Введение

Введение
В этой книге речь пойдет о новом научном направлении – о
моделировании когнитивной эволюции, т.е. эволюции познавательных свойств биологических организмов. В процессе когнитивной эволюции сформировалось мышление человека, которое используется в научном познании. Причем речь пойдет именно о моделировании – об исследовании когнитивной эволюции путем
построения и изучения математических и компьютерных моделей
когнитивных способностей живых организмов разного эволюционного уровня.
Почему моделирование когнитивной эволюции интересно и
важно?
Во-первых, потому что это направление исследований непосредственно связано со следующими фундаментальными научными проблемами:
 Как в процессе биологической эволюции произошло мышление человека?
 Почему мышление человека, в том числе, формальное логическое мышление, используемое в математических доказательствах, казалось бы совершенно не связанное с внешним миром,
применимо к познанию реальной природы?
Во-вторых, в настоящее время имеются серьезные научные заделы моделирования когнитивной эволюции, развиваемые в целом
ряде направлений вычислительных наук. Например, это многочисленные работы по исследованию компьютерных моделей автономных агентов, отражающих свойства как живых, так и модельных
организмов. Также очень интересные заделы развиваются и со стороны биологических исследований познавательных способностей
животных.
В-третьих, моделирование когнитивной эволюции в будущем
должно иметь широкие междисциплинарные связи:
 с основаниями науки, с основаниями математики,
 с теорией познания,
 с когнитивной наукой,
 с биологическими исследованиями,
7


с научными основами искусственного интеллекта,
с моделированием на стыке вычислительных наук и биологических экспериментальных исследований.
И, наконец, моделирование когнитивной эволюции нацелено
на серьезное развитие научного миропонимания. Используя эволюционный подход, можно исследовать познавательные способности биологических организмов разного эволюционного уровня,
анализировать, как и почему возникали эти способности, стремиться раскрыть причины их возникновения.
Резюмируя приведенные аргументы, можно сказать, что
вполне возможно формирование новой научной дисциплины «Моделирование когнитивной эволюции».
Настоящая книга развивает предыдущую (Редько В.Г. Эволюция, нейронные сети, интеллект: Модели и концепции эволюционной кибернетики. М.: УРСС, 2005). Однако по сравнению с предыдущей эта книга более четко ориентирована и непосредственно характеризует постановку и начальные шаги моделирования
когнитивной эволюции.
В основном мы будем рассматривать теоретические исследования, математические или компьютерные модели познавательных
систем. Но там, где это уместно, мы будем говорить и о примечательных экспериментальных результатах, о красивых гипотезах, о
методологических концепциях. Также будем говорить о методах
исследований и о моделях, близких к основной теме книги. И главная цель книги – наметить подходы к моделированию когнитивной
эволюции.
Книга имеет следующую структуру.
В первой главе рассмотрены философские предпосылки исследований когнитивной эволюции.
Во второй главе представлена общая характеристика заделов
моделирования когнитивной эволюции как со стороны вычислительных наук, так и со стороны экспериментальных биологических
исследований.
В третьей главе изложен часто используемый метод моделирования: метод обучения с подкреплением, а также разрабатываемые
в рамках этого метода нейросетевые адаптивные критики.
8
В главе 4 представлены оригинальные оценки скорости и эффективности эволюционных процессов, результаты исследования
механизмов взаимодействия между обучением и эволюцией, а также модель формирования импринтинга в процессах обучения и
эволюции.
В главе 5 характеризуются модели адаптивных автономных
агентов:
 модель адаптивного сайзера – модель простейшей системы
адаптации протоорганизма к переменной внешней среде,
 модель «Кузнечик» – модель эволюционного возникновения
целенаправленного адаптивного поведения,
 биологически обоснованная модель поискового поведения, построенная на базе анализа поведения личинок ручейников,
 модель поискового поведения, разработанная на базе метода
нейронного газа,
 моделирование поведения адаптивного роботоподобного
устройства, использующего модели мозга.
