№ 17/17

Наши кремниевые коллеги

Современный компьютер становится лучшим другом современного исследователя. Пока он еще не претендует на соавторство.

Пока…

Представьте себе такую ситуацию: вы составляете программы для компьютера, по сути дела, учите его делать расчеты и исследования; скажем, по конструированию новых лекарств он проделывает все и… получает Нобелевскую премию. Ну, не обидно ли! Однако индийский ученый Ашвин Шринивасан считает, что если это случится, то он будет рад приглашению на вручение этой премии: ведь он со своим компьютером делают всю работу вместе.

И компьютер Шринивасана в Оксфордском университете — всего лишь один из примеров той незаметной революции, которая происходит сегодня в лабораториях всего мира. Компьютеры, которые обычно служили ученым лишь быстрыми калькуляторами, начинают предлагать новые идеи в медицинских и химических разработках, определяют роль генов, предлагают и доказывают новые математические теоремы. Незаметно, но стремительно они перемещаются с позиций бессловесных ассистентов на роли полноправных партнеров в исследованиях. По мнению многих экспертов, будущее науки заключается в сотрудничестве человека и компьютера.

Первые намеки на подобное сотрудничество можно разглядеть еще в 1980 году, когда Ричард Михальский опубликовал статью, в которой описывал компьютерную программу, обученную диагностировать заболевания соевых бобов на основе диагнозов экспертов. Программа имела колоссальный успех, ее покупали фермеры по всей Америке, и она используется до сих пор.

Во время своей работы Михальский сделал удивительное открытие: иногда программа ставила диагнозы лучше экспертов, кроме того, она четче мотивировала свои выводы. Как, используя данные экспертов, компьютер смог стать лучше этих экспертов, не могли понять и объяснить ни сам автор, ни его коллеги.

Не менее выдающиеся успехи демонстрирует и силиконовый напарник Шринивасана. В своей работе Шринивасан использует для обучения машины специальное программирование на основе индуктивной логики (Inductive Logic Programming — ILP). Полученную информацию компьютер «встраивает» в теорию, заложенную в него, и последующие выводы делает уже на основе модернизированной теории. При этом разработан специальный понятный язык представления информации в общении «человек — компьютер», так что «коллеги» могут постоянно обмениваться не только выводами, но и информацией о путях их получения.

Шринивасан с коллегами использовали ILP для разработки специального лекарственного вещества, влияющего на повышенное кровяное давление. Эту задачу перед группой поставил известный эксперт-химик из Оксфорда, чтобы проверить способности компьютера. Вначале в компьютер были введены сведения о нескольких аналогичных веществах с определенными свойствами (кроме одного), а потом поставлена задача найти новое. Компьютер справился с задачей и отыскал то, что «спрятали» проверяющие. Мало того, он предложил еще пару веществ, доселе наукой не обнаруженных. Пока их свойства проверяются, но, похоже, компьютер отыскал целый класс веществ, воздействующих на повышенное кровяное давление.

Убедившись в работоспособности методики ILP, Шринивасан с коллегами решили попробовать аналогичный метод работы и с другими лекарствами. Компьютер уже предложил целый ряд новых лекарств, в том числе и от болезни Альцгеймера. Пока они проверяются, но эксперты сходятся в одном: нащупан новый путь для химического конструирования, на котором человек и компьютер выступают полноправными коллегами.

Еще одна программа в кремниевом исследователе по имени MECHEM достигла не меньших успехов: ее создатель, компьютерный ученый Рауль Вальдес-Перес из университета Карнеги-Мелон, применял программу к самым разным задачам химии, физики элементарных частиц, клеточной биологии и лингвистики. Везде ему удавалось получить что-то интересное, а результаты он публиковал в серьезных научных журналах.

В каждой из отраслей MECHEM работал в сотрудничестве со специалистами-людьми. По химии это был Андрей Зейгарник из московской Академии тонкой химической технологии. Он обучил MECHEM химическим свойствам окиси углерода, кислорода и некоторых катализаторов, а также основным закономерностям химических реакций. Потом по требованию Зейгарника компьютер начал выдавать самые разные варианты реакций. Среди них попадались и такие, которые прежде химикам и в голову не приходили. По мнению Зейгарника, компьютер обладает гораздо более свободным полетом фантазии, чем все знакомые ему ученые. Зейгарник всегда подчеркивал, что в результаты их совместной деятельности MECHEM внес больший вклад, и даже пытался его писать соавтором научных работ, но коллеги неизменно вычеркивали бессловесное кремниевое создание, аргументируя это тем, что мировое научное сообщество еще не созрело для принятия кремниевых исследователей в свою семью.

