Современные информационные технологии/1. Компьютерная инженерия

К.т.н. Богданов Н.И.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

Логико-лингвистические модели гомеостаза в

когнитивной науке и разработке интеллектуальных

систем

Публикация посвящается 20-летию выхода книг [1] и [2]. Однако она не ретроспективна, а ориентирована на развитие интеллектуальных технологий.

Построение логико-лингвистических моделей гомеостаза актуально для ряда направлений когнитивной науки и разработки интеллектуальных систем. В их числе разработка: а) логических принципов построения систем знаний; б) онтологических систем; в) мультиагентных систем; г) распределённых систем гибридного интеллекта; д) искусственных систем обладающих сознанием.

Цель публикации: анализ принципов и достаточности оснований логико-лингвистических моделей (ЛЛМ) гомеостаза как базового понятия предметных областей (ПрО) когнитивной науки и разработки интеллектуальных систем.

Анализируются ЛЛМ гомеостаза в гомеостатике [1,3] (Г1) и гомеостатической теории сознания [2,4] (Г2), являющиеся базовыми и в других ПрО [5,6].

Рассматривая проблему определённости понятия гомеостаза важно подчеркнуть, что феномен гомеостаза как раз и является предпосылкой возникновения представления об определённости вообще и родственных понятий – устойчивости, инертности, целостности, системности, структурности, инвариантности. Понятие гомеостаза имеет давнюю индуктивно-эмпирическую историю и обобщает представления о способности биологических систем сохранять относительное постоянство своей внутренней среды, а в итоге и своё существование [2,3,6].

Характер использования знаний интегрированных в научном понятии зависит от того, как раскрывается его содержание. Для того, чтобы это содержание стало доступно широкому кругу специалистов разного профиля, оно должно быть логически корректно представлено на естественном языке, то есть в виде логико-лингвистической модели (ЛЛМ). Само же содержание ЛЛМ определяется тем подходом к её разработке (парадигме), которому следует составитель модели.

ЛЛМ Г1 опирается на кибернетическую парадигму [1]. ЛЛМ Г2 следует естественнонаучной парадигме [2]. Кибернетическая парадигма ориентировала ЛЛМ Г1 на описание гомеостаза как иерархического принципа стабилизации состояния некоторого объекта. В соответствии с этой парадигмой ЛЛМ Г1 претендует на такую же всеобщность и применение в «живых, технических, социальных и экологических системах», как и сама кибернетика [3]. Кроме того ЛЛМ Г1, как видно из [1,3], предполагает следование столь же всеобщему «закону единства и борьбы противоположностей» взятому из «диалектической логики». В [3] описана конкретизация этого закона моделью, состоящей из двух противоборствующих регуляторов (регулятор Горского (РГ)). В период создания РГ негативное отношение к нему представителей академической науки имело основания. Были свежи воспоминания о том как «диалектическая логика» противодействовала развитию математической логики, разработке компьютерной техники и самой кибернетики. Кроме того, тогда уже был известен принцип подчинённого регулирования. РГ имел, по сравнению с ним, более сложную структуру и, казалось, не имел обоснованных преимуществ. Однако сейчас ясно, что областью применения РГ являются распределенные объекты управления. РГ имитирует биохимическое (гормональное) управление состоянием нейронных сетей. Он может применяться для управления интегральным показателем функционирования сообщества автономных агентов при условии, что этот показатель зависит от соотношения числа агентов выполняющих программы противоположным образом влияющие на него.

В целом же кибернетическая ориентация ЛЛМ Г1 привела к закрытой модели обеспечения гомеостаза. Логический круг хорошо виден в определении гомеостаза (гомеостаз обеспечивается гомеостатом), приведенном в [3]. В результате не были созданы достаточные основания для логически последовательного перехода к когнитивным процессам гомеостатического управления на уровне сознания и интеллекта как к необходимым следствиям условий обеспечения гомеостаза.

Такие основания были даны в ЛЛМ Г2 [2], базирующейся на естественнонаучной методологии. Формируя в соответствии с логическими предписаниями данной методологии понятие гомеостаза ЛЛМ Г2, как и ЛЛМ Г1, констатировала стабильность внутренней среды живых организмов и наличие некоторых неизвестных средств ее обеспечения. Однако, следуя этим предписаниям, ЛЛМ Г2 указала также и научно установленное родовое свойство (инвариант), отличающее взаимодействие живых организмов с внешней средой от взаимодействий других устойчивых природных и технических образований - самоорганизующиеся метаболитические процессы. При этом, как и требует естественнонаучная методология, понятие об указанных процессах имеет столь же достоверную индуктивно-эмпирическую предысторию, как и определяемое понятие гомеостаза. Таким образом, структура ЛЛМ Г2 может быть представлена следующим образом:

Г2 = f(c(m(s))), (1)

где Г2 - спецификация ЛЛМ Г2, f - специфицирующая функция, спецификации: с - стабильности внутренней среды организма, m - метаболизма (обменных процессов между организмом и средой), s - самоорганизации.

