Уильям Грей Уолтер: Жизнь и научные труды нейрофизиолога.

Введение

Британский нейрофизиолог (1910–1977)

Уильям Грей Уолтер (19 февраля 1910 – 6 мая 1977) – британский нейрофизиолог, кибернетик и робототехник, родившийся в США.

Ранние годы и образование

Уолтер родился в Канзас-Сити, штат Миссури, США, 19 февраля 1910 года, как единственный ребенок Минервы Лукреции (Маргарет) Харди (1879–1953), американского журналиста, и Карла Вильгельма Уолтера (1880–1965), британского журналиста, работавшего в то время в газете «Канзас-Сити Стар». Его родители познакомились и поженились в Италии, а во время Первой мировой войны семья переехала в Великобританию. По отцовской линии предки Уолтера были немцами и британцами, а по материнской – американцами и британцами. В 1915 году он был привезен в Англию, где получил образование в Вестминстерской школе, проявляя интерес к классической литературе и науке, и в 1928 году поступил в Королевский колледж Кембриджского университета. В 1930 году он получил третью степень (class) на первой части курса, а в 1931 году – первую степень по физиологии на второй части трипоса по естественным наукам. Не сумев получить исследовательскую стипендию в Кембридже, он с 1935 по 1939 год занимался фундаментальными и прикладными нейрофизиологическими исследованиями в больницах Лондона, а затем с 1939 по 1970 год – в Неврологическом институте Бардена в Бристоле. Он также проводил исследования в Соединенных Штатах, Советском Союзе и других странах Европы. Он был женат дважды, от первого брака у него было два сына, от второго – один. По словам его старшего сына, Николаса Уолтера, «он придерживался левых политических взглядов, был сочувствующим коммунистом до Второй мировой войны и сторонником анархизма после нее. На протяжении всей своей жизни он был пионером в области кибернетики». В 1970 году он получил травму головы в результате аварии на мотороллере. Он так и не смог полностью восстановиться и умер семь лет спустя, 6 мая 1977 года.

Мозговые волны

В молодости на Уолтера сильно повлияла работа русского физиолога Ивана Павлова. Он посетил лабораторию Ганса Бергера, изобретателя электроэнцефалографа, или ЭЭГ-аппаратуры, для измерения электрической активности мозга. Уолтер создал собственные версии машины Бергера с улучшенными возможностями, которые позволили ему обнаруживать различные типы мозговых волн, начиная от высокоскоростных альфа-волн до медленных дельта-волн, наблюдаемых во время сна. В 1930-х годах Уолтер сделал ряд открытий, используя свои ЭЭГ-машины в Неврологическом институте Бердена в Бристоле. Он первым определил с помощью триангуляции поверхностное расположение сильнейших альфа-волн в затылочной доле (альфа-волны возникают в таламусе, расположенном глубоко в мозге). Уолтер продемонстрировал возможность использования дельта-волн для локализации опухолей мозга или поражений, вызывающих эпилепсию. Он разработал первую топографическую машину мозга на основе ЭЭГ, используя массив спиральных сканирующих ЭЛТ, подключенных к высокочувствительным усилителям. Во время Второй мировой войны Уолтер работал над технологиями сканирующего радара и управляемых ракет, что, возможно, повлияло на его последующую гипотезу сканирования альфа-волн мозговой активности. В 1960-х годах Уолтер также открыл эффект контингентной отрицательной вариации (CNV) – отрицательный скачок электрической активности, возникающий в мозге за полсекунды до того, как человек осознает предстоящее движение. Любопытно, что этот эффект ставит под вопрос само понятие сознания или свободной воли и должен рассматриваться как часть общей реакции человека на события. Эксперименты Уолтера со стробоскопическим светом, описанные в книге «Живой мозг», вдохновили художника Брайона Гейзина и техника Иана Сомервилля на создание «Машины мечты» – устройства, которое эволюционировало в электронные устройства, известные как машины для стимуляции мозга.

