Нить Ариадны и пирожные Мадлен. Нейронная сеть и сознание

Проблема сознания имеет на редкость консервативную судьбу длиной в тысячи лет: каждый человек интуитивно знает, что это такое, но не может дать определение или хотя бы описать. Мыслители многих эпох и цивилизаций, а потом и исследователи Нового времени пытались взять эту крепость с помощью разных когнитивных средств и все более усложняющихся экспериментальных методов, но продвижение не особенно заметно.

Изящно описал сознание Джозеф Боген (Joseph Bogen) — американский нейрофизиолог, ра­ботавший в группе Роджера Сперри (Roger Sperry), получившего в 1981 г. Нобелевскую премию по физиологии за исследования функциональ­ной специализации полушарий. Ученый сравнил созна­ние с ветром: увидеть и поймать его нельзя, но очевидны результаты его деятельности — гнущиеся деревья, волны или даже цунами. Немаловажно, что эффект такой (при­родной) активности может проявляться на огромных временных и пространственных расстояниях от источ­ника. Так и с сознанием, когда причина и следствие могут быть чрезвычайно разнесены во всех смыслах. Боген задумался об этом, наблюдая пациентов с так называ­емым рассеченным мозгом, у которых фактически бы­ло не одно, а два сознания, если не сказать — две лично­сти, раздельно координируемые правым и левым полу­шариями.

Физика ментального

Сознание подразумевает наличие так называемого фе­номенального, или субъективного, опыта — qualla. Оно влияет на поведение, но не связано с вербальным язы­ком (поскольку больные с афазией, системным наруше­нием речи, могут иметь сохранные ментальные функ­ции и даже не потерять креативность). Сознание подра­зумевает способность выстраивать события во времени, выявлять причинно-следственные связи, дает возмож­ность личности «сознавать себя физически (схема тела) и психически (различение «я» и «не-я-»), быть способным к ментальным операциям высокого порядка. Физиоло­гически сознание может быть описано как некий коор­динатор внимания и действия, что обеспечивается весь­ма разветвленной нейронной сетью. Но это лишь одно из возможных описаний.

У сознания есть содержание и интенсивность, и это на физиологическом языке — паттерны нейрональной активности, особенно в неокортексе, хотя и не толь­ко в нем. Особую роль играют интраламинарные ядра таламуса, хотя вообще проблема локализации крайне сложна. Известны тысячи случаев, когда у пациентов были удалены значительные объемы коры, однако это не влекло за собой нарушений и тем более утраты созна­ния. В то же время к драматическим последствиям при­водят даже небольшие поражения бимедиальных таламических зон.

Сегодня как будто все согласны, что субъективные со­стояния и все психические феномены (сознательные и бессознательные) порождаются нейронными сетя­ми, с очевидностью имеющими адресата, интерпретирующего их «тексты» или хотя бы просто считывающего их. Кто он этот читатель? Мы сталкиваемся с парадок­сом: мозг находится в мире, а мир — в мозге и в большой степени им определяется. Можем ли мы доверять моз­гу, учитывая возможность нарушений его адекватного функционирования? Например, появления галлюцина­ций, когда поставляемая нашему сознанию информа­ция не приходит из органов чувств, а порождается са­мим мозгом, потому что произошел сбой программ нейронной сети.

В статье аме­риканского философа То­маса Наге­ля (Thomas Nagel) «Мыслимость не­возможного и проблема духа и тела» позиция XX в. сформулирована ясно: «Сознание сле­дует признать кон­цептуально несводи­мым аспектом реаль­ности». По-прежнему при описании мен­тальных явлений, «субъективной ре­альности» и сведении их с нейрофизиоло­гическими процес­сами в мозге имеет место  «провал  в объ­яснении», т.к. ментальные процессы — не физи­ческие и не могут быть сведены к пространственно-временным координатам.

С другой стороны, нет никаких оснований для утверж­дения, что физическое не сопутствует ментальному, во­прос в том, как это происходит. Параллельное описа­ние нейрофизиологических процессов и ментальных со­стояний, ими вызываемых, никак не помогает ответить на вопрос, как поведение нейронной сети порождает субъективные состояния, чувства, рефлексию и другие явления высокого порядка. Без смены фундаментальных представлений о сознании такой провал в объяснении, как считает Нагель, преодолен быть не может.

