Роль большой науки о мозге в технологическом лидерстве в области искусственного интеллекта

Доминирующим направлением развития информационных технологий на современном этапе выступают разработки в области искусственного интеллекта (ИИ) и применение их к решению все более широкого и сложного круга задач в области медицины, образования, бизнеса, науки, военной сферы, бытовых вопросов, развлечений. Ориентация экономики на долгосрочное инновационное развитие является фундаментом ее устойчивого роста, технологического суверенитета и укрепления позиций государства в мировой политики. По этому поводу в докладе на открытии 49-го Давосского экономического форума 22 января 2019 г. Клаус Шваб отметил: «Искусственный интеллект, большие данные и возможность создания технологических платформ массового использования начинают определять национальную мощь государств» [16]. По мнению экспертов Европейской комиссии, ИИ в ХХI будет основным двигателем экономического роста и повышения производительности труда, а также будет способствовать устойчивости и жизнеспособности промышленности [14, с. 5]. В этом смысле овладение технологиями ИИ, внедрение их в производство су- лит государствам существенные экономические выгоды и лидирующие позиции в мировой системе разделения труда.

С момента своего зарождения технологии ИИ в своей фундаментальной основе вдохновлялись достижениями нейронауки, а также исследованиями человеческого мозга. Так, например, один из пионеров в области искусственного интеллекта Марвин Ли Мински обозначил главную цель одной из своих знаменитых работ следующим образом: «Выработать теории о том, как работает человеческий мозг, и разработать механизм способный чувствовать и думать. Затем полученные идеи можно попытаться использовать как для изучения нас самих, так и для разработки искусственного интеллекта» [12, с. 9]. По мере своего развития модели ИИ становятся все более требовательными с точки зрения вычислительной мощности и потребляемой энергии. Многие специалисты связывают прорывы в области создания высокопроизводительных и энергоэффективных микропроцессоров для ИИ с открытиями фундаментальных принципов работы мозга и созданием на их основе технологий «нейроморфных вычислений».

Общество

Общество. Среда. Развитие № 3’2021

Сегодня определился круг стран, которые разработали и приступили к реализации национальных проектов по изучению мозга. Рассмотрим их основные особенности с точки зрения прикладных технологических ориентиров.

Human Brain Project (Европейский союз)

В январе 2013 году Европейская комиссия инициировала Human Brain Project (HBP) в рамках масштабной инициативы ЕС Future and Emerging Technology (FET). Главной целью FET является превращение научной базы объединенной Европы в конкурентное преимущество на международной арене. На сегодняшний день HBP объединяет около 500 ученых и инженеров из более чем 140 университетов, учебных и исследовательских центров по всей Европе. Также к программе присоединились четыре организации из Израиля и одна из Турции.

Главными тематическими блоками проекта являются: моделирование мозга, нейроморфные технологии, изучение сознания, медицина мозга, робототехника, вычислительная техника для исследований мозга [4]. Непосредственное значение для развития технологий ИИ имеет направление, связанное с разработкой ней-роморфных технологий. В рамках него ведутся работы по воспроизводству основных принципов работы биологических нейронных сетей на электронных схемах. Для этого созданы две крупномасштабные нейроморфные вычислительные машины: SpiNNaker, расположенная в Манчестере (Великобритания) и BrainScaleS, которая находится в Гейдельберге (Германия). Их главная особенность заключается в скорости вычислений, которая при моделировании биологических процессов во много раз превосходит возможности современных суперкомпьютеров. Ожидается, что нейроморфные технологии в ближайшее время существенно превзойдут современные компьютеры при решении таких задач как распознавание речи и изображений, дадут возможность выявлять причинно-следственные связи в сфере науки, финансов и управления, а также на этой основе строить высокоточные прогнозы на различных временных масштабах.

Еще одним направлением HBP, тесно связанным с ИИ, являются разработки в области робототехники. Именно с этим направлением некоторые ученые связывают главный вектор научно-технического прогресса в ХХI веке, называя его «эпохой роботов» [9]. Специально разработанная платформа Neurorobotics позволяет дать любой модели мозга собственное «тело» для изучения обратных связей с внешней средой, что позволяет виртуально создавать и тестировать роботов, а также предоставляет широкие возможности в области машинного обучения еще до момента физической реализации изделия.

