Системы с обратной связью

[Mr. B]

Предлагаю обсудить один текст. Его автор - http://is4umielofon.livejournal.com/ . Он имеет прямое отношение к проблеме моделирования поведения организмов, а также к формализации этого поведения.

Наибольшим удельным весом, среди известных на сегодня систем с обратной связью, обладают биологические системы. Также верно и то, что это наиболее сложные из всех известных сегодня систем. Рассматривая многообразие этих систем с эволюционной точки зрения, можно заметить, что принципиальная схема биологических систем возникла очень рано и практически не менялась с момента возникновения до сегодняшних дней. Биологические системы с обратной связью состоят из двух блоков, назовем их интерпретационным и исполнительным.

Исполнительный блок - это, грубо говоря, пульт микшера, и каждое нажатие на клавиши которого сопровождается тем или иным эффектом. Эффектами можно считать запуск программ, одинаковых для близкородственных систем с похожими кариотипами. Чем больше различий в кариотипе, тем больше различий между программами. Ноцицептивные и антиноцицептивные реакции, например, не только одинаковы для всех позвоночных, но и реализуются по типовой схеме, в т.ч. с задействованием опиодной антиноцицептивной системы http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1195504

Предположительно, на опиоидной системе основан механизм регуляции вообще любого поведения позвоночных. Система "наград и наказаний" непосредственно связана связана с этой системой, грубо говоря, вся жизнь любого позвоночного происходит в гонке за еще одной дозой эндорфинов, позвоночные стремятся к раздражению антиноцицептивной системы и избегают раздражения ноцицептивной.
...
Если рассматривать не только позвоночных, то, не смотря на иные механизмы реализации, суть поведения остается неизменной: множество таксисов делится на два подмножества: приближения к источнику стимула и удаления от него. Перед этим, исполнительный блок принимает решение, считать стимул значимым или нет. Если стимул незначимый - он игнорируется, значимый - таксис... (у высших организмов в ответ на значимый стимул происходит запуск программ).

Таким образом, исполнительный блок любой из известных нам систем с обратной связью биологического происхождения состоит из:
- базы данных, содержащей перечень значимых стимулов; и собственно
- исполнительной части - функции которой могут исполняться непосредственно, задействуя двигательные или какие-либо другие механизмы либо косвенно, через "систему наград и наказаний".

Исполнительный блок - наиболее древний и наименее гибкий, но об этом позже.


Интерпретационный блок интерпретирует поступающую на рецепторы информацию, превращая ее в стимулы, с которыми может работать исполнительный блок...

Эта схема одинакова и для амебы и для человека.
Есть возражения по сути изложенного?

Детальнее можно увидеть здесь http://is4umielofon.livejournal.com/5154.html . Сам автор текста тоже, видимо, подключится к обсуждению. Кроме возражений по сути предложенного также интересен вопрос о том, попадались ли кому-то из участников похожие задачи моделирования поведения? Мне самому такой формальный подход представляется довольно привлекательным, поскольку открывает новые возможности (по сравнению, как минимум, с традиционным биологическим изложением) в анализе поведения. Поэтому точку зрения автора я во многом разделяю. Но, поскольку не специалист, по всему остальному не буду рубить с плеча (я по поводу некоторых отдельных предположений и возможности использования одной модели для амёбы и человека).

[vitus]

Bertran, спасибо за приглашение и за то что помогли мне найти силы и вернуться к этой проблеме, т.к. часто она мне кажется безнадежной...
Не могу обещать, что буду регулярно принимать участие, т.к. сейчас принимаю активное участие в национальной украинской забаве - в выборах... но обещаю прилагать все усилия.
Кстати, выборы я упомянул не случайно, поскольку благодаря им я имею возможность глубже ознакомиться с примерами работы современной системой законодательства.
Т.е. для меня это один из немногих шансов глубоко и всесторонне вникнуть в современную систему регуляции общественных отношений, т.к. я не юрист.
Я отношусь к законам с удобной для меня точки зрения - с точки зрения программиста, а такое отношение имеет свои выгоды.
И комментируя Ваши слова:

Мне самому такой формальный подход представляется довольно привлекательным, поскольку открывает новые возможности ... в анализе поведения.