А вот математик Симон Колтон из университета в Эдинбурге заявляет, что уже готов это сделать. Его компьютерная программа HR уже отыскала 20 интересных числовых последовательностей, которые включены в «Энциклопедию цифровых последовательностей», самое полное собрание подобных результатов. HR начинает каждое свое исследование с изучения рядов чисел с определенными свойствами. Потом он усложняет свойства и выдает новые последовательности. Параллельно с поиском новых рядов компьютер все время анализирует связи между всеми остальными рядами в своей памяти и иногда отыскивает удивительные связи, которые оформляет в виде теорем. После этого в дело вступает Колтон и делает «грязную» работу: готовит результаты для публикации в научном журнале. Один из первых результатов HR — ряд чисел, которые делятся на число своих делителей.

После несомненных успехов HR Колтон решил размножить своего кремниевого друга: он оснастил своей программой несколько компьютеров, причем каждую копию снабдил собственным именем в честь какого-нибудь известного математика — Рамануджан, Литтлвуд, Райт и Харди. Изначально все они были похожи друг на друга, но в процессе работы и постоянного самообучения развились в нечто оригинальное. Рамануджан, например, с удовольствием переключается с одной задачи на другую, а Литтлвуд предпочитает подолгу разрабатывать одну проблему, но зато уж досконально. Все компьютеры постоянно общаются друг с другом, и Колтон говорит, что это общение приводит к очень интересным результатам.

Колтон подчеркивает, что совсем не ставит перед собой задачу отнять хлеб у людей-математиков, он просто создает новую породу математиков. Работы, по его мнению, на всех хватит.

Такого же мнения придерживается и Дон Свенсон из Чикагского университета. В 1988 году он изучал медицинскую литературу по некоторому специфическому заболеванию — болезни Рэно. Ему показалось, что есть некоторая связь между улучшением самочувствия больных и рыбьим жиром. Но случаев было так много, что ему не удалось доказать свое предчувствие, а через несколько лет эта связь была обнаружена экспериментально другой медицинской группой. Тогда Свенсон решил создать специализированную компьютерную программу, которая занималась бы поиском аналогичных скрытых связей по медицинской литературе. Он назвал ее Arrowsmith и поручил заниматься тем, что ненавидят делать медики, — рыться в тысячах журналов и искать связи между самыми разными симптомами и параметрами. Оказалось, что он открыл новое направление в медицинских исследованиях.

Например, роясь в медицинских архивах, компьютер нашел связь между словами «магнезия» и «мигрень», Свенсон опубликовал этот результат, и уже 12 групп подтвердили его экспериментально. Свенсон подчеркивает в своих выступлениях, что Arrowsmith совершенно не обязан замыкаться на медицине, у него просто не хватает времени на что-то другое. Так же, как и Шринивасан, он сулит сотрудничеству «человек — компьютер» совершенно блестящее будущее.

А в одном английском университете города Абериствит пошли еще дальше и объявили о создании первого робота-микробиолога. Робот осуществляет эксперименты, разработанные программой ASE-Progol на компьютере в Йоркском университете. Робот может держать пипетку и выращивать растения ржи, меняя условия их роста. Программа выдает ему задания, стараясь понять роль генов в клетках ржи. Робот получает задания по электронной почте и выполняет их, задавая растениям определенный режим роста и питания. О результатах он докладывает компьютеру также по электронной почте и получает новые задания. Пока окончательный результат не получен, поэтому не ясно, кто будет писать завершающую статью…

