Элизиум теней или сложная проблема сознания

NovaInfo 17, скачать PDF
Опубликовано
Раздел: Философские науки
Просмотров за месяц: 5
CC BY-NC

Аннотация

Спокон веков существовало две, во многом антагонистические, школы осмысления бытия – материалистическая и идеалистическая. Материалистическая школа утверждает, что материя первична, а сознание вторично. Идеалистическая школа говорит об обратном. И изначально, еще со времен Гераклита, материалистическая школа опиралась и шла рука об руку с науками из области естествознания. Предметом идеалистической школы, зачастую было нечто абстрактное, относящееся к сознанию, суждению, трансцендентальному. Идеализму характерно гипостазирование — вынесение абстракций вовне познавательного процесса и наделение их онтологическим статусом. И в большинстве случаев данные идеи не опирались практически не на что, кроме гениальных догадок и, в какой мере это возможно, на субъективные предположения (объективный идеализм Платона). Зачастую, многие идеалистические учения были напрямую связаны с религиозными воззрениями (неотомизм).

Ключевые слова

СОЗНАНИЕ, ГЕГЕЛЬ

Текст научной работы

Пролог

Спокон веков существовало две, во многом антагонистические, школы осмысления бытия — материалистическая и идеалистическая. Материалистическая школа утверждает, что материя первична, а сознание вторично. Идеалистическая школа говорит об обратном. И изначально, еще со времен Гераклита, материалистическая школа опиралась и шла рука об руку с науками из области естествознания. Предметом идеалистической школы, зачастую было нечто абстрактное, относящееся к сознанию, суждению, трансцендентальному. Идеализму характерно гипостазирование — вынесение абстракций вовне познавательного процесса и наделение их онтологическим статусом. И в большинстве случаев данные идеи не опирались практически не на что, кроме гениальных догадок и, в какой мере это возможно, на субъективные предположения (объективный идеализм Платона). Зачастую, многие идеалистические учения были напрямую связаны с религиозными воззрениями (неотомизм).

Долгое время наука работала сугубо в подтверждение правоты материалистической школы. За более чем три с половиной века своего наиболее продуктивного существования наука наработала огромный материал в подтверждение материалистической школы. На протяжении многих столетий наука аккумулировала множество детерминированных и сугубо однозначных теорий. Несмотря на присущую полемичность науки многие сложные и противоречивые проблемы были решены. Как пример можно привести полемику Гельмгольца, Лапласа и Д, Аламбера о природе количества движения (импульс) или полемику Эйнштейна и Бора о вероятностной природе квантового мира. Но, все же поставленные вопросы были решены

Что в итоге? Апогеем сочленения данных наук области естествознания и философии стала философия диалектического материализма К. Маркса и Ф. Энгельса. И, казалось, что точка поставлена. Но, к счастью любая культура и, скорее всего, любая научная парадигма, оканчиваются декадансом. В случае с наукой — частичным декадансом. Начиная с XX века, наука все ближе и ближе приближалась к той естественно научной парадигме, которую мы наблюдаем на сегодняшний день. Большинство научных открытий XX века ясно говорили о том, что все не так однозначно, как утверждали Ньютон и Лаплас. На лоне новых знаний и «великих вопросов», требующих разрешения, возникли такие науки как, квантовая физика и квантовая математика, нейрофизиология и, как следствие этого, кибернетика с синергетикой. В ходу стало такое понятие, как индетерминизм. По новому встал вопрос о соотношении бытия и сознания. По новому стала звучать сентенция на тему того, что сознание не влияет на материю. И наука практически нос к носу встала перед чем-то абстрактным, как раз тем, что было объектом идеализма. Мы получили огромное количество непостижимых данных, в которые ярый материалист никогда не смог бы поверить. К сожалению даже сейчас, благодаря «Инерции парадигмального мышления» многие из этих данных еще не являются достоянием научной общественности, но когда-нибудь это произойдет.

В данной работе я попытаюсь хотя бы немного рассказать об открытиях перевернувших представление, о существующем мире, о сознании, о человеке. Таких открытиях и гипотезах, которые по новому позволили взглянуть на некоторые идеалистические системы. В частности на систему Гегеля.