Роботы

Наиболее известной работой Грей Уолтера было создание одних из первых электронных автономных роботов. Он стремился доказать, что сложные связи между небольшим количеством клеток мозга могут порождать очень сложное поведение – по сути, что секрет работы мозга заключается в его структуре. Его первые роботы, которых он называл Machina speculatrix, а звали Элмером и Элси, были построены в период с 1948 по 1949 год и часто описывались как черепахи из-за их формы и медленной скорости передвижения, а также потому, что они "научили нас" секретам организации и жизни. Эти трехколесные роботы-черепахи были способны к фототаксису, благодаря которому они могли находить дорогу к станции подзарядки при разряде батареи. В одном эксперименте Уолтер поместил источник света на "нос" черепахи и наблюдал, как робот рассматривает свое отражение в зеркале. "Он начал мерцать, подергиваться и кружиться, как неуклюжий Нарцисс", – писал он. Уолтер утверждал, что если бы подобное наблюдалось у животного, это "могло бы быть принято как свидетельство определенной степени самосознания". Одну из черепах модифицировали (присвоив ей вымышленное научное название Machina docilis) и добавили к ее простому одноклеточному "мозгу" сначала одну, а затем две схемы условных рефлексов, с помощью которых ее можно было обучить простым действиям, аналогичным тем, что демонстрировали собаки Ивана Павлова. Эту черепаху назвали CORA. Одна из схем заключалась в том, что удар означает еду, а свист – тоже еду, и после обусловливания свист сам по себе означает удар. Когда он добавил еще одну схему, настроенную на свист другой тональности, это могло означать, что свист означает удар, свист означает еду, и это заставляло животное "испытывать страх" всякий раз, когда ему предлагали пищу. Уолтер устранил это поведение, отключив две дополнительные схемы, и черепаха вернулась к состоянию Machina speculatrix. Поведение, основанное на условных рефлексах, позже было перенесено в статическую настольную модель, также известную как CORA. Более поздние версии Machina speculatrix были представлены на Фестивале Британии в 1951 году. Уолтер подчеркивал важность использования исключительно аналоговой электроники для моделирования процессов мозга в то время, когда его современники, такие как Алан Тьюринг и Джон фон Нейман, склонялись к пониманию психических процессов с точки зрения цифровых вычислений. Его работа вдохновила последующие поколения исследователей в области робототехники, включая Родни Брукса, Ханса Моравека и Марка Тилдена. Современные версии черепах Уолтера можно найти в форме робототехники BEAM. В 2000 году оригинальная черепаха была выставлена в Лондонском научном музее, Великобритания. В 1995 году этот робот был также реплицирован доктором Оуэном Холландом и Яном Хорсфилдом из Бристольской лаборатории робототехники с использованием некоторых оригинальных деталей. Оригинальная черепаха, представленная на Фестивале Британии, находится в коллекции Смитсоновского института. Документы Уолтера, включая его письма, фотографии и вырезки из прессы, составляют часть архива Бердена, хранящегося в библиотеке и архивах Научного музея в Научном музее Вругтона в Вругтоне.

Grey Walter's best known work was his construction of some of the first electronic autonomous robots. He wanted to prove that rich connections between a small number of brain cells could give rise to very complex behaviors essentially that the secret of how the brain worked lay in how it was wired up. His first robots, which he used to call Machina speculatrix and named Elmer and Elsie, were constructed between 1948 and 1949 and were often described as tortoises due to their shape and slow rate of movement and because they "taught us" about the secrets of organisation and life. The three wheeled tortoise robots were capable of phototaxis, by which they could find their way to a recharging station when they ran low on battery power. In one experiment, Walter placed a light on the "nose" of a tortoise and watched as the robot observed itself in a mirror. "It began flickering," he wrote. "Twittering, and jigging like a clumsy Narcissus." Walter argued that if it were seen in an animal it "might be accepted as evidence of some degree of self awareness." One of the tortoises was modified, (given the pretend scientific name Machina docilis) and added to its simple single celled "brain" one, then two conditional reflex circuits in which they could be taught simple behaviors similar to Ivan Pavlov's dogs. This tortoise was called CORA. One of these included that being hit meant food whilst whistling means food, and when conditioned such a whistle by itself means being hit. When he added another circuit tuned to a whistle of another pitch, this could become whistle means being hit, whistle means food, and this would make the animal become "afraid" whenever food was presented. Walter remedied this behaviour by severing the two additional circuits, and the tortoise reverted to being a Machina speculatrix. The conditioned reflex behaviour was later placed into a static desktop model, also known as CORA. Later versions of Machina speculatrix were exhibited at the Festival of Britain in 1951. Walter stressed the importance of using purely analogue electronics to simulate brain processes at a time when his contemporaries such as Alan Turing and John von Neumann were all turning towards a view of mental processes in terms of digital computation. His work inspired subsequent generations of robotics researchers, including Rodney Brooks, Hans Moravec and Mark Tilden. Modern incarnations of Walter's turtles may be found in the form of BEAM robotics. In 2000, an original tortoise went on display in London, UK, in the Science Museum. In 1995, this robot was also replicated by Dr. Owen Holland and Ian Horsfield of the Bristol Robotics Laboratory using some of the original parts. An original tortoise as seen at the Festival of Britain is in the collection of the Smithsonian Institution. Walter's papers including his letters, photographs and press cuttings form part of the Burden archive held at the Science Museum Library & Archives in Wroughton Science Museum at Wroughton.

Частная жизнь

[[Файл:Уильям Грей Уолтер и Вивиан Дови, ок. 1943.jpg|миниатюра|Фотография, акцентирующая внимание на Уильяме Грее Уолтере, а не на Вивиан Дови, ок. 1943 года. У них был один ребенок, Тимоти Уолтер (1949–1976), после чего они расстались в 1960 году и развелись в 1973 году. Отмечается, что Уолтер и его учреждение представляли работу с мужской точки зрения. Вивиан Дови была важным соавтором, однако ее изображали как жену или ассистентку, заботящуюся о нем. С 1960 по 1972 год Уолтер жил с Лоррейн Жозефиной Олдридж (урожденной Донн), бывшей женой Кита Олдриджа. Вивиан Дови жила с Китом Олдриджем и позже взяла его фамилию после развода.