В шестой главе предлагаются контуры программы будущего
моделирования когнитивной эволюции.
Начальные шаги моделирования когнитивной эволюции излагаются в главе 7, в которой представлены следующие модели:
 модель автономных агентов с несколькими естественными потребностями,
 модель формирования простых эвристик и обобщения сенсорной информации путем формирования понятий,
 модели движения рыб, накопления ими знаний, формирования
предсказаний при поисковом поведении.
Возможные приложения, связанные с моделированием когнитивной эволюции, характеризуются в главе 8, в этой главе обсуждаются следующие вопросы:
 связанное с моделированием когнитивной эволюции развитие
научного миропонимания и подходы к гармоничному развитию человеческого сообщества,
 идея проекта на Нобелевскую премию мира,
 модель прозрачной рыночной экономики.
Междисциплинарные связи моделирования когнитивной эволюции обсуждаются в главе 9.
9
Каждая глава имеет отдельный список использованной литературы, отдельную нумерацию формул, рисунков и таблиц.
Изложенные в книге подходы к моделированию когнитивной
эволюции обсуждались автором на ряде отечественных и зарубежных конференций и представлены в соответствующих публикациях. См., например, [1–5].
Автор искренне благодарит руководителей научных семинаров
В.И. Аршинова, А.А. Жданова, А.К. Звездина, Ю.Т. Каганова, В.Э.
Карпова, Б.В. Крыжановского, О.П. Кузнецова, Г.Г. Малинецкого,
Д.С. Чернавского за предоставленную возможность обсуждения
идей, положенных в основу этой книги.
Автор также благодарен К.В. Анохину, А.С. Бугаеву, М.С.
Бурцеву, М.Н. Вайнцвайгу, Б.М. Величковскому, Е.Е. Витяеву,
В.Л. Дунину-Барковскому, А.А. Кибрику, Л.Б. Литинскому, В.В.
Максимову, А.В. Самсоновичу, Л.Е. Цитоловскому, Т.В. Черниговской за дружеские и критические дискуссии, способствовавшие
формированию научной позиции, на которой основано изложение
материала книги.
Искреннюю признательность автор выражает своим коллегам
Г.А. Бесхлебновой, А.Г. Ковалю, В.А. Непомнящих, Е.Е. Попову,
О.В. Редько, З.Б. Соховой, Ю.Р. Цою, Т.И. Шариповой за очень интересную совместную работу над моделями автономных агентов,
выполненную в последнее время.
Работа над книгой выполнена при поддержке РФФИ, проект
№ 13-01-00399.
Литература
1.
2.
Редько В.Г. Моделирование когнитивной эволюции: заделы,
первые результаты, перспективы // Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях. Труды III Всероссийской конференции. Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2013. С. 131–133.
См. также: http://nd-cogsci.iapras.ru/2013/proceedings.html
Редько В.Г. О моделировании когнитивной эволюции // Тринадцатая национальная конференция по искусственному интеллекту с международным участием КИИ–2012: Труды конференции. Т. 1. Белгород, 2012. С. 293–300.
10
3.
Red’ko V.G. Models of cognitive evolution: Initial steps // The 6th
International Conference on Neural Network and Artificial Intelligence ICNNAI’2010, Proceedings (Ed. V.A. Golovko). Brest:
BSTU, 2010. PP. 133–139.
4. Редько В.Г. Моделирование когнитивной эволюции – перспективное направление исследований на стыке биологии и математики // Математическая биология и биоинформатика (электронный журнал). 2010. Т. 5. № 2. С. 215–229.
URL: http://www.matbio.org/downloads/Redko2010(5_215).pdf
5. Редько В.Г. Моделирование когнитивной эволюции. Первые
шаги // Четвертая Международная конференция по когнитивной науке: Тезисы докладов: В 2-х томах. Томск: ТГУ, 2010. Т.
2. С. 504–505.