К «Трудной проблеме сознания»

Материя и сознание, не являются ли одним и тем же? Если в области исследования материи человечество продвинулось достаточно далеко, то природу человеческого сознания удалось изучить сравнительно скудно. Достаточно детально изучены физико-химические процессы, происходящие во время мозговой деятельности. Но мы не можем сказать, что мысль — является продуктом химических реакций. А когда дело доходит до сознания в целом, объективность каких либо положений становится и вовсе сомнительной. Но если даже предположить, что материя и сознания являются одним и тем же, то эта однородность должна быть чем-то обусловлена. То есть должны существовать некоторые фундаментальные законы, определяющие развитие материи и сознания. Ученые всегда занимались поиском наиболее общих теорий мироздания. Так Эйнштейн долгое время пытался создать единую теорию поля. К сожалению, всю его «малину» испортило открытие новых фундаментальных видов взаимодействия (сильное и слабое). Так и сейчас ученые пытаются свести к единому знаменателю законы макро и микро мира. И многие считают, что без включения в научную картину мира человеческого сознания она будет не полной. Следовательно, необходимо рассмотреть понятие «сознание» не только с философской точки зрения, но и с точки зрения всех наук, которые занимаются этим вопросом.

В своей книге «Разум и бытие», к которой мы еще вернемся, Шредингер приводит гипотезу знаменитого философа Спинозы, что каждая конкретная вещь или существо являются модификацией бесконечной субстанции — Бога. И они определяются каждый своим атрибутом, а именно протяженностью и сознанием. В данном, пусть и бесконечно далеком от научного осмысления тезисе, есть проблема, над которой действительно стоит задуматься (раз уж это сделал Шредингер). Если обратиться к более поздним периодам развития философии, а конкретно к периоду немецкой классической философии, то у, всем известного, Георга Вильгельма Фридриха Гегеля можно найти прекраснейшее истолкование данного вопроса. И пусть многие, в том числе даже Маркс с Энгельсом, приписывали Гегелю, с его Архиразумом, мистификацию реального положения дел, она имеет место быть. Нынешняя наука открывает перед нами совершенно невероятные просторы осмысления реальности. Чего только стоит квантовая механика, астрофизика, синергетика.

Но, прежде всего, стоит указать основную проблему в области осмысления сознания, которую мы попытаемся разрешить на протяжении всей работы. В современном ключе научно-философского развития — суть проблемы хорошо обосновал известный австралийский философ Дэвид Чалмерс, на конференции посвященной проблемам сознания в Туссане в 1994 г. Суть «сложной проблемы сознания»: как ментальные состояния, в их качественном аспекте, соотносятся с соответствующими им, нейронными процессами и существуют ли они в принципе в привязке к этим процессам? Грубо говоря — коррелируется ли наш субъективный опыт и наша субъективность в целом с нейронными физико-химическими процессами в нашем мозгу. Есть ли между процессами, происходящими в нем и нашим сознанием каузальная связь? Этот вопрос до конца не решен.

Философия сознания

Что есть сознание? Задавая данный вопрос, мы становимся перед целой армадой других, требующих понятийного уточнения и осмысления, вопросов. Изначальный вопрос Кантовского характера: «Можем ли мы с помощью сознания подвергнуть критике и анализу само сознание?» Дать критическую оценку и осмыслить то, что само дает критические оценки и осмысливает все происходящее. Что стоит подразумевать под сознанием? Возможно ли указать область применения сознания и механизм его действия (если такой в принципе возможен к формализации)? Вопросов возникает огромное количество. На них нет ответа… Или все же есть?

Для нашего рассмотрения наиболее уместно физическое понятие сознания. Хотя, и оно не является всеобъемлющим. Наверно стоит изначально взглянуть на проблематику сознания в свете философии. Ведь именно философия являлась фундаментом для дальнейшего качественного и углубленного развития проблемы во всех ее культурных аспектах. Что уж там говорить, почти вся наука тесно связана с философией. Н. Бор и В. Гейзенберг, перед тем как выдвинуть свои гениальные теории, сидя на чердаке у Бора, перебирали всю философию, начиная с Платона до Киркегора. Проблема в том, что в философии существует достаточно большое количество теорий сознания и каждой из них занимались настолько авторитетные люди, что принять какую-то точку зрения крайне трудно. Но я выбрал того философа, чей подход частично согласуется с физической точкой зрения на процесс сознания.