должен заметить, что подобный формальный подход открывает новые возможности также и в отношении проблем, связанных с регуляцией общественных отношений.

Если представить себе алгоритмы принятия решений, основанных на действующем законодательстве, в виде дерева, то ствол и ветви первого порядка - прописаны  в Конституции, Законы, подзаконные акты и т.д. и т.п. - все более мелкие ветви и в конце-концов, там где должны быть листья, мы доходим до законодательного вакуума, например: "судья обязан рассматривать дела непредвзято, добросовестно, рассудительно, ... на протяжении разумного срока..."
И это написано в Кодексе судопроизводства Украины (Раздел 1, ст.2, ч.3)
Конечно, где-нибудь среди подзаконных актов возможно и найдутся требования к тому, какое время считать разумным, и как определять степень добросовестности, но, подобная ситуация, хотя и в меньшей мере, характерна и для более мелких алгоритмов принятия решений в сфере общественных отношений (законов, да ).
Ни в одном законе не прописана однозначная схема принятия решения по поводу, например, что считать ошибкой, а что опечаткой - такие решения почти всегда отдаются "на власний розсуд судді".
Любой законодательный алгоритм в конце-концов оказывается в сфере нечетких определений, применительно к которым, в большинстве случаев, он оказывается бессилен...

Вобщем, проблема систем с обратной связью, на мой взгляд - это ключевая проблема современности. Проблема №1, так сказать, поскольку ее решение затронет практически все сферы жизни общества.

Поэтому, я настаиваю на максимально обобщенной точке зрения на сабж:

Нужно представлять дело таким образом, чтобы можно было воспользоваться опытом как можно более широкого круга профессионалов: программистов, юристов, математиков, биологов, психологами...
На мой взгляд, шансы найти ответ на максимально обобщенные вопросы, поднимаемые темой, гораздо выше, чем если начинать с поисков ответов на какие-то из частных проявлений.

[vitus]

Но, поскольку не специалист, по всему остальному не буду рубить с плеча (я по поводу некоторых отдельных предположений и возможности использования одной модели для амёбы и человека).[/i]

Я имел ввиду, что и для человека, и для амебы возможно использование одной и той же принципиальной схемы: блок-исполнитель + блок-интерпретатор.

Надеюсь, предыдущим сообщением я смог объяснить, почему я буду настаивать на использовании как можно более обобщенных схем...

p.s. удельный вес блока-интерпретара в "психике" амебы невелик - он ограничивается молекулами-рецепторами. Психика человека, наоборот, в основном состоит из блока-интерпретатора, а блок-исполнитель многими авторами относится даже не к области психологического, а к области физиологического, настолько мал его вклад в поведение.

p.p.s. На мой взгляд, поведение амебы протей можно удовлетворительно описать следующим образом:

1. содержимое исполнительного блока состоит из:

- перечня переменных, имеющих значение для организма;
-перечня типизированных констант для концентрации NaCl (N), кислорода(О) и цАМФ (А) в окружающей среде и уровню освещенности (L) (ограничимся этим);
- самого алгоритма;
- условий исполнения алгоритма;
- вариантов решений.

2. Интерпретационный блок содержит информацию о конфигурации рецепторов, необходимых для получения данных о текущем значении переменных в "забортной" среде.

Запишем значения типизированных констант в баллах и, зададим правило: если значение переменной превышает 50 баллов - делай А, меньше - делай Z
(для простоты значение типизированной константы зададим жестко - 50 баллов, конечно, 50 баллов для цАМФ и для NaCl - это концентрации, значения которых отличаются на порядки: какой должна быть концентрация цАМФ, чтобы начать угрожать здоровью амебы?  )

Под Z будем подразумевать комплекс действий, способствующий перемещению амебы вдоль градиента концентраций в сторону увеличения концентрации,
под А - в сторону уменьшения. (Мне кажется, на особенности механизма локомоции амебы не стоит отвлекаться раньше того, как дело дойдет до создания действующей модели амебы, но на всяк случай, полезное сцылочко уже имееццо)

Х - текущее значение переменной, которое и будет сравниваться с текущими значениями типизированных констант.