В целом Human Brain Project обеспечивает основу для совместной работы исследователей из разных стран, масштабирования и практической реализации идей и научных разработок. В этом смысле примечательно, что некоторые исследователи подчеркивают характерную черту Большой науки ЕС, которая заключается в появлении политически мотивированных крупномасштабных исследовательских проектов, тесно вплетенных в широкий интеграционный контекст [17, с. 79].

BRAIN Initiative (США)

2 апреля 2013 г. Президент США Барак Обама на мероприятии в Белом доме представил исследовательскую инициативу, направленную на революцию в понимании человеческого мозга, под названием BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies). После этого Национальные институты здравоохранения США (NIH) сформировали рабочую группу для детальной проработки этой инициативы. В июне 2014 года Рабочая группа подготовила отчет «BRAIN 2025: A Scientific Vision», в котором были обозначены научные цели инициативы и разработан многолетний план для их достижения.

В качестве всеобъемлющей цели BRAIN Initiative выступает объединение современных исследований и концептуальных схем в интегрированную науку о клетках, цепях, мозге и поведении, которая должна послужить фундаментом для дальнейшего научно-технического прогресса и создания новых технологий. В качестве приоритетных сфер, в которых более всего необходим прогресс, авторы отчета называют технологические достижения в области машинного обучения и искусственного интеллекта: «Инициатива BRAIN, вероятно, принесет практические экономические выгоды в области искусственного интеллекта и «умных» машин. Наш мозг может быстро решать проблемы со зрением, речью и координацией движений, с которыми не могут справиться самые мощные суперкомпьютеры. По мере того, как мы узнаем больше о принципах, используемых мозгом для решения этих проблем, могут быть разработаны новые вычислительные устройства на основе когнитивных архитектур, обнаруженных в мозге» [7, с. 19].

Для развития широкого междисциплинарного сотрудничества создан BRAIN Initiative Alliance, миссия которого состоит в координации усилий между участниками инициативы BRAIN и вовлечении в проект как можно более широкого круга заинтересованных сторон. При этом главным приоритетом BRAIN Initiative выступает развитие соответствующей научной области и связей между исследовательскими коллективами внутри США, и, как подчеркивает К. Брозе: «На этой основе налаживание координации и сотрудничества с другими странами, имеющими аналогичные проекты: ЕС, Китай Япония, Южная Корея [10, с. 557].

В целом BRAIN Initiative продвигает установки открытой науки внутри США, которая должна послужить основой для создания серьезного задела в наиболее перспективных и технологичных сферах, в том числе в области ИИ.

Brain/MINDS (Япония)

В мае 2013 года крупнейшая научно-исследовательская организация Японии RIKEN на собрании в Институте наук о мозге сделала доклад о программах по изучению мозга в ЕС и США, который положил начало японскому проекту под названием Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies (Brain/ MINDS). К сентябрю 2014 года определился состав участников проекта, куда вошли 22 ведущие профильные научно-исследовательские, клинические и технологические организации Японии. Головной организацией для реализации проекта была определена RIKEN.

Главной целью Brain/MINDS «является изучение нейронных сетей, контролирующих высшие функции мозга мартышек для получения нового понимания обработки информации и заболеваний человеческого мозга» [3].

Японская программа изначально ориентировалась на вхождение в международный консорциум исследований, и на то, чтобы дать стране возможность в будущем равноправно сотрудничать и конкурировать в этой области Большой науки на международной арене. Для достижения этой цели в июне 2018 года запущена Стратегическая международная программа продвижения исследований мозга (Brain/MINDS Beyond). Эта инициатива направлена на то, чтобы способствовать глобальному распространению исследований мозга за счет расширения сотрудничества с внутренними проектами других стран по всему миру.

Australian Brain Alliance (Австралия)

В феврале 2016 года Австралийская академия наук создала Australian Brain Alliance (ABA), основные усилия которого сконцентрировались на координации исследований в области мозга по всей стране. С момента своего основания ABA объединил более 28 организаций, в том числе большинство крупных австралийских университетов и исследовательских институтов, проводящих исследования в области нейробиологии и поведенческой науки.

ABA предлагает новое видение исследований мозга и разработки интеллектуальных технологий, включающее несколько основных направлений, среди которых непосредственно касаются разработок в области ИИ: нейроморфные вычисления – исследования по разработке способов создания компьютерных микросхем, имитирующих структуры и процессы мозга, чтобы добиться беспрецедентных скачков, как в хранении памяти, так и в вычислительной мощности; алгоритмы глубокого обучения, вдохновленные мозгом – разработка вычислительных алгоритмов, основанных на понимании функционирования мозга [2].