Идеализм Гегеля

В данном разделе я попытаюсь кратко рассказать о диалектическом идеализме Гегеля. Почему? Потому, что я считаю Гегеля одним из наиболее значимых философов за всю историю человечества. И философом, который внес наиболее значимый вклад в идеалистическое видение проблемы сознания.

Философская система Гегеля зиждется на таком понятии, как мировой разум (архиразум), природа история и все пласты человеческого бытия есть особые формы обнаружения этого Мирового разума, которому присуще диалектическое саморазвитие. В процессе своего диалектического развертывания (самопостижения) этот разум и образует все стадии человеческого бытия. Диалектика этого саморазвития, основанная на внутреннем противоречии, подчинена известному ритму: каждая данная ступень (тезис) в процессе развития переходит в свою противоположность (антитезис) и затем как бы возвращается к себе в третьей стадии (синтез), охватывающей в высшем единстве первые две (тезис и антитезис). В процессе своего взаимодействия они как бы осознают, что они есть по сути одно и то же и взаимопроникают внутрь друг друга. Причем каждой стадии развития Архиразума присуща триадичнось, которая являет собой тезис, антитезис и синтез. Для более четкого понимания системы Гегеля стоит привести иллюстрацию саморазвертывания Мирового разума (архиразума). Гегелевский вклад в мировую философию, как собственно и личность самого Гегеля трудно переоценить. Он одним из первых выдвинул гипотезу о некоторой саморазвивающейся системе с внутренним гомеостазом и преемственностью. Ему же принадлежит гениальная догадка, что все есть процесс. Пусть его философия крайне сложна, для понимания, она содержит огромное число гениальных догадок и невероятных по своей прозорливости предсказаний.

Гегель был противником всякого дуализма. Он считал, что дуализм не может дать никакого ответа на вопрос: «Как кооперируются две противоположные универсалии?». Он считал, что дуализм — это продукт ложной рефлексии, когда человек начинает пытаться поставить противоречие между сознанием и материей. Гегель считал, что это противоречие должно быть преодолено путем диалектики. Вслед за Иммануилом Кантом Гегель проводит разделение разума и рассудка. Разум дает нам возможность выйти за границы собственной ограниченности и познать мир таким, коков он есть на самом деле. Кант, посредством разума, объяснял приращение научного знания. Он говорил, что неосведомленность рассудка и его невозможность, что-то понять замыкается на безграничность разум. Отсюда и получаются новые знания.

Все основные тезисы философии Гегеля изложены в его труде под названием «Феноменология духа». Само название — «Феноменология духа» уже несет посыл Гегелевской философии. Феноменология — изучает то, что является духу (сознанию). Следовательно «Феноменология духа» говорит о том, как сознание является сознанию (самому себе). Вообще в гегелевской философии тема самопостижения и самоопределения — есть одна из центральных.

Гегель выделяет два аспекта разума: диалектический и спекулятивный. Спекулятивный аспект разума связан с трансцендированием и представляет собой синтез. Гегель является абсолютным идеалистом и не признает ни материализм, ни берклианский идеализм.

1-ым уровнем сознания у Гегеля является «Чувственная достоверность» (тезис) — это то, что связано с опытом, который еще не был обличен в понятие. В рамках «чувственной выразительности» нам даются только маловыразительные «это» и «теперь». 2-ым уровнем является «Восприятие» (антитезис). Восприятие неразрывно связано с языком и понятийным аппаратом. Это сфера деятельности рассудка. Современные научные исследования в области семантики подтверждают, что от структуры языка напрямую зависит восприятие. Даже, когда мы говорим «Я», то мы подразумеваем под этим всеобщее Я — которое есть понятие. Т.о. сознание начинает вскрывать бедность, обманчивость чувственного знания. Противоречие между всеобщностью понятия и уникальностью опыта ведут к их синтезу в мысли.