Субъективная реальность, qualia, или феноменальное сознание — едва ли не центральная проблема в обсуж­дении таких сложнейших вопросов. Это подчеркивает и крупнейший современный нейрофизиолог, лауреат Но­белевской премии Джеральд Эдельман (Gerald Edelman): центральная проблема сознания — как субъективные переживания порождаются физическими явлениями? Он считает, что эволюция закрепляла способность по­рождать субъективные феномены, имеющие карди­нальное значение для процессов высокого поряд­ка. Однако классическая когнитивная наука пока не может поместить quota в свои парадигмы.

Об этом написано и продолжает писаться огром­ное количество статей и книг. Мы видим только то, что знаем. Образы и представления — не копия и даже не сумма физических сигналов, поступаю­щих на наши рецепторы. Их строит наш мозг. Ина­че говоря, то, что видится, слышится и осязается, от­личает разные виды животных от нас, и не потому, что у всех видов разные диапазоны зрения, слуха, обоняния и т.д., а потому, что у всех живых существ разный мозг, который эти сенсорные сигналы обрабатывает, формируя субъективные образы. Разные qualia не только у раз­ных видов, но и у разных людей, входящих в один вид. И наличие субъективной реальности не вы­является бихевиористскими методиками, стало быть, экспериментальная проверка требует спе­циальной ментальной проработки.

Мы должны научиться делать серьезные поправки на индивидуальные, этнические, конфессиональные, профессиональные и другие культурные отличия, стро­ившие мозг и субъективные миры разных людей. Мозг — не сумма миллиардов нейронов и их связей, а сумма плюс индивидуальный опыт, который сформировал этот инструмент — наш мозг — и настроил его. Восприятие — это активное извлечение знаний и конструирование мира. Разные живые системы делают это по-разному, извлекая из мира   разнообразные   характеристики, (например, магнитные поля или поляризованный свет) и строя разные миры. Разные тела дают различные картины мира. Именно наличие субъективного мира и са­мого субъекта отличает человека от киборга. Отличие человека от других биологических видов, от компьюте­ров и «зомби» состоит и в обладании arbitrutm liberum — свободой воли, способностью к добровольному и созна­тельному выбору и согласию с принимаемым решением (voluntarius consensus).

Где мир, в котором мы живем?

Российский философ, академик РАН В. А. Лекторский пишет, что все когни­тивные процессы — это получение и обработка информации  по опре­деленным правилам и алгорит­мам, и в мозге есть ментальные репрезентации, обеспечиваю­щие контакт с миром, по добраться до них непросто. Примерно на ту же тему в своей провока­ционной статье «Где находит­ся мое сознание?» (Where is my mind?) рассуждает  американский философ и психолингвист-экспериментатор Джерри Алан Фодор (Jerry Alan Fodor). Это гипотезы высшей степени абстракции, лежащие в основании картины мира, которую нельзя проверить эмпирически по­тому, что «объективной», «настоящей» карти­ны мира просто нет, или ее знает только Соз­датель. Сложение мнений статистически при­емлемого количества людей ничего не добавляет, поскольку у всех них мозг одного типа. Не удается укло­ниться от опасного вопроса: почему формальное мыш­ление применимо к реальному миру? Почему мы прини­маем как аксиому, что хорошо организованное в рамках наших алгоритмов построение — истинное, но в рамках нашего мышления?

Здесь мы и сталкиваемся с парадоксом: мозг находит­ся в мире, а мир находится в мозге. Поиск субъективного опыта в физическом мире (т.е. в качестве и интенсивно­сти сенсорных стимулов) абсурден: его там нет, посколь­ку он строится в мозге, в отдельном, дополнительном пространстве мозга. Кто смотрит на эти ментальные репрезентации? Физические события отражаются в специфической нейронной активности головного мозга, но кто их интерпретирует?