По материалам журнала «Нью сайнтист» подготовил Александр Ломоносовский

Научный взгляд

  • Звездные карты галактики «Человечество»
    В генетическом плане человеческий вид — континуум, где между расами нет четких границ. Границ нет, но континуум неоднороден, в нем наблюдаются «сгущения родства»: популяции, типы, расы, стволы.
  • Игра в жизнь, или Не сотвори себе микроба
    Кого же призовут к жизни создатели генетического алфавита? Возможно, на свет появятся организмы, готовые питаться радиоактивными отходами, словно травой на лугах. Другие микробы примутся расщеплять молекулы воды, изготавливая водород — источник энергии будущего.
  • Еще один важный шаг
    Израильские исследователи идентифицировали ген, ответственный за одну из неизлечимых наследственных болезней. В сущности, во всем мире ею страдают лишь несколько тысяч человек, однако это открытие явилось еще одним важным шагом на пути постижения генетики человека
  • Немецкие ученые утверждают: теория относительности Эйнштейна лжива!
    Большинство людей убеждены в том, что Альберт Эйнштейн был одним из величайших гениев в истории человечества, а его частная теория относительности явилась одним из крупнейших достижений науки. Неужели теперь всем нам впору «сжечь все, чему мы поклонялись»?
  • Прав ли Эйнштейн?
    Вряд ли какое-нибудь из научных свершений ХХ века можно сравнить по масштабам воздействия не только на ученый мир, но и на «широкие народные массы», с теорией относительности Эйнштейна.
  • Ревизия биологических вех
    Как известно, в ходе биологической эволюции на Земле то и дело происходили перерывы, когда в результате той или иной (климатической, геологической, космической и т.п.) катастрофы погибали многие прежние виды, а освободившиеся жизненные ниши захватывали новые
  • Поведение клетки, слезающей с ветки
    Одна из великих загадок биологии — сложные целенаправленные движения клеток. Клетки путешествуют, изменяют форму, охотятся — порой ведут себя, как «разумные» существа.
  • Давайте подождем, доктор Антинори!
    Доктор Джонатан Хилл из Корнельского университета, который занимается клонированием крупного рогатого скота, говорит, что примерно треть подсаженных в матку эмбрионов отторгается уже на первом месяце.
  • Вечная молодость мозга
    Разумеется, ученые нашли объяснение, почему у ящериц и других примитивных созданий мозг всю жизнь прирастает нейронами, а мы этого прибытка лишены. Каждый наш нейрон со всеми его связями, материализующими опыт, неповторим.
  • Кто бы мог подумать?
    Американские ученые вот уже который год подряд привязывают к серьезной и торжественной стокгольмской процедуре вручения высочайших научных наград свою насмешливую и веселую затею вручения «Иг-Нобелевских» знаков отличия за самые смешные исследования и бесполезные открытия года.
  • Космический мирок микробов
    С помощью генетических манипуляций можно заранее, еще при подготовке к полету, изменить ДНК этих микроорганизмов, приспособив их к марсианскому образу жизни. Со временем, когда климат на Марсе удастся изменить, а бактерии взрыхлят его почву и насытят ее питательными веществами, можно будет выселять на Марс высшие растения.
  • Зеркальные нейроны
    Тот факт, что зеркальные нейроны именно «повторяли» наблюдаемое действие, а не просто возбуждались при его наблюдении, подтвердился, когда экспериментаторы поощряли обезьян проделать то же действие своими руками.
  • «Make love, not war»
    «Наивысшей точкой их интеллектуальной жизни является умение решать конфликты и чуткость в отношениях с близкими».
  • Мы не обезьяны. И обезьяны — не мы
    Человек — венец природы. Это принимается «for granted» и приятно щекочет наше человечье самолюбие. Хотя у тех из нас, кто имеет склонность к сомнениям и самоанализу, нередко возникает вопрос: не льстим ли мы себе?
  • Феномен Пригожина
    Фундаментальные характеристики мироздания, утверждает он — нестабильность, неравновесность, нелинейность, ни к чему простому не сводимая сложность.
  • И все-таки — Африка!
    В давнем и яростном споре «африканистов» и «мультирегионалистов» произошло очередное важное событие.
  • О предках, потомках и друзьях человека