Но, так как явление — это всегда явление субъекту, возникает вопрос «для кого?» или «что я есть?». Таким образом, рассудок открывает нам путь к самопознанию. Есть и другой аспект перехода от рассудка к самопознанию. Все научные знания являются синтетическим продуктом восприятия. Все знания о мире — есть некие интеллектуальные построения, основанные на восприятии мира человеком, а не знания о мире как самом по себе. Здесь можно провести некие аналогии между Кантом и Гегелем. Кант первый ввел такое понятие как «вещь в себе» — т.е. то, что дается нам как явление, а никогда как суть самой себя. Таким образом, Гегель приходит к выводу, что в процессе постижения мира рассудок познает сам себя. Что же он говорит о самопознании?

Гегель говорит: «сознание именно различает, но оно различает такое инобытие, которое для него в то же время есть нечто иное, что не различимо». Самопознание — это осознание сознанием сознания. То есть по сути самого себя. Из этого следует, что сознание разделено — между тем, что осознает и тем, что осознается. Но с другой стороны это деление искусственно, так как сознание в данном случае осознает само себя (данность). Гегелевский синтез понимания самосознания может быть осуществим только благодаря столкновению двух претендентов на сознание. Т.о. самосознание достигает своей полноты через другое самосознание. Человек самосознает себя, только когда он делит субъекты на я и не я. То есть наличие других субъектов является необходимым условием самосознания. И здесь Гегель гениально угадывает то, что будет научно подтверждено столетия позже. Доказано, что в нашем мозгу существуют некие «зеркальные» нейроны, которые дают нам возможность смотреть на себя со стороны (рефлексировать над собой). Но любой оценочный взгляд со стороны априори предполагает наличие субъекта, который понимается как не я. Следовательно, как и порядок не может существовать без хаоса, так и самосознание не может быть осуществлено без другого самосознания.

Дальнейшее развитие этой идеи Гегель продолжает в главе «Господин и раб». Самосознания нуждаются друг в друге, чтобы существовать «они признают себя признающими друг друга». Но это взаимное признание обретает форму антагонистической борьбы. Это и есть отношение между господином и рабом. Как писал В. Пелевин, ссылаясь на слова популярной песни В. Цоя, «Между небом и землей война, — война за то, кому называться небом, а кому землей». И это война бесконечна. Наше существование воспринимается таковым, когда есть некий господин, который должен пасть. Что может подразумеваться под этим господином? Любое вожделение, которое безвозвратно делит мир на я и не я. Но любое вожделение, направленное во вне, предполагает взаимодействие с теми, кто вне. Но есть и «Несчастное сознание» — когда трагедия господина и раба разыгрывается в пределах одного сознания.

Диалектический синтез сознания и самосознания у Гегеля представляет «Разум». Гегель пишет «Разум есть достоверность сознания, что оно есть вся реальность…».

Память о Гегеле не иссякает. На мое удивление, значимость его философии до сих пор заставляет ученых и философов проводить конференции, посвященные его трудам. В 2007 г. философская общественность во всем мире отмечала двухсотлетие одного из самых значительных произведений философии всех времен — «Феноменологии духа» великого мыслителя Георга Вильгельма Фридриха Гегеля. В нашей стране, а именно в Москве, в Институте философии РАН 4-7 июня 2007 г. состоялась Международная конференция, посвященная этой очень трудной и до сих пор загадочной философской работе. В конференции приняли участие гегелеведы России, Германии, США, Англии, Японии, Литвы. По материалам конференции была выпущена семисот страничная книга «Феноменология духа» Гегеля в контексте современного гегелеведения.

Для большей убедительности приведем выдержки из статьи академика Степина, в которой он пишет о вкладе Гегеля в современную науку.

Философия в процессе своего исторического развития постоянно порождает идеи, выходящие за рамки той конкретной культуры, в которой эти идеи зарождались. Она способна генерировать новые мировоззренческие смыслы, получающие актуализацию в будущем. Эти смыслы могут стимулировать не только внутренне развитие самой философии, но и воздействовать на самые различные области культуры (науку, искусство, политическое и правовое сознание и т.д.) и порождать перемены в социальной жизни.

