[Перевод] Гениальный нейробиолог, у которого, возможно, есть ключ к созданию настоящего искусственного интеллекта

Принцип свободной энергии Карла Фристона может быть наиболее всеобъемлющей идеей со времён теории естественного отбора Чарльза Дарвина. Но чтобы понять его, необходимо заглянуть в разум самого Фристона.

Когда король Англии Георг III к концу правления начал проявлять признаки острого маниакального поведения, слухи о безумии короля быстро распространились в народе. В одной легенде говорится, что Георг попытался пожать руку дереву, считая, что видит перед собой прусского короля. В другой описывалось, как его тайно перевезли в здание на Квин-сквер лондонского района Блумсбери, чтобы там лечить его вместе с его подданными. Также утверждается, что его супруга, королева Шарлотта Мекленбург-Стрелицкая, арендовала целый подвал в местном пабе, чтобы хранить там припасы для кормления короля, пока он находился под опекой врачей.

Спустя более двух веков эта история по поводу Квин-сквер всё ещё часто встречается в лондонских путеводителях. Правдива она или нет, это место с годами подстроилось под неё. Металлическая статуя Шарлотты стоит на северном краю площади; паб на углу называется «Королевская кладовая«; а тихий скверик на площади окружён людьми, которые работают с мозгом, и людьми, над чьим мозгом необходимо поработать. Национальный госпиталь неврологии и нейрохирургии – куда современные царственные особы тоже вполне могут отправиться на лечение – возвышается в одном из углов Квин-сквер, а его периметр обозначают исследовательские лаборатории по нейробиологии Университетского колледжа в Лондоне. В прошлом июле целую неделю идеальной погоды десятки пациентов неврологического отделения со своими близкими проводили в тихом парке на деревянных лавочках по краю газона.

В типичный понедельник Карл Фристон прибывает на Квин-сквер в 12:25, и выкуривает сигарету в саду рядом со статуей королевы Шарлотты. Фристон, у которого немного сутулая фигура с густыми серыми волосами, работает научным директором легендарной Лаборатории функциональных изображений (Functional Imaging Laboratory) при Университетском колледже Лондона, и известен всем работникам FIL. Закончив с сигаретой, Фристон проходит к западной стороне площади, входит в здание из известняка и кирпича, и направляется в аудиторию на четвёртом этаже, в которой могут находиться от двух до двух десятков людей, в ожидании его разглядывающих белую стену. Фристону нравится приходить на пять минут позже, чтобы все остальные уже были в сборе.

Его приветственные слова для этой группы людей вполне могут оказаться первым значимым высказыванием за день, поскольку Фристон предпочитает не разговаривать с другими людьми до полудня. (Поэтому в домашней обстановке он общается с женой и тремя сыновьями при помощи условных улыбок и хмыкания). Также он редко встречается с людьми один на один. Он предпочитает открытые собрания, подобные этому, где студенты, постдоки и представители общественности, желающие получить экспертную оценку Фристона – а таких людей в последние годы до смешного много – имеют возможность обратиться к его знаниям. «Он считает, что если у какого-то человека есть идеи или вопрос или проект, лучший способ узнать об этом – собрать всю группу целиком, и выслушать его, чтобы у каждого был шанс задать вопрос и поучаствовать в обсуждении. Тогда то, что узнает один человек, узнают все остальные», — говорит Дэвид Бенримо, психиатр-ординатор из университета Макгил, бывший у Фристона учеником в течение года. «Это очень необычно. Что характерно для Карла».

В начале каждой встречи в понедельник все по кругу задают свои вопросы. Фристон медленно ходит кругами, выслушивает людей – его очки сползают на кончик носа, потому что он всегда наклоняет голову, чтобы увидеть говорящего. Потом он несколько часов отвечает на заданные вопросы по очереди. «Джентльмен викторианской эпохи, с викторианскими манерами и вкусами», — как описывал Фристона один его друг, тот отвечает даже на самые глупые вопросы вежливо и с быстрой переформулировкой. Такие сессии вопросов и ответов – которые я начал называть встречами «спросите Карла» – являются примечательными примерами выносливости, памяти, широкого кругозора и творческого мышления. Часто они заканчиваются, когда Фристон уходит на свой крохотный металлический балкончик, выступающий из его офиса, на очередной перекур.

