимальном считывании запуск серии происходит от спонтанного срабатывания группы ₁С_с«
1С_ф. В режиме очага возбуждения ₁С_с работает почти все время, но теперь благодаря появлению больших пакетов он имеет возможность повысить свою интенсивность в момент отрицательного перепада, когда пакет заходит в критическую область высокого потребления, что вызывает снижение порога рефрактерности нейронов. Этого повышения интенсивности у ₁С_с (при некоторой помощи от ₁С_ф) достаточно для принудительного запуска _xyС_п по связи _xy^1r
+ и, значит, для образования серии. Управление считыванием ситуации переходит к эмоциональному центру и определяется режимом: величинами пакетов и периодами циркуляции пакетов. При управлении от ЭЦ ₁С_ф и ₁С_с срабатывают и уже работают с достаточной интенсивностью, когда под глазом еще нет объекта ₁С. Автомат уже видит "внутренним зрением" то, что ищет, но еще не нашел. При оптимальном считывании пакеты раз от раза увеличиваются и увеличиваются положительные перепады эмоционального состояния при их переброске с помощью сигналов серии — это можно интерпретировать как нарастающее удовольствие. При размерах пакета, больших некоторой величины, серия уже не может весь его перебросить, остающаяся часть заходит в критическую область и начинает ухудшать эмоциональное состояние. Суммарный эмоциональный эффект остается еще положительным, но быстро снижается — фрагмент внешней ситуации запомнен и "надоел".

Появление некоторого эмоционального минуса после серии прерывает процесс считывания выделенной части ситуации — группы кружков в нашем примере. Механизм прерывания процесса состоит в том, что "минус" по времени оказывается тогда, когда должен спонтанно запуститься и остаться в режиме очага возбуждения элемент ₁С_с. Прозевав этот благоприятный момент времени, ₁С_с далее сам уже запуститься не может. Это означает, что автомат решил некоторую частную задачу "считывание подситуации из кружков". Следует "награда". Так как очаг возбуждения снят, критическая зона высоких потреблений в ЭЦ отодвигается, требования в питании резко снижаются и начинается значительное пополнение резервов для нейронов эмоционального центра. В результате этой награды автомат временно теряет интерес ко всей ситуации: что-то уже понял и увидел, остальное пока не интересно. Следом проделанной автоматом работы будет комплекс элементов памяти (ЭП): ₁С_с связан с ₂₅C_п, ₃₁C_п, ₃₅C_п, уменьшены связи у ₂₅C_п, ₃₁C_п, ₃₅C_п и существенно (временно) повышен порог возбуждения у ₁С_с (этот ЭП "перекормлен" — у его нейронов имеются большие собственные резервы). После того как автомат "успокоится", т.е. рассосутся пакеты и израсходуются лишние питательные запасы, образовавшиеся в эмоциональном центре при награждении, автомат опять может возвратиться к ситуациям в зрительном поле. Однако теперь, так как порог у ₁С_с много выше, чем пороги у ₂С_с и ₃С_с, автомат "заинтересуется" другими подситуациями, имеющимися в зрительном поле.

Рис. 8.2. Память о подситуации "кружки"

8.2.3. "Механизм ловушки".

Остановимся теперь на важном моменте: что будет делать автомат, когда мы испортим ему "радость познания" и исказим ситуацию, на которую он уже успел настроиться и находится по отношению к ней в состоянии оптимального считывания. Ситуацию испортим тем, что переставим один из кружков с его старого места (3,5) на новое (4,6).

Произойдет следующее. Глаз, считывая знакомую подситуацию, дойдет до клетки (3,5), с которой убрали объект. Эмоциональный центр недополучит часть сигнала (некоторое недоумение), а ₃₅C_п останется очагом возбуждения, так как не сможет перейти на нормальный режим работы и, значит, не погасится.

Пакет вернется в критическую зону; ₁С_с увеличит частоту генерации разрядов, пытаясь запустить ₂₅C_п и ₃₁C_п, но не сможет этого сделать, так как работающий ₃₅C_п создает на них "альтернативные пробки" и значительно повысит их пороги. Сигналов для переброски пакета не образуется, и пакет глубоко зайдет в критическую зону, вызывая нарастающее неудовольствие.

Неудовольствие стимулирует случайный поиск кружка (объекта ₁С) в зрительном поле, и автомат чере какое-то время находит новое положение переставленного кружка — (4,6).