Сегодня простая констатация важности идеи исторического развития, разработанной в гегелевской философии, представляется достаточно тривиальной. Нетривиальным является другой тезис. Идея развития получила у Гегеля особую трактовку — как развитие системной целостности, организованности, которая дифференцируется в процессе своей истории, порождая новые состояния и перестраивая свою внутреннюю структуру. В современных терминах такая интерпретация означает соединение идеи развития и системного подхода.

Гегелем были выработаны первые эскизные представления об особенностях развивающихся систем, которые коррелируют со многими установками и теоретическими поисками современной науки. Я постараюсь обосновать это положение. Для этого необходимо предварительно охарактеризовать современные представления о саморазвивающихся системах как особом типе системной организации.

Можно вполне обоснованно полагать, что анализ и развитие предложенных Гегелем категориальных структур с позиций современных представлений может стать важным шагом в разработке философских оснований науки XXI века. Конечно, в этом процессе произойдут переформулировки гегелевского языка на язык, адаптированный к современным достижениям науки и современной культуре. Но потенциал гегелевских идей вполне может стимулировать новые нетривиальные подходы в этой области.

Генезис сознания

История сознания крайне неопределенна. Период существования и возникновения косной материи человечество научилось предсказывать. Например: в течение второй половины XX века велись серьезные исследования по поводу времени возникновения такого знаменательного для многих верующих предмета как «Туринская плащаница». В это время получил широкую известность — такой метод датировки как — радиоуглеродный анализ. Его суть состоит в том, что и человек и растения вместе с солнечной энергией получают некоторую дозу нестабильного углерода С14, который образуется при столкновении нейтронов в солнечных лучах с ядрами азота. Для тех, кто не знаком с основами физики, объясним. Все элементы делятся на стабильные и нестабильные при этом их соотношение (270/1430). Стабильные элементы самостоятельно не распадаются, в отличие от нестабильных. Нестабильные элементы подвержены самостоятельному распаду. При этом распад может происходить с уменьшением массового числа элемента, либо с уменьшением его заряда. В зависимости от этого все классы распадов делятся на a, b, и γ. При этом каждый элемент имеет свой период полураспада (для углерода он равен 5730 ±40 лет. Период полураспада — это время, за которое изначального нестабильного элемента становится в два раза меньше. Следовательно, предел «взгляда» в прошлое у радиоуглеродного анализа ограничен. Но для плащаницы этого хватило бы с запасом. Под строжайшим надзором различным лабораториям мира было разрешено взять небольшие куски этой плащаницы для анализа. Если предположить, что именно в эту плащаницу заворачивали Христа, то ей должно быть около 2000 лет (на момент анализа чуть меньше). Какое же удивление ждало ученых, когда они обнаружили, что дата возникновения плащаницы 1200±100 год н.э. (по различным оценкам). При этом эти датировки совпадают с датами первого упоминания плащаницы в различных трактатах и исторических документах. Получается, что плащаница на целое тысячелетие старше Христа. Неувязочка. После этого феноменального открытия в научных и религиозных кругах развернулась серьезнейшая полемика. Кто-то говорил, что мог меняться фоновый уровень радиоуглерода, кто-то говорил о подлоге, кто-то верил, что священная материя не может быть анализирована. Но это все слова. В данном случае я готов верить фактам. К слову, наиболее «дальние датировки» осуществляются именно таким способом, только нестабильные элементы выбираются другие. Например, возраст земли был определен по уран-свинцовому анализу (4,5 млрд. лет). Кому интересно, может прочитать занимательную книгу Криса Терни «Кости, скалы и звезды. Наука о том, когда что произошло».

