Каталог :: Медицина

Доклад: Медицинские аспекты разработки искусственного интеллекта

Гильфанов Н.М.
                  Кыргызско-Российский (Славянский) Университет                  
                              Медицинский факультет                              
                         Студенческая конференция-1999.                         
                       Кафедра информационных технологий.                       
                                  Тема доклада:                                  
         Медицинские аспекты разработки искуственного интеллекта.         
С конца 40-х годов ученые все большего  числа  университетских  и
промышленных исследовательских лабораторий устремились к дерзкой цели:
построение компьютеров,  действующих таким образом, что по результатам работы
их невозможно было бы отличить от человеческого разума.
Исследователи,  работающие в области искусственного интеллекта (ИИ),
обнаружили, что вступили в схватку с весьма запутанными проблемами, далеко
выходящими за пределы традиционной информатики.  Оказалось, что прежде всего
необходимо  понять механизмы процесса обучения,  природу языка и чувственного
восприятия.  Выяснилось,  что для создания машин, имитирующих работу
человеческого мозга, требуется разобраться в том, как действуют миллиарды его
взаимосвязанных нейронов.  И тогда многие  исследователи пришли  к  выводу,
что пожалуй самая трудная проблема,  стоящая перед современной наукой -
познание процессов функционирования человеческого разума,  а не просто
имитация его работы. Что непосредственно затрагивало фундаментальные
теоретические проблемы психологической  науки.
В самом  деле,  ученым  трудно даже прийти к единой точке зрения относительно
самого предмета их исследований  -  интеллекта.  Некоторые считают,
что интеллект - умение решать сложные задачи; другие 
рассматривают его как способность к обучению,  обобщению и аналогиям;  
третьи - как возможность взаимодействия с внешним миром путем
общения, восприятия и осознания воспринятого.
Тем не менее многие исследователи ИИ склонны принять тест машинного
интеллекта,  предложенный в начале 50-х годов выдающимся английским
математиком  и  специалистом по  вычислительной  технике Аланом Тьюрингом.
Компьютер можно считать разумным,- утверждал Тьюринг,- если он способен
заставить  нас  поверить, что мы имеем дело не с машиной, а с человеком.
Выдающийся швейцарский врач и естествоиспытатель XVI в Теофраст Бомбаст фон
Гогенгейм  (Парацельс) оставил руководство по изготовлению гомункула, в
котором описывалась странная процедура, начинавшаяся с закапывания в
лошадиный  навоз герметично закупоренной человеческой спермы.  "Мы будем как
боги,  - провозглашал Парацельс. - Мы повторим величайшее из чудес господних
- сотворение человека!"(4)
Однако только  после  второй  мировой войны появились устройства, казалось
бы,  подходящие для достижения заветной цели -  моделирования разумного
поведения;  это были электронные цифровые вычислительные машины. "Электронный
мозг",  как тогда восторженно  называли  компьютер, поразил в 1952 г.
телезрителей США, точно предсказав результаты президентских выборов за
несколько часов до получения окончательных данных. Этот "подвиг" компьютера
лишь подтвердил вывод,  к которому в то время пришли многие ученые:  наступит
тот день, когда автоматические вычислители, столь быстро, неутомимо и
безошибочно выполняющие автоматические действия, смогут имитировать
невычислительные  процессы,  свойственные человеческому мышлению, в том числе
восприятие и обучение, распознавание образов,  понимание повседневной речи и
письма, принятие решений в неопределенных ситуациях,  когда известны не все
факты.  Именно таким образом "заочно" формировался своего рода "социальный
заказ" на разработку систем ИИ.
В общем исследователей ИИ,  работающих над созданием мыслящих машин,  можно
разделить на  две группы.  Одних интересует чистая наука и для них
компьютер - лишь инструмент,  обеспечивающий возможность экспериментальной
проверки теорий процессов  мышления.  Интересы  другой группы лежат в 
области техники: они стремятся расширить сферу применения компьютеров и
облегчить пользование ими. Многие представители второй группы мало заботятся о
выяснении механизма мышления - они полагают, что для их работы это едва ли
более полезно, чем изучение полета птиц и самолетостроения.
В настоящее время,  однако,  обнаружилось,  что как научные так и технические
поиски столкнулись с несоизмеримо более серьезными трудностями, чем
представлялось первым энтузиастам.  На первых порах  многие пионеры ИИ
верили,  что  через какой-нибудь десяток лет машины обретут высочайшие
человеческие таланты. Предполагалось, что преодолев период "электронного
детства"  и обучившись в библиотеках всего мира, хитроумные компьютеры,
благодаря быстродействию, точности и безотказной памяти постепенно превзойдут
своих создателей-людей.  Сейчас мало кто говорит об этом,  а если и говорит,
то отнюдь не считает, что подобные чудеса не за горами.