Согласно спецификации (1) первичными процессами являются метаболизм и его самоорганизация. Известна и иная субординация. В специально посвящённой проблеме гомеостаза книге физиолога А.А.Логинова [6], в отличие от тогда же вышедших тезисов автора [2], посвящённых той же проблеме, функция самоорганизации аналогична функции гомеостата в ЛЛМ Г1. Обменные же процессы рассматриваются в этой работе как всеобщее свойство всех материальных тел. Эти две предпосылки позволили автору [6], по-видимому, раньше автора гомеостатики [1], распространить понятие гомеостаза в качестве некоторого всеобщего принципа сохранения на природу и технику, а также разработать хорошо продуманную классификацию "гомеостазов". Вместе с тем, А.А.Логинов, как физиолог, не мог не видеть, что основы поддержания гомеостаза "в живых и неживых объектах сходны, но не тождественны" [6]. Чтобы подчеркнуть эти различия он ввёл, соответственно, понятия активного и пассивного гомеостаза. Однако такое деление скрыло существенное отличие метаболизмов от обменных процессов устойчивых объектов неживой природы [2]. Это отличие состоит в эволюционной, видовой и индивидуальной изменчивости и специфичности первых и высокой эволюционной стабильности и унифицированности вторых (характеризующих не гомеостаз, а особый вид инертности). Согласно ЛЛМ Г2 в [2] активность гомеостаза определяется иначе: как следствие необходимости пространственных перемещений для его метаболитического обеспечения. Она является частным случаем активного гомеостаза по А.А.Логинову и характерна для животных и человека.

Перемещение требует оперативности вещественно-энергетического обеспечения. Такая оперативность невозможна без дифференциации внутренних компонентов метаболитических процессов и, соответственно, структуры организма. Дифференциация организма в свою очередь приводит к формированию центра управляющего оперативным обеспечением гомеостаза (ЦУООГ) и других специализированных функциональных образований [2]. Наличие ЦУООГ усложняет самоорганизацию, повышает её оперативность и скорость её эволюции [2]. В соответствии с этим ЛЛМ Г2 для активного гомеостаза принимает следующий вид

Г2 = f(c(m_c(s_эс, s_ос),m_д(s_эд, s_од ))), (2)

где Г2, f, с, m, s имеют те же значения, что и в спецификации (1), индексы о,э - соответствуют оперативной и эволюционной самоорганизации, а индексы с,д - структуросохраняющему и двигательному метаболизму и самоорганизации.

Понятие пространственного движения влечёт введение понятия оперативности, противопоставляемое понятию эволюционности. Таким образом, (2) осуществляет логически последовательную дифференциацию самоорганизации. Она отображает не просто стабилизирующий процесс, а процесс, соответствующий обобщённому принципу инерции (наименьшего действия), который, как показано в физике (В.Г.Попов), является фундаментальным законом природы. В процессе такой эволюции улучшаются энергетические показатели метаболизма и согласованности функционирования организма с наиболее вероятными состояниями внешней среды. Замыкается эволюционный цикл, включающий ЦУООГ и метаболизм:

m=f_m(i); i=f_i(m,v), (3)

где i, v – спецификации ЦУООГ и внешней среды, f_m, f_i – специфицирующие функции для m и i.

Дальнейшее исследование цикла (3) позволит раскрыть условия возникновения в нём сознания и интеллекта и оценить влияние на их структуру и развитие метаболизма и его коммуникативных компонент. Это необходимо как для ограничения видоспецифичной составляющей знания в когнитивной науке и разработке искусственных интеллектуальных систем, так и для разработки автономных роботов с биоэнергетическими технологиями энергоснабжения [2].

Литература:

1. Горский Ю.М. Системно-информационный анализ процессов управления. – Новосибирск: Наука, 1988, 326с.

2. Богданов Н.И. Основы построения интеллектных технических систем. Киев:УМК ВО, 1988.- 84 с.

3. Гомеостатика живых, технических, социальных и экологических систем. – Новосибирск: Наука, 1990. -350

4. Богданов Н.И. Информация и сознание: интегративные модели инженерии знаний//Вестник ХНАДУ. – Харьков: Изд-во ХНАДУ, Сб. научн. тр. Вып 26. - 2004 . – С21-25.

5. Гомеостаз на различных уровнях организации биосистем.- Новосибирск: Наука, 1991, - 232 с.

6. Логинов А.А. Гомеостаз. – Минск: Выш.школа, 1979. -176 с.