С датировкой материи вроде разобрались. Но, что же датировать в сознании. К сожалению, мы не можем исследовать даже мозг предков, который естественно не сохраняется после смерти. Мы можем составлять свои представления исходя из останков и артефактов, которые были оставлены нашими предками, логикой, и представлениями о современном человеке. Тем не менее, современная наука утверждает, что в головном мозге человека содержится около 80%, от общего количества, активных генов. Это значит, что природа приложила огромные усилия именно для того, чтобы наши мыслительные способности развивались и усложнялись. Это свидетельствует о том, что многие сотни тысяч лет назад мышление наших предков имело несколько другой качественный характер. Я говорю именно качественный, чтобы не уходить в полемику о зависимости между весом головного мозга, его морфологическими соотношениями и процессами, происходящими в нем (некоторые мысли будут высказаны в разделе «Нейрофизиология»). Многие склоняются к тому, что наиболее качественный скачек в развитии сознания произошел с освоением человека орудий труда и с начала его трудовой деятельности. В процессе трудовой деятельности носителям сознания приходилось вступать в коммуникации и передавать информацию качественно отличную по содержательности от той информации, которой обмениваются животные. Тем самым шло постоянное приращение информации которое, в свою очередь, влияло на сознание. Это была своего рода взаимозависящая геометрическая прогрессия. В результате формировалось некое семантическое поле, на лоне которого возникала достаточно разветвленная коммуникация между субъектами. Теории генезиса сознания, в своем большинстве рассматривают главенствующим аспектом изучения — язык. Это — то немногое, что можно присовокупить к научному анализу. У вас может возникнуть вопрос: Зачем было, в сущности, появляется сознанию в процессе эволюции — если этот процесс возникновения шел вопреки своего градиента? Чтобы появилось то сознание, которым мы сейчас обладаем, эволюции пришлось проделать огромную работу. Но ведь организмы существовали и до человека. И при этом они неплохо выживали. Какая же причина побудила эволюцию выродить особый род с «уникальным сознанием»? Да и развитие самого сознания, мягко говоря, парадоксально. Откуда у человечества такая маниакальная тяга к знаниям? Можно подумать, будто она способствует большей адаптации к окружающей действительности. Но и тут нас ждет антиномия. Большинство из тех знаний, которые человечество институирует не относятся к адаптации совершенно никаким образом. Для эффективной кооперации было бы достаточно менее многогранного языка, который существует сейчас. Многие знания совершенно не являются прикладными.

Существует гипотеза, которая заключается в том, чтобы организму выживать, ему нужно предсказывать будущие события. Как один из вариантов такого приспособления и могло возникнуть сознание. Научно такая гипотеза выражена в теории системного подхода, разработанной П.К. Анохиным. Который утверждает, что для такой системы, как человеческий организм одним из системообразующих факторов является образ цели, который формируется внутри организма. Этот образ цели способствует исключению из нашего сознания избыточных степеней свободы (тех, которые не способствуют достижению результата). В основе этого процесса лежат механизмы афферентного синтеза и акцептора решений. Не будем распространяться об этом. Скажем только, что сложный механизм прогнозирования — это одна из главных черт нашего сознания.

Может возникнуть гипотеза о предустановленной гармонии, что сознание не могло не возникнуть, так как без него все было бы бессмысленно. Но тут не избежать мистического статуса сознания.

Нужно понимать, что человеческий мозг — это невероятно гибкая сущность, которая приспособлена решать огромное количество задач. И сводить все это просто к усложнению процесса адаптации мне кажется некорректным. Давайте пойдем по порядку. Как сформировалась живая материя? Согласно современным научным представлениям — живая материя возникла из неживой. Т.е. живая материя есть свойство костной материи. При этом — это был долгий процесс, длившийся многие сотни миллионов лет. В момент зачинания этого процесса на земле содержались аммиак, метан, вода и углекислый газ. При этом свободный кислород отсутствовал, иначе все вещества распались бы еще до своего образования. Возникновение жизни связано с долговременной эволюцией углеродных соединений. Углерод вправе называться «отцом» живого. Атмосфера Земли носила восстановительный, а не окислительный как сейчас, характер (так как кислорода предположительно не было). Со временем земля охлаждалась, газообразные вещества обретали жидкое и твердое состояние. В последствие образовались проклеточные существа, которые развивались и усложнялись. Таким образом, появились первые одноклеточные организмы, обладающие способностью репликации. Но в данном случае мы говорим о некоем имманентном свойстве неживой материи, при определенных условиях, рождать живую материю. Ученые до сих пор бьются над вопросом — почему в рамках млечного пути мы одиноки? И почему нигде не наблюдается совокупность тех же условий, которые существовали на Земле? Хотя существует множество гипотез, что некоторые из наблюдаемых планет представляют облик нашей земли в прошлом или в будущем. Факт остается фактом.