Образуется "ловушка" — устойчивый маятниковый режим, из которого трудно выйти, причем у находящегося в этом режиме автомата не формируются сигналы для переброски пакетов в эмоциональном центре. Схема отношений между элементами памяти в режиме "ловушка" показана на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Иллюстрация к механизму "ловушка"

Ловушка определена тем, что в памяти автомата образовались два устойчивых очага возбуждения: элементы памяти ₃₅C_п и ₄₆C_п. Элемент ₃₅C_п становится постоянным очагом возбуждения, так как глаз, попадая в клетку (3,5), теперь не находит здесь объекта, не фокусируется (или расфокусируется) и, следовательно, элемент не получает внешнего возбуждения, необходимого дня перехода в высокочастотный режим генерации и гашения ЭП.

Элемент ₄₆C_п будет потенциальным очагом возбуждения в силу того, что он только что начал работать и у него сильные возбуждающие связи (₄₆^{46r +»}(_xy^{xyr +})_N) и, значит, высокая вероятность повторных срабатываний.

Пусть в какой-то момент времени глаз оказался в положении (4,6). Так как в этой клетке зрительного поля нужный объект есть, то интенсивность работы ₁С_с начнет увеличиваться, создавая возбуждения для ₂₅C_п, ₃₁C_п, ₃₅C_п.

Возбуждение, необходимое элементу ₃₅C_п для того, чтобы перейти из режима ОВ в режим высокочастотной генерации, меньше, чем необходимо элементам ₂₅C_п и ₃₁C_п, чтобы перейти из состояния покоя в состояние очага возбуждения (ОВ) и далее состояние высокочастотной генерации (ВГ). Тем более что у элементов ₂₅C_п и ₃₁C_п уже имеются пробки благодаря работе ₃₅C_п в режиме ОВ.

Элемент ₃₅C_п переходит в режим ВГ, благодаря чему вероятность переключения глаза из положения (4,6) в положение (3,5) делается очень высокой, несмотря на то что ₄₆C_п в это время также находится в режиме ВГ.

Глаз переходит в положение (3,5). И сразу же элемент ₁С_с возвращается в режим ОВ; возбуждение от ₁С_с на ₂₅C_п и ₃₁C_п быстро падает; элемент ₃₅C_п возвращается из режима ВГ в ОВ.

Элемент ₃₅C_п, заработав в режиме ВГ, "сорвал" глаз с объекта и перевел его на место, где объект был раньше, но где его уже нет. При этом сигнал на эмоциональный центр, который начинал образовываться в положении (4,6) прервался (не развился).

Другим следствием срыва будет увеличение синаптических связей у ₃₅C_п и ₄₆C_п и усиление этих ансамблей. Элементы ₃₅C_п и ₄₆C_п работают теперь без посторонней помощи с интенсивностью, в среднем меньшей, чем оптимальная (n <n _opt), а это и есть условие усиления связей. Раз от раза элементы памяти ₃₅C_п и ₄₆C_п становятся "сильнее", а это значит, что сильнее делается ловушка.

С появлением ловушки состояние эмоционального центра быстро ухудшается. Ухудшение эмоционального состояния — "нарастающая волна злости" — запускает моторный элемент памяти "поднять".

При сильноотрицательных эмоциональных состояниях автомата возникает значительная вероятность спонтанного срабатывания моторных элементов автомата. Механизм "глаз-рука" берет объект — кружок. Состояние "взял и держит" неустойчиво и стимулирует действие "положить". С очень высокой вероятностью, определяемой механикой ловушки, автомат кладет объект туда, где он был раньше, — в клетку (3,5), т.е. восстанавливает знакомую правильную ситуацию.

Действие провоцируется неприятностью, "злостью" и оказывается удачным. Опять появляются сигналы для эмоционального центра, и его состояние быстро улучшается. Большой положительный эмоциональный перепад закрепляет опыт автомата в виде образующейся связи от ₁С_с на ЭП "взять". В следующий раз автомат уже раньше возьмет объект-кружок, при меньшей неприятности, тогда как для треугольника и квадрата порог "злости" останется еще почти прежний. "Почти" означает, что если удачным оказалось действие над кружком, то вероятность этого действия вообще над любым объектом несколько увеличивается. Это происходит благодаря усилению внутренней связанности у элемента "поднять". Если взятие объекта связано с ухудшением состояния автомата — вес (тяжесть) объекта уменьшает приток питания, как в случаях эмоционально отрицательных объектов, то автомат свяжет в памяти объекты с их весами, и когда в задачах окажется выбор между действиями над разными объектами, он будет выбирать лучшие, т.е. брать легкие объекты. В экспериментальных задачах веса объектов пока не вводились.