Казалось бы, очевиден ответ: «я», но как будто из дру­гого измерения, пространства, изнутри мозга, однако не как физического объекта, а как психического субъек­та. Ведь мозг ведет (с кем-то) диалог. Раньше бы сказа­ли — это правое и левое полушария, как бы две разных личности. Но теперь картина стала гораздо более пе­строй, а мозг — гораздо более «населенным». Потенциальная способность мозга поставлять лич­ности не только ложную сенсорную и семантическую информацию, но и неадекватную оценку при­надлежности ощущений данному субъекту хо­рошо известна из психической патологии. Исследования индийского невролога, доктора Вилаянура Рамачандрана (Vilayanur S. Ramachandran) с фантомными ощущениями показывают, что «убеждение сознания» мо­жет их уничтожить, следовательно, способы произволь­ного, сознательного воздействия даже на такие экстре­мально аномальные ощущения есть.

Вопрос о критериях наличия сознания и феноменаль­ного опыта вообще сверхсложен, не говоря о том, что можно рассуждать о разных его типах (например, пер­цептивном, оперирующим сенсорными образами, и опе­рациональном, обеспечивающим рассуждения). Крите­рием сознания может объявляться способность к сим­вольной интерпретации, к семиозису (возможности произвольно оперировать знаниями и передавать их другому и себе). Иногда говорят о процессе представ­ления внутренних знаний в явной форме, и в этом слу­чае наличие сознания у креветок и устриц сомнительно, хотя наличие или отсутствие qualia можно обсуждать.

Как пишет философ и психолог Д.И. Дубровский, у высших животных сложность производства информации об информации гораздо ниже, чем у нас. Им нельзя приписывать самосознание и свободу воли, но, как теперь совершенно ясно, они способны решать сложные когнитивные задачи, справляться с состоя­ниями неопределенности и совершать выбор для дости­жения цели, что заставляет нас относиться к их психи­ческой деятельности менее высокомерно, хотя «вторич­ные моделирующие системы» им недоступны. Нарастает по мере приближения к человеку и количество степеней свободы психического — свобода воли. Чрезвычайно ин­тересен в связи с этим вопрос о когнитивных возможно­стях других биологических видов.

Вопрос, который по-прежнему встает, когда мы ду­маем о специфически человеческих когнитивных «умениях», таков: наш мозг — реализация («множества всех множеств, не являющихся членами самих себя», как считал Бертран Рассел, или рекурсивный самодоста­точный шедевр, находящийся в рекурсивных же отно­шениях с допускаемой в него личностью, в теле кото­рой он размещен? И кто в чем размещен в таком случае? И прав ли Гедель, сформулировавший «запрет» на изу­чение системой самой себя и тем более на исследование более сложной системы, каковую, бесспорно, представ­ляет собой мозг?

Бытие и сознание

Наука XXI в. не только рушит границы между отдель­ными областями, но и делает попытки воспринять  арсенал когнитивных средств, веками осваиваемый искус­ством, — дискретные, размытые описания. Противо­речивые факты о деятельности мозга становятся более понятны, когда мы переходим к нейросемиотическому рассмотрению разных способов обработки информации. Люди — существа, обладающие сознанием и рефлекси­ей и создающие семиосферу особого характера. Уникаль­ность этого свойства продолжает подвергаться сомне­нию, в частности потому, что нет ясного представления о критериях наличия сознания, особенно у животных. Важно и то, что часть когнитивной деятельности про­исходит не индивидуально, а координировано с дру­гими людьми или артефактами, и сознание, как бы его ни понимать, может рассматриваться в том числе как распределенный процесс. Не утихают дискуссии о том, представляет ли собой естественный язык нашу видо­вую специфику, качественно отличную от других комму­никационных систем, или же ведущую роль в антропоге­незе сыграла нарастающая способность к социальному поведению высокого ранга.

Очевидно, что человек в его современном виде сфор­мировался как существо, для которого видообразующим стало оперирование символами и вторичными моделирующими системами, базирующимися на на­туральном языке и формирующими сверхструктуры — языки второго порядка. К таким системам относят­ся искусство и наука как результат моделирующей де­ятельности, создающей аналог познаваемого объекта, в некотором смысле его заменяющий. Особая кон­структивная природа искусства делает его совершенным средством хранения слож­ной информации, с необычайной ем­костью и экономностью и даже со способностью увеличивать ее количество. Это уникаль­ное свойство произведений искусства придает им чер­ты сходства с биологиче­скими системами и ста­вит их на особое место в ряду всего созданно­го человеком.

