
Нить Ариадны и пирожные Мадлен. Нейронная сеть и сознание
Поделиться в соц. сетях
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.
В Подписаться на сообщество вКонтакте
Поделиться в соц. сетях