В первый раз Фристон стал легендой академических кругов, разработав многие из важнейших инструментов, позволивших науке изучать мозг. В 1990-м он изобрёл статистическую параметрическую разметку, вычислительную технологию, позволяющую, как сказал один нейробиолог, «впихивать» снимки мозга в одну стандартную форму, чтобы исследователи могли проводить сравнения активности, происходящей внутри разных черепов. Из этой технологии выросла воксельная морфометрия, технология получения изображений, которую использовали в одном знаменитом исследовании, чтобы продемонстрировать, что задняя часть гиппокампа лондонских таксистов росла по мере получения ими знаний (для получения лицензии таксиста в Лондоне водителям нужно выучить 320 маршрутов и множество достопримечательностей в пределах 6 миль от Чаринг-кросс. В этот процесс входит письменные экзамен и несколько устных).

В исследовании, опубликованном в журнале Science в 2011 году, использовали ещё одну технологию для анализа снимков мозга, созданную Фристоном – динамическое каузальное моделирование – для определения того, есть ли у людей с серьёзным повреждением мозга минимальная активность сознания, или же имеется только вегетативная.

Когда Фристона приняли в члены Королевского научного общества в 2006 году, в научном мире описывали как «революционное» его влияние на изучение мозга, упоминая, что более 90% опубликованных работ, связанных со снимками мозга, использовали придуманные им методы. Два года назад Институт Аллена по изучению искусственного интеллекта, управляет которым пионер ИИ Орен Эциони, подсчитал, что Фристон – наиболее цитируемый нейробиолог в мире. Его индекс Хирша – метрика, используемая для измерения влиятельности публикаций исследователя – почти в два раза превышает таковой у Альберта Эйнштейна. В прошлом году компания Clarivate Analytics, на протяжении двух десятилетий успешно предсказывавшая будущих лауреатов Нобелевской премии в науке, поместила Фристона в тройку наиболее вероятных призёров в категориях физиология или медицина.

Примечательно, что малая часть исследователей, совершающих паломничество для того, чтобы встретиться с Фристоном, желают разговаривать с ним о снимках мозга. За десять дней этого лета Фристон давал советы астрофизикам, нескольким философам, программистам, работающим над созданием более персонализированного конкурента Amazon Echo, главе отдела ИИ крупнейшей страховой компании, нейробиолога, разрабатывающего улучшенные слуховые аппараты и психиатра, стартап которого использует машинное обучение, чтобы помогать лечить депрессию. И большая их часть пришла за тем, чтобы понять нечто совсем другое.

За последние лет десять Фристон большую часть своего времени и сил посвятил разработке идеи, которую он называет «принципом свободной энергии». (Фристон описывает свою работу, связанную со снимками мозга, так, как джазовый музыкант описывал бы свою работу в качестве библиотекаря). Фристон считает, что эта его идея описывает ни больше, ни меньше как принцип организации всей жизни, включая и интеллект. «Если вы живы, какое поведение вы должны демонстрировать?» – на такой вопрос он пытается ответить.

Плохие новости: принцип свободной энергии безумно трудно понять. Так трудно, что целые комнаты очень, очень умных людей пытались это сделать, и не смогли. Существует даже аккаунт в Твиттере с 5000 подписчиками, который только и делает, что высмеивает его смутность, и почти все люди, с которыми я его обсуждал, включая исследователей, работа которых зависит от него, сказали мне, что не понимают его полностью.