Таким образом, имеем:

if Xn > N do A else Z
if Xl  > L do A else Z
if Xa > A do A else Z
if Xo > O do A else Z

Теперь было бы неплохо как-то связать эти правила, чтобы наша амеба, например, не боялась высунуться на солнышко, если в освещенном месте очень много вкусного (для этого ей, вероятно, придется уменьшить значение L)... А потом еще, добавить одну типизированную константу, отвечающую не за внешнюю, а за внутреннюю среду - сигнализирующую о голоде (Н)... но об этом после...

Пока что, хотелось бы почитать критику...

[идрис]

Насчет сложности системы как жизни. Меня всегда беспокоила такая постановка вопроса. Существует ли доказательство сложности этой системы?

Если эта система очень древняя (есть вероятность, что древнее солнечной системы и Земли). То возможно древняя, тождественно "простому". То есть тезис о сложности жизни условен. Вы ведь сами привели чрезвычайно простую общую схему "жизни" и ничего сложного в такой схеме вроде нет.

[Mr. B]

vitus, я ещё хорошенько всё обдумаю, потом наваяю что-нибудь.

Вы ведь сами привели чрезвычайно простую общую схему "жизни" и ничего сложного в такой схеме вроде нет.

Да, учитывая общность постановки, то всё предельно просто. Организм должен обладать наиболее адекватной (в заданном понимании этого термина в контексте биологической эволюции) системой реакций на внешние раздражители. Проблема состоит в формализации этого поведения для конкретной особи, а также, в перспективе, отыскания оптимального поведения особи в некотором понимании оптимальности (например, выживание, размножение, либо и то и другое сразу; конечно, оптимум для выживания может совсем не совпадать с оптимумом для размножения).

[vitus]

Насчет сложности системы как жизни. Меня всегда беспокоила такая постановка вопроса. Существует ли доказательство сложности этой системы?

Смотря что Вы имеете в виду, употребляя слово "сложный". Природа, в принципе, может быть и  проста, но ее чертовски много )))
Спросите у Bertranа в чем сложность, например, разложения числа на множители, у него лучше получится объяснить, чем у меня.

[vitus]

vitus, я ещё хорошенько всё обдумаю, потом наваяю что-нибудь.

Тогда я пока жду, верно?

Да, учитывая общность постановки, то всё предельно просто. Организм должен обладать наиболее адекватной (в заданном понимании этого термина в контексте биологической эволюции) системой реакций на внешние раздражители.

А наблюдая за различиями в поведении искусственных амеб и обычных амеб, мы будем получать подсказки о том, что мы чего-то еще не знаем об амебах, если поведение амеб построенніх нами будет отличаться от поведения амеб естественного происхождения...

[Mr. B]

Тогда я пока жду, верно?

Именно.

А наблюдая за различиями в поведении искусственных амеб и обычных амеб, мы будем получать подсказки о том, что мы чего-то еще не знаем об амебах, если поведение амеб построенніх нами будет отличаться от поведения амеб естественного происхождения...

Конечно. Если наши модели не соответствуют амёбам - будем менять модели, а не амёбы.

[vitus]

А наблюдая за различиями в поведении искусственных амеб и обычных амеб, мы будем получать подсказки о том, что мы чего-то еще не знаем об амебах, если поведение амеб построенніх нами будет отличаться от поведения амеб естественного происхождения...

Конечно. Если наши модели не соответствуют амёбам - будем менять модели, а не амёбы.

))) Можно и наоборот, в принципе, но пока еще модели менять и дешевле, и разумнее, а вот в будущем, я надеюсь, ситуация будет как раз прямо противоположная .
Я имел ввиду, что качественное моделирование может стать еще одним хорошим инструментом познания.