На протяжении всей своей короткой истории исследователи в области ИИ всегда
находились на переднем крае информатики. Многие ныне обычные разработки,  в
том числе усовершенствованные системы программирования, текстовые  редакторы
и программы распознавания образов,  в значительной мере рассматриваются на
работах по ИИ.
Несмотря на многообещающие перспективы,  ни одну из разработанных до  сих
пор программ ИИ нельзя назвать "разумной" в обычном понимании этого слова.
Это объясняется тем,  что все они узко специализированы; самые  сложные
экспертные системы по своим возможностям скорее напоминают дрессированных или
механических кукол, нежели человека с его гибким  умом  и  широким
кругозором.  Даже среди исследователей ИИ теперь многие сомневаются,  что
большинство подобных изделий принесет существенную пользу. Немало критиков ИИ
считают, что такого рода ограничения вообще непреодолимы.
К числу таких скептиков относится и  Хьюберт  Дрейфус,  профессор философии
Калифорнийского  университета в Беркли.  С его точки зрения, истинный разум
невозможно отделить от его человеческой основы,  заключенной в человеческом
организме.  "Цифровой компьютер - не человек,  говорит Дрейфус.  - У
компьютера нет ни тела, ни эмоций, ни потребностей. Он  лишен  социальной
ориентации,  которая приобретается жизнью в обществе, а именно она делает
поведение разумным.  Я не хочу  сказать, что компьютеры не могут быть
разумными.  Но цифровые компьютеры,  запрограммированные фактами и правилами из
нашей,  человеческой,  жизни, действительно не могут стать разумными.  Поэтому
ИИ в том виде, как мы его представляем,  невозможен".(1)
Попытки построить машины, способные к разумному поведению, в значительной
мере вдохновлены идеями профессора Норберта Винера, который помимо математики
обладал широкими познаниями в других областях,  включая нейропсихологию и
медицину.
Винеру и его сотруднику Джулиану Бигелоу  принадлежит  разработка принципа
"обратной связи", который был успешно применен при разработке нового оружия с
радиолокационным наведением.  Принцип  обратной  связи заключается в
использовании информации, поступающей из окружающего мира, для изменения
поведения машины
В дальнейшем Винер разработал на принципе обратной  связи  теории как  машинного
так и человеческого разума.  Он доказывал,  что именно благодаря обратной
связи все живое приспосабливается к окружающей среде  и  добивается  своих
целей.  "Все машины,  претендующие на "разумность",- писал он,  - должны
обладать способность преследовать определенные цели и приспосабливаться,  т.е.
обучаться". Созданной им науке Винер дает название кибернетика,  что в
переводе с греческого означает искусство управления кораблем.(2)
Следует отметить, что принцип "обратной связи", введенный Винером, был
предугадан Сеченовым в явлении "центрального торможения" в "Рефлексах
головного мозга" (1862 г.)  и  рассматривался как механизм  регуляции
деятельности нервной системы.
В течении 1943 года Маккалох в соавторстве со своим 18-летним  протеже,
блестящим  математиком Уолтером Питтсом,  разработал теорию деятельности
головного мозга. Эта теория и являлась той основой,  на которой
сформировалось широко распространенное мнение, что функции компьютера и мозга
в значительной мере сходны.
В середине 1958 г. Фрэнком Розенблаттом была предложена модель
электронного устройства, названного им перцептроном,  которое должно было
имитировать процессы человеческого мышления.  Перцептрон должен был передавать
сигналы  от  "глаза",  составленного  из  фотоэлементов,  в блоки
электромеханических ячеек памяти,  которые оценивали относительную величину
электрических сигналов. Эти ячейки соединялись между собой случайным
образом в соответствии с господствующей тогда теорией, согласно которой мозг
воспринимает  новую  информацию и реагирует на нее через систему случайных
связей между нейронами
Область применения нейронных сетей
В литературе встречается значительное число признаков, которыми должна
обладать задача, чтобы применение НС было оправдано и НС могла бы ее решить:
·        отсутствует алгоритм или не известны принципы решения задач, но
накоплено достаточное число примеров;
·        проблема характеризуется большими объемами входной информации;
·        данные неполны или избыточны, зашумлены, частично противоречивы.
Таким образом, НС хорошо подходят для распознавания образов и решения задач
классификации, оптимизации и прогнозирования.
     Банки и страховые компании:
Æ       автоматическое считывание чеков и финансовых документов;
Æ       проверка достоверности подписей;
Æ       прогнозирование изменений экономических показателей.
     Военная промышленность и аэронавтика:
Æ       обработка звуковых сигналов (разделение, идентификация,
локализация, устранение шума, интерпретация);
Æ       обработка радарных сигналов (распознавание целей, идентификация
и локализация источников);
Æ       обработка инфракрасных сигналов (локализация);
Æ       автоматическое пилотирование.
     Биомедицинская промышленность:
Æ       анализ рентгенограмм;
Æ       обнаружение отклонений в ЭКГ;
Æ       анализ реограмм.