Однако часто те же самые люди поспешно добавляют, что принцип свободной энергии, по своей сути, рассказывает простую историю и решает простую загадку. Второй закон термодинамики говорит, что Вселенная стремится к увеличению энтропии, к распаду, однако же, живые существа яростно ему сопротивляются. Каждое утро мы просыпаемся, практически тем же человеком, которым были за день до этого, с чётким разделением клеток и органов, между нами и остальным миром. Как это происходит? Принцип свободной энергии Фристона говорит, что вся жизнь на всех масштабах организации – от отдельных клеток до человеческого мозга с миллиардами нейронов – движет универсальный императив, который можно свести к математической функции. Он говорит, что быть живым, значит действовать таким образом, чтобы уменьшать разрыв между вашими ожиданиями и поступающей от органов чувств информацией. Или, говоря словами Фристона, чтобы минимизировать свободную энергию.

Чтобы представить себе потенциальные следствия этой теории, вам нужно лишь взглянуть на людей, появляющихся на пороге FIL утром в понедельник. Некоторые из них хотят использовать принцип свободной энергии для объединения теорий разума, обеспечения новой основы биологии и объяснения жизни. Другие надеются, что этот принцип, наконец, снабдит психиатрию функциональным пониманием мозга. Иные приходят с желанием использовать идеи Фристона, чтобы выйти из тупиков исследования ИИ. Но у всех них есть одна общая причина присутствовать здесь, состоящая в том, что единственный человек, по-настоящему понимающий принцип свободной энергии Карла Фристона, это и есть Карл Фристон.

В офисе Фристона

Фристон не только один из влиятельнейших учёных в своей области; он ещё и наиболее плодовитый. В свои 59 лет он работает каждый вечер и каждый выходной, и опубликовал уже более 1000 научных работ с 2000 года. Только в 2017-м он был ведущим автором или соавтором 85 публикаций – то есть примерно по одной каждые четыре дня.

Но с его точки зрения, такой выхлоп – не только результат амбициозной рабочей этики, но и признак стремления к жёсткому эскапизму.

Фристон проводит тщательно охраняемую черту между внешним миром и внутренним, охраняя последний от вторжений, многие из которых, судя по всему, связаны с «беспокойством о других людях». Он предпочитает приватным беседам нахождение на сцене, с удержанием других людей на комфортном расстоянии. У него нет сотового телефона. Он всегда носит голубые рубашки, которые покупает в магазине распродаж по две штуки. Он считает нарушения его еженедельной рутины на Квин-сквер «нервирующими», поэтому старается избегать встреч с другими людьми на, допустим, международных конференциях. Он не любит отстаивать свои идеи.

В то же время Фристон чётко и откровенно рассказывает о том, почему он занимается наукой. Он находит невероятно успокаивающим – чем-то, схожим с перекурами – если ему удаётся погрузиться в сложную задачу, на решение которой уходят недели. Он выразительно пишет о своей одержимости поисками способов интеграции, объединения и упрощения мирового шума, к которой имел склонность ещё в детстве.

Фристон считает, что его путь к открытию принципа свободной энергии начался жарким летним днём, когда ему было 8 лет. Они с семьёй жили в окружённом стеной английском городе Честер близ Ливерпуля, и как-то его мать отправила его поиграть в саду. Он перевернул старое бревно и обнаружил под ним нескольких мокриц – мелких жучков с наружным скелетом, напоминающим броненосца – которые беспорядочно двигались, как ему показалось сначала, в поисках укрытия и темноты. После того, как он наблюдал за ними полчаса, он сделал вывод, что они на самом деле не ищут тень. «Это была иллюзия, — говорит Фристон. – Фантазия, которую я решил рассмотреть».

Он понял, что движения мокриц не имели какой-то определенной цели, по крайней мере, не в том смысле, в каком у человека есть цель, из-за которой тот садится в машину и едет по делам. Движения существ были случайными; они просто двигались быстрее, разогреваемые солнцем.

Фристон называет это своим первой научной догадкой, моментом, когда «все эти неестественные, антропоморфные объяснения цели, выживания и всего такого, просто отошли на второй план, — говорит он. – И мне оставалось наблюдать просто то, что происходило. В каком-то смысле, оно не могло происходить по-другому».