Существенное внимание ABA уделяет вопросам перевода фундаментальных научных исследований в практические результаты. Для этого, предлагается новый подход, который стимулирует и обеспечивает совместный процесс открытий между промышленностью, университетами и другими исследовательскими институтами.

Korea Brain Initiative (Южная Корея)

В русле глобальной тенденции по запуску рядом стран крупных долгосрочных исследовательских проектов с целью революционным образом повысить знания о человеческом мозге 30 мая 2016 г. Правительство Кореи объявило о запуске «Korea Brain Initiative». В основе проекта лежат ожидания о доминирующей роли науки о мозге в четвертой промышленной революции.

Korea Brain Initiative включает ряд стратегических целей, вписанных в более широкий контекст современных представлений о научно-техническом прогрессе. В частности, инициатива призвана стимулировать развитие технологий, которые объединяют физический, цифровой и биологический миры и играют важную роль в развитии конвергентных проектов. Кроме

Общество

того, наука о мозге рассматривается как ключ к развитию компьютерных технологий следующего поколения. Ожидается, что благодаря продвижению связанных исследований и разработок между естественным и искусственным интеллектом будут разработаны передовые алгоритмы и модели искусственного интеллекта, что создаст научно-технологическую платформу для осуществления четвертой промышленной революции [8].

Вопросам создания нейроиндустрии и коммерциализации разработок уделяется повышенное внимание. На этот аспект проекта указывают и корейские авторы: «Корейская мозговая инициатива создает основу для индустриализации открытий нейронауки. С этой целью необходимо разработать программы перехода от лаборатории к испытательному стенду и создать кластеры нейроиндустрии, где научно-исследовательский и деловой секторы могут работать вместе» [15, с. 609].

Как и программы по изучению мозга других стран с момента своего создания Korea Brain Initiative ориентируется на развитие широкого международного сотрудничества с целью прочно закрепиться в числе стран, развивающих Большую науку.

Общество. Среда. Развитие № 3’2021

Canadian Brain Research Strategy (Канада)

В 2015–2016 годах в Канаде состоялась серия семинаров с участием ведущих ученых страны, на которых широко обсуждалась концепция канадской инициативы в области изучения мозга. По их итогам была сформирована рабочая группа, которая приступила к разработке ключевых компонентов, научных целей и руководящих принципов канадской стратегии по изучению мозга. И в феврале 2017 года был представлен проект Canadian Brain Research Strategy (CBRS), который впоследствии широко обсуждался с научным сообществом Канады. По замыслу создателей CBRS покоится на четырех столпах:

• 1.    Понимание того, как нормальный мозг развивается и функционирует, а также как он развивается на протяжении всей жизни.

• 2.    Преобразование фундаментальных новых знаний о мозге в новые стратегии профилактики и лечения расстройств мозга.

• 3.    Использование новых знаний для совершения новых открытия в других областях, особенно в информационных и коммуникационных технологиях, экономике, сложных системах, социальном поведении людей и образовании.

• 4.    Стимулирование разработки новых инструментов для визуализации и измерения мозга, вычислительных методов для понимания его сложности, а также технологий, вдохновленных мозгом, включая усовершенствованный искусственный интеллект, который найдет широкое применение в здравоохранении, образовании и других областях [11, с. 371–372].

Несмотря на то, что дискуссия о создании канадской стратегии по изучению мозга началась в 2015 г. лишь в июне 2020 г. группа исследователей получила грант от Canadian Institutes of Health Research на разработку стратегии, которая позиционирует изучение мозга в качестве национального исследовательского приоритета и поддерживает создание Канадской сети стратегии исследований мозга. Последняя должна взять на себя поддержку участия Канады в Международной инициативе по изучению мозга и на этой основе объединить вокруг себя интеллектуальные и финансовые ресурсы в области изучения мозга внутри страны.

China Brain Project (Китай)

В марте 2016 года Национальное собрание народных представителей КНР утвердило рассчитанную на 15 лет инициативу China Brain Project (CBP), включив ее в план XIII пятилетки и обширную программу развития науки и технологий до 2030 года. Целью CBP является продвижение фундаментальных знаний о работе мозга и, одновременно с этим, удовлетворение некоторых насущных социальных потребностей путем применения знаний нейронауки в области медицины и разработки новых технологий.