    Рыцарские замки нашей фантазии украшены залами, где взорам гостей предстают блистательные портреты хозяев, а по обе стороны от них тянутся ряды предков, поражающие проблесками фамильного сходства, но уводящие к портретам совсем незнакомым
  • Время прощаться с квазарами
    Некоторые открытия впору назвать «закрытиями». Одно из последних событий в астрономии к таковым и относится. В течение десятилетий астрономы изучали квазары, и вот объект их научной страсти исчез.
  • Апокалипсиса не будет?
    На Западе защитники окружающей среды и антиглобалисты своими поступками часто напоминают тени знакомого прошлого — русских социалистов ХIХ века. Живя в благополучном обществе, они всячески расшатывают его из сочувствия к «падшим и угнетенным».
  • Как человек сам себя сотворил
    Современный человек — создание во всех отношениях необычное. Оказывается, еще и тем, что генетические различия между всеми людьми Земли ничтожны. Чего не скажешь о внешности — наверное, нет в природе еще одного такого же пестрого вида! Что же сделало возможным такое разнообразие?
  • Химия и жизнь: опасные связи
    В древности основным материалом было дерево; еще и сейчас запах деревянного дома кажется нам «удивительно здоровым». Теперь мы выбираем пластик, прессованные плиты, лаки и краски с их неповторимо резким запахом и надписью на этикетке: «Следует избегать попадания в пищу». А в дыхательные пути?
  • Могущественная крупица
    В известном смысле можно сказать, что гомеопатия лечит ядами, однако берутся они в таких микродозах, что само вещество уже почти не присутствует в растворе. На уровне десятого — двенадцатого разведения исходная субстанция практически отсутствует.
  • Запишите на ваши водофоны!
    Вода не похожа на другие жидкости. Возможно, она обладает памятью! Быть может, в таинственных свойствах воды коренится загадка гомеопатии?
  • Между чумой и эболой
    Болезнь, вызвавшая Черную смерть, бушевала в Европе в течение 300 лет, до 1666 года. За это время вспышки болезни наблюдались в самых отдаленных местах континента почти каждый год.
  • Возбудить ось сверхсознания
    Внушение, зомбирование, программирование поведения требуют измененных состояний сознания. Одна из дверей, ведущих туда, — психоактивные вещества, наркотические снадобья. Но далеко не единственная.
  • Конец прекрасной эпохи?
    Фундаментальная загадка, о которой упоминалось вначале, связана с движением галактик. Эти огромные звездные скопления демонстрируют явные отклонения от законов движения Ньютона.
  • Петербургский десант
    Семиотика — наука о знаках и знаковых системах — давно стала для гуманитарных наук «всем», она помогает навести порядок в изобилии фактов и фактиков.
  • Зигфрид и лесные врачи
    Изучение животных долго сводилось к их изгнанию из естественной среды обитания и последующему наблюдению за ними в неволе. Когда же ученые вошли в глубь леса, в племя обезьян, им предстала чужая — нечеловеческая — культура.
  • Чем человек отличается от обезьяны
    Чем генетически отличается человек от обезьяны и как это отличие возникло — скачком, благодаря нескольким считанным и резким мутациям, или постепенно, посредством накопления многочисленных мелких мутационных изменений?
  • Вторая жизнь генома: от структуры к функции
    Уотсон и Крик в апрельском номере журнала «Nature» за 1953 год сообщили о трехмерной структуре ДНК. Это было официальным началом современной молекулярной биологии, ее мощным стартом.
  • Большой климатический спор
    Вечна ли вечная мерзлота? В чем особенность вечномерзлых пород? Она заключается в том, что из-за наличия в них льда характер грунтов резко меняется при изменении температуры.
  • Новая напасть
    Со времени отказа США участвовать в «Киотском протоколе» — международном договоре о сокращении количества «тепличных» газов, выбрасываемых в атмосферу, — борьба вокруг вопроса о возможных последствиях такого выброса стала еще острее, чем прежде.
  • Селектроны, струны и симметрия
    Когда сложность и запутанность физической картины мироздания стали нетерпимыми, ученые ХХ века предприняли беспрецедентные попытки ее упорядочивания.
  • Левый-правый мозг
    В отличие от краба, человек предпочитает работать не клешнями, а мозгом — который и приобретает у нас наибольшую асимметрию. Причем она неодинакова у разных отделов мозга — и тем выше, чем более «человеческую» функцию этот отдел выполняет.