Отец Фристона был инженером-строителем, работавшим над строительством мостов по всей Англии, и его семья переезжала вслед за ним. Только за первые десять лет Фристон посещал шесть разных школ. Его учителя часто не знали, что с ним делать, и большую часть своего хрупкого самоуважения он завоевал, самостоятельно решая задачи. В 10 лет он разработал робота с самокоррекцией, который, в теории, мог передвигаться по неровной поверхности, перенося стакан воды и используя самоподстраивающиеся силовые приводы с обратной связью и ртутные уровни. Школа даже пригласила психолога, чтобы узнать у мальчика, как он пришёл к такой идее. «Ты очень умный, Карл, — уверяла Фристона его мать, и не в последний раз. – Не позволяй никому заявлять обратного». Он сказал, что не поверил ей.

Подростком Фристон испытал ещё один момент, подобный наблюдению за мокрицами. Он вернулся в свою спальню, закончив смотреть телевизор, и заметил цветущую вишню за окном. Его внезапно посетила мысль, которая с тех пор его не отпускала. «Должен быть способ понять всё, начав с ничего, — подумал он. – Если я могу начать с одной точки во всей Вселенной, могу ли я вывести всё остальное, что мне необходимо?» Он лежал на кровати часами, делая первые попытки в этом направлении. «Очевидно, я тогда их полностью провалил», — говорит он.

К концу старших классов Фристон с одноклассниками стали испытуемыми в раннем эксперименте, связанном с психологическим исследованием личности при помощи компьютеров. Им задавали вопросы, ответы на которые пробивали в перфокартах, и проводили их через компьютеры, чтобы подобрать школьникам идеальную карьеру. Фристон описал, как ему нравится разработка электроники и одиночество на природе, поэтому компьютер предложил ему работу установщика телевизионных антенн. Такой вариант не казался ему правильным, поэтому он пошёл к школьному консультанту по карьере, и сказал, что ему хотелось бы изучать мозг в контексте математики и физики. Консультант сказал Фристону, что ему стоит стать психиатром, что, к ужасу Фристона означало, что ему придётся изучать медицину.

Фристон и консультант перепутали психиатрию с психологией, которой ему, наверное, стоило заняться на самом деле. Но ошибка оказалась полезной, поскольку она направила Фристона на путь к изучению разума и тела, по направлению к одному из наиболее сильно сформировавших его жизнь опыту.

Закончив медицинское обучение, Фристон переехал в Оксфорд и провёл два года стажёром в викторианском госпитале Литлмор. Госпиталь был основан в рамках «акта о лунатизме» 1845 года [после которого к людям, страдающим психическими заболеваниями, стали относиться больше как к пациентам лечебниц и меньше как к преступникам и изгоям, ютящимся в «приютах» / прим. перев.], и был первоначально предназначен для помощи перевода всех «бедных лунатиков» из рабочих домов в госпитали. К середине 1980-х, когда туда устроился Фристон, это был один из последних приютов, оставшихся на задворках английских городов.

Фристону назначили группу из 32 хронических шизофреников, самых неприятных пациентов в Литлморе, лечение которых по большей части означало просто заключение. Для Фристона, вспоминающего своих пациентов с очевидной ностальгией, это стало наглядным пособием того, как легко рвутся связи мозга. «Это было прекрасное место для работы, — говорит он. – Маленькое сообщество интенсивной и красочной психопатологии».

Дважды в неделю он вёл 90-минутные групповые терапевтические сессии, на которых пациенты разбирались в своих заболеваниях вместе – нечто, напоминающее сегодняшние встречи «спросите Карла». В группу входили красочные персонажи, которые и спустя 30 лет всё ещё вдохновляют мыслительные процессы Фристона. Там была Хилари (имена пациентов изменены), выглядевшая так, что могла бы играть старшего повара в сериале «Аббатство Даунтон«, однако перед тем, как попасть в Литлмор, обезглавившая своего соседа кухонным ножом, поскольку находилась под впечатлением того, что он превратился в злую ворону ростом с человека.

Там был Эрнест, питавший слабость к кардиганам пастельных тонов от Marks & Spencer и кедам им в тон, и бывший «самым неисправимым и необузданным педофилом из всех, кого вы только можете вообразить», — говорит Фристон.