И вот возникла культура. Безусловно, культура кардинальным образом повлияла на способность человечества к сохранению своей популяции. Как следствие культуры, возникли: теория общественного договора, государства, закон и мораль. Все это поспособствовало сохранению популяции рода человеческого. Если сравнить масштабы расселения человеческой популяции с любой другой естественной популяцией со схожим весом тела, то совершенно очевидно численное превосходство первой. Но важно понимать, что для эволюции это качественно новый скачек. Изначально, эволюция меняла морфологические характеристики организмов, для их последующего выживания. Но в случае с человеком произошло нечто другое. Получается, что эволюцией изначально предполагалось создание такого, качественно отличного от других существ организма, имеющего способность к осознанному и сложному мышлению, плодом которого станет культура, которая в свою очередь позволит упрочить механизм сохранения его популяции. Согласитесь, это уже странно. Значит теория общественного договора, провозглашенная Гоббсом, была одной из необходимых ступеней эволюции. Морфология человеческого тела не менялась много тысячелетий. Менялась культура. Изменение культуры в свою очередь влияло на возможности мозга. По заложенной генетической информации мозг нашего поколения отличается от мозга поколения римских императоров.

Возможно, наше творческое и крайне гибкое сознание является просто побочным эффектом тех, главенствующих черт, формирование которых и преследовала эволюция. Недавно Р. Скотт снял картину под названием «Прометей». Там он утвердил гипотезу, что разумная жизнь была рождена внеземными существами. Но эта концепция лишь откладывает все тот же вопрос. Даже если зачатки жизни были занесены на землю иными цивилизациями, то вопрос о ее происхождении переносится на миры, в которых эти цивилизации существуют. Вопрос остается открытым. Мы попытаемся на него ответить в последней главе.

К современным подходам

К сожалению, до второй половины XX века сознание практически не исследовалось путем научного анализа. В основном сознание, познавательные способности, творческая активность субъекта исследовались философами (Кант, Шопенгауэр, Хайдеггер). Ученые реже пытались осмыслить феномен сознания. В данном случае возможен основной вопрос «Что собственно исследовать?». И действительно — Что? Во времена становления классической физики вопрос был однозначным — ничего. Но в наше время современная физика открывает перед нами такие удивительные вещи, которые в те времена сочли бы просто магией и, ни чем иным. Если общую и специальную теории относительности еще можно отнести к чему-то несверхъестественному, то достижения и открытия физиков второй половины XX века просто поражают. Для меня просто шокирующим фактом стало то, что наша вселенная может иметь 11 измерений (1 временное) из которых 7 являются свернутыми, но колебания элементарных частиц в которых, приводят к установлению фундаментальных свойств материи. Что нет никаких различий в свойствах материи вселенной радиуса R и 1/R. А чего только стоят флоп перестройки и конифолдные переходы, а квантовая физика. Все эти открытия наводят на мысль, что возможно практически любое предположение, которое может стать истиной, пусть и не абсолютной (теория конвенционализма). Одним из основополагающих положений является то, что мыслительный процесс не обуславливается только химическими взаимодействиями в мозгу. Данный вопрос ставил перед собой еще, выше упомянутый, Шредингер — «Какие материальный процессы напрямую связаны с сознанием?».

И действительно, какие? Существует несколько философских точек зрения связи ментального и физического. Так как наука не дала на этот вопрос однозначного ответа, существует определенный простор для полета мысли. Есть несколько точек зрения. И каждая группа физиков, философов, нейрофизиологов отстаивают свою точку зрения. Если изначально нейрофизиология и клеточная биология мало, что могли сказать о процессах мышления, то сейчас они достигли поразительных результатов (см. в главе Нейрофизиология). Монополи философии на толкование понятия сознания исчезла, теперь это общенаучный вопрос.