  • Опасности года 2020
    Какое же будущее ждет нас, обреченных болеть и в 2020 году? Его попытались очертить Кристофер Мюррей из Гарвардского университета и Алан Лопес, представитель Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).
  • Филлотаксис – это расположение листьев
    Филлотаксис — это по-латыни. А по-русски — расположение листьев. Вроде, что тут сложного? Ан, нет. Интерес к этому отнюдь не случаен. Он вызван прежде всего тем, что повторяющиеся элементы создают симметричные структуры — паттерны, а в них совершенно четко прослеживаются числовые закономерности.
  • Миры в столкновениях, века в хаосе
    На что же замахивался Великовский своей теорией столкновений? В 1955 году он опубликовал свою третью книгу — «Земля в конвульсиях», — в которой развернуто изложил свои общенаучные взгляды.
  • Обесславленные науки возвращаются в новом обличье
    Френология, или наука о черепах была создана кипуче талантливым человеком, двоюродным братом Дарвина Франсисом Гальтоном. Он утверждал, что все наши качества поддаются количественному описанию, и разъезжал по всей Англии, измеряя людям черепа.
  • Игры всерьез и понарошку на поле любви и секса
    Вообще-то это не удивительно: размножение, продолжение рода — главное, ради чего природа производит нас на свет. Удивительно другое: как ярко и с каким разнообразием игровое начало проявляет себя на поле любви и секса.
  • Пришел, пометил, победил. Вокруг да около секса
    Всего важнее репродуктивное поведение, обеспечивающее виду само существование. Оно отнюдь не ограничивается сексом. Нужны еще три компонента: поиск брачного партнера, ухаживание и забота о потомстве. Как они выглядят у человека?
  • В постели с человеком
    Вопреки известной пословице, далеко не все, что естественно, не безобразно. Например, секс — несмотря на явный потенциал удовольствия, он считается весьма и весьма «безобразным». Почему? Поищем ответ в недрах эволюции культуры и поведения.
  • Запах теплых отношений
    Особые вещества — одоранты — вызывают различные эмоции, от ярости до наслаждения, а феромоны могут даже управлять работой организма, влияя на тонус нервной системы, баланс гормонов, циклические процессы.
  • Этос — значит «дикий нрав»
    Сегодня этологией называют любые исследования поведения. Похоже, споры между разными направлениями в этой области становятся достоянием истории. Но так было не всегда.
  • Кратчайшая история космоса
    В предельно кратком изложении они сводятся к утверждению, что существует бесконечное множество бесконечных во времени «малых вселенных», подобных той, в которой живем мы сами.
  • Сражаться или спариваться —вот в чем вопрос!
    Если не поступает иной команды, самцы мыши готовы спариваться с кем угодно — с самкой, с другим самцом и даже с самцом-кастратом, в точном соответствии с призывом: «Make love, not war».
  • Картинки мироздания из коллекции палеонтолога
    Что же касается концепции стабилизирующего отбора, то сегодня у подавляющего большинства биологов представление о ней весьма смутное. А уж в учебниках — просто уголовное безобразие: там пишут ровно противоположное тому, что говорил Шмальгаузен.
  • Запрет на клонирование Христа?
    Некая дама спросила у известного физика начала прошлого века, в чем ценность сделанного незадолго до того открытия. На что тот ответил вопросом на вопрос: а в чем ценность рожденного младенца? Никто не может знать, кто вырастет из мальчика, который «маленький с кудрявой головой»…
  • Земной шар: грядет время игр
    Время не милосердно ни к людям, ни к планетам. Через шесть миллиардов лет Солнце превратится в «красного гиганта». Его диаметр неимоверно увеличится. Край Солнца будет почти задевать Землю. Наша планета покроется тягучим, раскаленным месивом. Все на ней будет выжжено дотла. Таким окажется финал земной цивилизации.
  • Берегите голову
    Мозг - это десятки миллиардов нейронов, каждый из которых связан с другими 10-20 тысячами связей, В секунду в мозгу возникает 200 тысяч сигналов. То есть это такая система, которую, наверное, никогда нельзя будет воспроизвести, и все разговоры об искусственном интеллекте носят спекулятивный характер.