Ещё там был Роберт, подвижный молодой человек, который мог бы учиться в институте, если бы не страдал от серьёзной шизофрении. Он был одержим рассуждениями о дерьме ангелов; он рассуждал о том, было ли это вещество проклятием или благословлением, видно ли оно человеческому глазу, и о том, что подобные вопросы не пришли в голову другим людям. Фристон считал, что сама концепция ангельского дерьма была сущим чудом. Она показывала возможности больных шизофренией людей составлять концепции, не так-то легко доступные для людей с мозгом, функционирующим в более привычном режиме. «Чрезвычайно сложно придумать что-то вроде дерьма ангелов», — говорит Фристон с чем-то, похожим на восхищение. «Мне бы это не удалось».

После Литлмора Фристон провёл большую часть начала 1990-х, используя относительно новую тогда технологию — позитронно-эмиссионную томографию – чтобы попытаться понять, что происходит в мозге людей, больных шизофренией. Попутно он изобрёл статистическую параметрическую разметку. Фристон был твёрдо уверен в том, что технологиями надо свободно делиться, а не патентовать и монетизировать (что было необычно для того времени), что объясняет, почему эта техника так широко распространилась. Фристон мог полететь на другой конец мира – в Национальные институты здоровья в Бетесде, к примеру – чтобы поделиться технологией с другими исследователями. «Я, буквально, с отрезком биометрической плёнки, садился на самолёт, вёз её туда, скачивал её, тратил целый день на то, чтобы заставить её работать, обучал кого-то работать с ней, а потом отправлялся домой отдохнуть, — говорит Фристон. – Вот так в то время работало программное обеспечение с открытым кодом».

На Квин-сквер Фристон попал в 1994 году, и несколько лет подряд его офис в FIL располагался всего в нескольких метрах от Вычислительного нейробиологического отдела Гэтсби. Этим отделом – в котором исследователи изучают теории восприятия и обучения у живых существ и машин – тогда руководил его основатель, когнитивный психолог и специалист по информатике Джоффри Хинтон. FIL нарабатывал репутацию главной лаборатории в области снимков мозга, а Гэтсби становился тренировочным лагерем для нейробиологов, интересовавшихся применением математических моделей к изучению нервной системы.

Фристон, как и многие другие, заразился «детским энтузиазмом» Хинтона к совершенно недетским статистическим моделям, и подружился с ним.

Со временем Хинтон убедил Фроистона, что лучшим способом представить себе мозг было считать его байесовской вероятностной машиной. Эта идея происходит из XIX века и работ Германа фон Гельмгольца, и состоит в том, что мозг организует вычисления и ощущения вероятностным методом, постоянно выдавая предсказания и подстраивая точку зрения на основе входных данных от органов чувств. В соответствии с наиболее популярным текущим представлением, мозг – «машина выводов», стремящаяся минимизировать «ошибки предсказания».

В 2001 году Хинтон уехал из Лондона, устроившись в Университет Торонто, где стал одной из наиболее важных фигур в области искусственного интеллекта, заложив фундамент большинства современных исследований в области глубинного обучения.

Но до его отъезда Фристон в последний раз приехал в Гэтсби с визитом к другу. Хинтон описал новую придуманную им технологию, позволяющую компьютерным программам более эффективно эмулировать принятие человеком решений – это был процесс интеграции входных данных множества вероятностных моделей, известный сегодня в машинном обучении, как «экспертный результат»

.

Встреча поразила Фристона. Он вдохновился идеями Хинтона, и в рамках интеллектуального сотрудничества отправил ему набор своих заметок по поводу своей идеи объединения казалось бы «не связанных между собой анатомических, физиологических и психологических свойств мозга». Фристон опубликовал эти заметки в 2005 году – это была первая из десятков работ, в которых он будет развивать свой принцип свободной энергии.

Одеяло с портретом Андрея Маркова в офисе Карла Фристона: «поддерживает ваши внутренние состояния в тепле с 1856 года»