Мозг — сложней­шая из всех мысли­мых структура. Во­прос о том, что имен­но в нем заложено генетически и в какой мере, а главное — как именно внешняя среда и опыт настраивают этот инструмент, остается по-прежнему открытым. Нейронауки исследуют то, как происходит эта работа — каж­дого из отделов и нейронной сети в целом, как перераспределяется активность нейронных ансамблей, как и почему происходит формирование новых функциональных связей, как влияют на это по­ступающая извне информация и генетические факторы, лежащие в основе когнитивной компетенции, наконец, что из того мира, который мы воспринимаем и к которо­му приспосабливаемся, принадлежит ему, а что порож­дает наш мозг. А стало быть, вопрос о разделении субъ­екта и объекта остается центральным.

Это было давно осознано крупнейшими умами, на­пример, выдающимся российским физиологом Л.Л. Ухтомским, который говорил, что нет ни субъекта, ни объ­екта, что мы вовсе не зрители, а участники, и даже что природа наша делаема, т.е. ее как бы и нет независимо от нас. В этой связи нужно вспомнить A.M. Пятигорского и М.К. Мамардашвили, которые объявили, что бытие и сознание представляют собой континуум, и что мыш­ление и существование совпадают.

Ситуацию, где объект исследования не независим от наблюдателя, физика пережила давно, когда начала разрабатываться квантовая теория и мир смутил мертвоживой кот Шредингера. Такими сюжетами, нарушаю­щими все привычные представления о простран­стве и времени, как принято думать, заселен квантовый мир (т.е. микромир), где все зависит от наличия наблюдателя. В макромире подобных явлений до последнего времени не на­блюдалось. Что до наук, из­учающих живые системы, то роль наблюдателя недо­оценивать не стоит.

Головокружитель­ным вопросом о тече­нии времени в субъек­тивном пространстве задавались многие мыслители. Что такое «теперь»? Как мозг «выдерживает» раз­ные временные шка­лы (конвенциональ­но объективное время, личную шкалу жизни, актуальное время, спо­собность членить время по-разному) одновременно? Одним из первых, кто ощу­тил едва ли не отчаяние от раз­мышлений о времени, был Августин Блаженный, осознавший в своей книге «Исповедь», что прошлое уже прошло, будущее еще не наступи­ло, а настоящего как бы и нет. Или напротив — только оно и есть. Прошлое обязано своим существова­нием нашей памяти, а будущее — нашей надежде.

Не есть ли время продукция нашего сознания или даже хуже того — мозга? Можем ли мы в XXI в. все еще говорить о том, что время течет без перерывов и с оди­наковой скоростью, само по себе, равномерно и однонаправленно? Похоже, что нет, и с ньютоновской ме­тафорой времени как текущей реки приходится рас­прощаться. Мозг должен все время определять, что, в каком порядке, когда и где происходит, сравнивать и составлять адекватную (насколько это возможно) картину мира. Не стоит также забывать о временных иллюзиях, о зависимости оценки времени от эмоциональной ситуации — внешней и вну­тренней и т.д.

К тому же разные процессы в самом мозгу протекают с разной скоростью, и есть временные окна, которые по­зволяют классифицировать поступающую информа­цию. К счастью, наш мозг обладает системой фильтров, которые не пропускают различного рода «ненужную» ин­формацию. Мало того, такие фильтры играют роль уско­рителей или замедлителей воспринимаемых процессов, чтобы мы не сталкивались с ситуациями как из филь­ма «Матрица», когда мгновенные с нашей точки зрения события (наподобие полета пули) оказываются доступ­ными для постепенного наблюдения. В известных преде­лах это возможно при различных мозговых нарушениях. Другими словами: время, в котором мы существуем, продуцирует сам мозг, и это тоже вариант qualia.