Основную идеологию проекта его организаторы описали формулой «One body two wings», где в качестве тела выступают понимание фундаментальных основ когнитивных функций и развитие технологических платформ для исследования мозга, а крыльями являются развитие технологий искусственного интеллекта и развитие методов ранней диагностики и лечения заболеваний мозга [13, с. 592]. В этой формуле заключается одна из главных особенностей китайского проекта, который выдвигает на первый план применение основных достижений нейронауки к созданию технологий искусственного интеллекта и машинного обучения. По этому поводу директор Института неврологии и руководитель Центра передового опыта в области науки о мозге и интеллектуальных технологий Китайской академии наук

Му-мин По отмечает следующее: «CBP ставит исследования нарушений мозга и искусственного интеллекта в качестве непосредственных высокоприоритетных областей, а не в качестве отдаленных целей после того, как мы лучше поймем работу мозга. Фактически, нейронаука уже сегодня может внести полезный вклад в эти две области» [18, с. 258].

Создав свой проект по изучению мозга спустя три года после появления крупных национальных проектов ЕС и США, Китай имел возможность оценить собственные научные возможности в этой области и определить приоритетные направления исследований для достижения наилучших результатов и формирования основы для международного сотрудничества. В этом смысле выбор развития технологий искусственного интеллекта в качестве основных приоритетов CBP полностью соответствует тенденции «jigongjinli» (стремление как можно быстрее достигнуть успеха и получить выгоду) научной культуры страны. Китайские исследователи пристально следят за тем, что происходит на Западе, и когда появляется перспективное направление, на его развитии концентрируются все ресурсы. Поэтому CBP выступает хорошим инструментом для развития сотрудничества с иностранными исследователями и постепенного улучшения собственных технологий.

Китай на протяжении долгого времени оказывал широкую поддержку развитию технологий искусственного интеллекта, и проект CBP призван обеспечить качественно новый уровень конвергенции между учеными и промышленностью внутри страны и позволить Китаю войти в число мировых лидеров в области ИИ.

Итак, к настоящему моменту в мире существует семь крупномасштабных национальных программ по изучению мозга, ключевые исследовательские приоритеты которых недвусмысленно фиксируют фундаментальные открытия нейронауки в качестве основного источника развития технологий ИИ. В декабре 2017 года в Канберре на встрече крупнейших мировых проектов по изучению мозга представители Японии, Южной Кореи, ЕС, США и Австралии подписали Декларацию о создании Международной инициативы в об- ласти мозга (International Brain Initiative), позднее к ней присоединились Китай и Канада [5]. Это событие позволяет с уверенностью говорить о том, что на международном уровне складывается Большая наука о мозге, ориентированная на объединение усилий ведущих мировых исследователей и разработчиков, а также вовлечение политических деятелей, деловых кругов, широкой общественности в процессы формирования фундамента нового технологического уклада.

В заключении следует упомянуть о том, что многие российские специалисты на протяжении многих лет подчеркивают высокое значение науки о мозге для развития технологий ИИ. Так, например, К.В. Анохин в одной из своих прямо указал на то, что создание новых систем искусственного интеллекта в значительной мере обусловлено фундаментальными исследованиями в нейрофизиологии [1, с. 6]. В 2019 году в России Указом Президента РФ № 490 утверждена Национальная стратегия развития искусственного интеллекта на период до 2030 года, которая закрепила данный тезис на политическом уровне. В документе в качестве одного из основных направлений повышения доступности аппаратного обеспечения, необходимого для решения задач в области ИИ выступает проведение фундаментальных научных исследований, направленных на разработку перспективных архитектур вычислительных систем (в том числе ней-роморфных вычислительных систем, построенных на принципе подобия биологическим нейронным системам). Несмотря на это, в России все еще отсутствует целостная национальная программа по изучению мозга, хотя дискуссии о ее необходимости длятся уже не первый год. По последним данным, Российская академия наук и Минобрнауки предложили создать программу фундаментальных исследований мозга, которая включает не только биолого-медицинские вопросы, но и тесно связана с перспективным развитием технологий ИИ. В сентябре 2020 года Президент РАН А.М. Сергеев представил проект этой программы Президенту России [6]. Тем не менее, спустя год никаких политических решений на этот счет принято не было.