[идрис]

А можно идти параллельным путем. Создать искусственную амебу. Потом сравнить ее поведение с естественной. Потом начинать удалять по одному гены из естественной и смотреть когда их поведение сравняется. Ведь амеба это тоже своеобразный венец эволюции. Надо работать с более простыми организмами. А их сейчас найти сложно.

[vitus]

А можно идти параллельным путем. Создать искусственную амебу. Потом сравнить ее поведение с естественной. Потом начинать удалять по одному гены из естественной и смотреть когда их поведение сравняется. Ведь амеба это тоже своеобразный венец эволюции. Надо работать с более простыми организмами. А их сейчас найти сложно.

Не очень хорошо представляю себе как можно будет удалять гены амебы по одному... это все равно что шестеренки из часов по одной вынимать, пытаясь упростить их.
Не, конечно, если нам повезет, и мы вытянем какой-то вспомогательное устройство, то они будут продожать работать, но мне кажется, что в большинстве случаев мы будем сталкиваться с отказами работы системы в целом.
С деволюцией нам повезет только в том случае, если мы будем точно знать порядок эволюционных изменений, а для этого нам нужно будет совершить огромное количество проб. Хотя, можно и так, наверно...

[Игорь Антонов]

Кроме возражений по сути предложенного также интересен вопрос о том, попадались ли кому-то из участников похожие задачи моделирования поведения?

Николай Амосов этим занимался. Здесь есть об этом. Из современных авторов - Михаил Бурцев.

[Mr. B]

Николай Амосов этим занимался. Здесь есть об этом. Из современных авторов - Михаил Бурцев.

Благодарю. Интересные работы (особенно последняя). Первая какая-то слишком философская. Наверное из-за того, что ранняя.

[vitus]

Кроме возражений по сути предложенного также интересен вопрос о том, попадались ли кому-то из участников похожие задачи моделирования поведения?

Николай Амосов этим занимался. Здесь есть об этом. Из современных авторов - Михаил Бурцев.

К Бурцеву я как-то сразу потерял интерес после этого:

"Эволюция – процесс отбора наиболее приспособленных организмов, т.е. организмов обладающих наиболее эффективным поведением, обеспечивающим выживание, но адаптивное поведение невозможно без знаний об окружающей среде. Откуда же берутся эти знания?"

P1 -> ТТ -> ЕЕ -> Р2,

Далеко не каждая теория порождает новые пробелемы, здесь Поппер чересчур сильно увлекается...я бы даже сказал сверхобобщает...

Отличительной чертой всего живого является целенаправленность.

Отличительной от чего? У аффтара ПГМ, по-моему... струя нагретого газа тоже явно обладает целенаправленностью... А если ячейки Бенара обладают целенаправленностью, так они тоже живые, чтоле?
Второй раздел явно списан с теории отражения, отбрасываемой во вступлении, только и того, что слово "отражение" заменено словом "моделирование"... Иерархия целей - это вообще бред. Каждому животному в популяции глубоко чихать на цели вида, как и виду в целом по барабану цели каждой отдельно взятой особи... Цели вида не спускаются к отдельно взятым особям, а наоборот, поднимаются от отдельновзятых особей и выживают только те виды, у которых цели популяции и особей хоть немного совпадают...

[Mr. B]

К Бурцеву я как-то сразу потерял интерес после этого:

"Эволюция – процесс отбора наиболее приспособленных организмов, т.е. организмов обладающих наиболее эффективным поведением, обеспечивающим выживание, но адаптивное поведение невозможно без знаний об окружающей среде. Откуда же берутся эти знания?"

Все остальные Ваши замечания, на мой взгляд, слишком буквальное цитирование либо излишние придирки. На этом остановлюсь отдельно.

Во-первых, рассмотрим термин "адаптивное поведение". Очевидно, здесь не идёт речь о филогенетической адаптации, когда приобретаются новые признаки. Но речь идёт о том, что эволюция это не просто смена разных признаков особей, а происходит эволюция и отбор поведений. По-моему, это то, что надо.