Давно стала очевидна несводимость такой предельно сложной системы к цифровым алгоритмам. Как минимум, наше сознание представляет собой более чем один способ обработки информации, вовсе не все они осозна­ваемы (т.е. могут и не принадлежать сознанию) и не опи­сываются вычислениями в традиционном смысле. Па­скаль писал, что разум действует медленно, учитывая так много факторов и принципов, что поминутно уста­ет и «рассредоточивается», не имея возможности одно­временно удержать их. Чувство действует иначе: мгно­венно и всегда. На самом деле, то, что философ в своих «Мыслях» называл чувством, вдохновением, сердцем, «чутьем суждения», обозначало не­посредственное познание живой ре­альности в противоположность рас­судочному знанию и рациональным выкладкам. Не стоит забывать о еще одной неприятности: можно знать не­что, не зная о том, что это знаешь.

Проблема nature vs. nurture (соот­ношение генетического и приобре­тенного) в строительстве нейронной сети, а значит и в формировании са­мой нашей личности (и даже куль­туры в целом), стара как сама наука. Нить Ариадны, данная нам, чтобы мы не потерялись в этом постоянно меняющемся, мерцающем лабирин­те, едва подвластном нашему созна­нию, как бы его ни определять, свита в двойную спираль. Но мы можем вы­вязывать и свои узоры, не подчиняясь шаблонам, данным нам a priori: фор­ма сети, ее плотность, изящество пле­тения, гибкость и упругость — живые.

Такие  вехи — ключи к потайным дверям сознания и памяти, рассы­панные по лабиринтам нейронной сети. Они, да еще нить Ариадны, дают нам шанс разглядывать гобелены своей и чужой жиз­ни, узнавать картины челове­ческой цивилизации. В последние годы мировая наука отчетливо осознала, что изучение таких слож­ных проблем возможно только при конвергенции различных областей знания — гума­нитарных, естественных и точных, при непременном уча­стии специалистов по нейронаукам, лингвистике и психо­логии, аналитической философии, моделированию слож­ных процессов в системах искусственного интеллекта и т.д. Такая уникальная возможность стала реализовы-ваться на базе Курчатовского НБИК-центра, когда нано-, био-, информационные и когнитивные технологии больше не живут в параллельных и непроницаемых друг для дру­га мирах, а сливаются в единое целое.

ОБ АВТОРЕ

Татьяна Владимировна Черниговская — заслуженный деятель высшего образо­вания и заслуженный деятель науки РФ, профессор, заведующая отделом общего языкознания и лабораторией когнитивных ис­следований СПбГУ. Заместитель директора и коор­динатор когнитивного направления НБИК-центра НИЦ «Курчатовский институт». Родилась в Санкт-Петербурге. Окончила СПбГУ, специализировалась в области экспериментальной фонетики. До 1998 г. работала в ИЭФиБ им. И.М. Сеченова РАН в лаборато­риях биоакустики, функциональной асимметрии моз­га человека и сравнительной физиологии сенсорных систем. В 1977 г. защитила кандидатскую, а в 1993 г. докторскую диссертацию по специальностям «Физиология» и «Теория языкознания». Преподает студентам, магистрантам и аспирантам филологического, биологического (программа Cognitive Neuroscience) и медицинского факультетов СПбГУ. В 2006 г. избрана членом Академии наук Норвегии и почетным членом Семиотического общества Финляндии. Неоднократно была приглашенным лектором в крупнейших университетах России, США и Европы. Член редколлегий журналов РАН «Сенсорные системы», «Российский физиоло­гический журнал им. И.М. Сеченова», «Вопросы философии». Президент Межрегиональной ассоциации когнитивных ис­следований (2008-2010). Представитель России в руково­дящем комитете Программ образования в области нейро-лингвистики северных стран, член Европейской группы ко­ординации когнитивных исследований, государственный стипендиат Президента России и программы международ­ных обменов «Фулбрайт». Сфера научных интересов — когнитивная наука, психо- и нейролингвистика, психология, нейронауки, происхождение языка, теория эволюции, искусственный интеллект, аналити­ческая философия. Более 300 научных трудов. Популяризатор науки в печатных и электронных СМИ (почетный диплом Президиума РАН 2008 г). Участник и ведущая многочислен­ных научно-популярных телепередач и фильмов. http://www.genlingnw.ru/person/Chernigovskaya.htm

В мире науки № 4; 2012 г.