Нейронные сети - основные понятия и определения
В основу искусственных нейронных сетей положены следующие черты живых
нейронных сетей, позволяющие им хорошо справляться с нерегулярными задачами:
·        простой обрабатывающий элемент - нейрон;
·        очень большое число нейронов участвует в обработке информации;
·        один нейрон связан с большим числом других нейронов (глобальные связи);
·        изменяющиеся по весу связи между нейронами;
·        массированная параллельность обработки информации.
Прототипом для создания нейрона послужил биологический нейрон головного
мозга. Нейронная сеть представляет собой совокупность большого числа
сравнительно простых элементов - нейронов, топология соединений которых
зависит от типа сети. Чтобы создать нейронную сеть для решения какой-либо
конкретной задачи, необходимо выбрать, каким образом следует соединять
нейроны друг с другом.
Переходя к собственно медицинским проблемам ИИ О.К. Тихомиров выделяет  три
позиции по вопросу о взаимодействии медицины и искуственного интеллекта.
1)      "Мы мало знаем о человеческом разуме,  мы хотим его воссоздать,  мы
делаем это вопреки отсутствию знаний"- эта позиция характерна для многих
зарубежных специалистов по ИИ.
2)      Вторая позиция сводится  к констатации того же факта, причем в
качестве причины указывается отсутствие адекватных методов. Решение видится в
моделировании тех или иных интеллектуальных функций в работе машин. Иными
словами, если машина решает задачу ранее решавшуюся человеком,  то знания,
которые можно почерпнуть, анализируя эту работу и есть основной материал для
построения психофизиологических теорий.
3)      Третья позиция характеризует исследования в области искусственного
интеллекта и медицины как совершенно независимые.  В этом случае допускается
возможность только использования медицинских знаний  в плане психологического
обеспечения работ по ИИ.
Но и работы по искусственному интеллекту тоже влияют на развитие медицины.. В
качестве первого результата можно выделить появление новой области
психологических исследований,  а именно, сравнительные исследования того, как
одни и те же задачи решаются человеком и машиной. Возникают понятия 
компьютерной метафоры и информационной парадигмы.
Уже первые работы по искусственному интеллекту показали,  что не  только
область  решения  задач затрагивается соспоставительными исследованиями,
но и проблема мышления в целом.  Только под влиянием разработки ИИ возникла
потребность в уточнении критериев "творческих" и "нетворческих" процессов.
Более того, исследования восприятия и исследования памяти также
находятся под сильным влиянием машинных аналогий (монография Р.Клацки).
Новая психологическая теория поведения (исследования Д. Миллера К.Прибрама
Ю.Галантера) построена на результатах этих работ.
Но специфику человеческой мотивационно-эмоциональной  регуляции  деятельности
составляет  использование  не только константных,  но и ситуативно
возникающих и динамично меняющихся  оценок,  существенно  также различие
между словесно-логическими и эмоциональными оценками. В существовании
потребностей и мотивов видится различие  между  человеком  и машиной на
уровне деятельности.  Этот тезис повлек за собой цикл исследований,
посвященных анализу специфики человеческой деятельности.  Так в работе
Л.П.Гурьевой (7) показана зависимость структуры мыслительной деятельности при
решении творческих задач от изменения мотивации.
Информационная теория эмоций Симонова в значительной степени питается
аналогиями с работами систем ИИ.
Таким образом все три традиционные области психологии - учения  о
познавательных, эмоциональных  и волевых процессах оказались под влиянием
работ по ИИ,  что по мнению О.К.Тихомирова привело  к  оформлению нового
предмета психологии - как наука о переработке информации.
Таким образом роль взаимодействие  между  исследованиями  искусственного
интеллекта  и медициной можно охарактеризовать как плодотворный диалог,
позволяющий если не решать то хотя  бы  научиться  задавать  вопросы как
высокого философского уровня – «Что есть человек ?», так и более
прагматические.
                               Литература:                               
1) Дрейфус Х.  Чего не могут вычислительные машины.- М.: Прогресс, 1979
2) Винер Н. Кибернетика и общество.-М:ИЛ, 1958
3) Минский М., Пейперт С. Перцептроны -М:Мир,1971
4) Компьютер обретает разум.Москва Мир 1990  В сборнике:  Психологические
исследования  интеллектуальной деятельности. Под.ред. О.К.Тихомирова.- М.,
МГУ,1979.:
5) Бабаева Ю.Д. К вопросу о формализации процесса целеобразования 6)
Брушлинский А.В. Возможен ли "искусственный интеллект"?
7) Гурьева Л.П. Об изменении мотивации в условиях использования
искусственного интеллекта.
8) Ноткин Л.И. "Искусственный интеллект" и проблемы обучения
9) Тихомиров О.К. "Искусственный интеллект и теоретические вопросы психологии"