Почему мы можем говорить о квантовой природе материи. Потому что у нас есть объект исследования данный нам изначально. И в зависимости от точности наших измерений и от изящности интерпретационного видения мы можем сформулировать некую модель. Пусть даже эта модель не будет идеальной (о трактовках квантовой теории) но она будет последовательной и будет в определенной степени соответствовать действительности. Но самое главное у нас есть объект исследования. В случае с сознанием — сложнее. Существует две точки зрения на решение такой проблемы. Первая — детерминистская, которая восходит еще к физике Ньютона и Лапласа. Сознание можно закодировать, а точнее присвоить ему некие числовые детерминанты, на основании которых с большой точностью предсказать все последующее. При этом данная точка зрения совершенно не берется отвечать, что такое сознание. Она просто говорит, что процессам, посредством которых человек мыслит можно присвоить значения и на основании бифуркационно-иерархического видения этих процессов дать некие оценки, числовые выкладки и т.д. В общих чертах она основана на принципе обычного регистра. На вход у нас поступает информация i на выход, пройдя некое метапространство (подсознание), идет I¢. Ярким примером такого видения может быть машина Тьюринга.

Вторая точка зрения — квантовая. И, по моему мнению, гораздо более интересная. Но чтобы понять эту точку зрения стоит хотя бы немного познакомиться с квантовой механикой.

Но, даже проводя некие аналогии с квантовой теорией, мы не можем до конца понять феномен сознания. Очевидно, что сознание возможно уподобить неким аспектам квантовой теории. Хотя бы ту часть сознания, которая касается формальной логики, рациональности, восприятия, аналитических способностей и т.д. Область трансцендентного естественно останется от нас скрытой. Но на то, эта область и называется трансцендентной. Но я полагаю, что для обычного человека площадь этой области стремится к нулю и является пустым множеством.

Когда мы говорим о сознании, мы невольно затрагиваем область макросознания и микросознания. Множество ученых признает, что существует некое информационное поле, которое содержит все возможные информационные потенции (аналогия с квантовым вакуумом), а наше сознание является лишь неким маяком, в океане этой информации. Если угодно, то наше сознание представляется некоторой частицей вещества, находящейся каждый миг в суперпозиции информационной потенции. Также наше сознание, скорее всего, связано с таким понятием, как антиэнтропия. Следовательно, этот океан информационной потенции можно назвать энтропийным вакуумом любая флуктуация на лоне этого вакуума являет собой дозу антиэнтропии, которая и дает нашему сознанию откликнуться на те позывы, которые нам дает объективно существующий мир. Очевидно, что эта система очень сложная, противоречивая и двуединая. И тем самым все больше напрашивается аналогия с квантовой механикой, которая и есть дитя противоречий. Но с другой стороны, если мы будем эксплицировать постулаты квантовой физики на сознание, значит, мы будем уподоблять сознание материи. Но с другой стороны, если воспринимать квантовую теорию и ее логическое развитие — теорию струн, как теорию синтеза, которая соединяет в себе взаимопротиворечивые ипостаси, то согласно законам диалектики, ничего странного здесь не будет. Ведь даже законы квантовой механики не позволяют нам понять соответствие между макро и микро выражением материи. Если проще, то — как вероятностная, двуединая, парадоксальная природа микромира может давать нам настолько детерминированную причинно следственную природу макромира? Это большой вопрос. К сожалению, я не так хорошо знаю теорию струн, чтобы проводить какие-то аналоги с ней. Когда я говорю о сознании я не имею ввиду ту часть трансцендентного, которая априори не может быть познана. Но при этом мы можем говорить о том сознании, которое составляет всю совокупность семиотических и прочих культурных феноменов. При этом данное сознание не существует само по себе. Безусловно — оно является чадом культурно исторического базиса, который оно само и аккумулирует, начиная с полного незнания. Как известно со времен И. Канта (и я с этим полностью согласен) у нас есть две формы априорного чувственного восприятия мира — это пространство и время. Человек априори воспринимает пространство и время, так как он самоопределяет себя. С остальным сложнее. Существуют ли у нас априорные синтетические знания (математические, геометрические) которые позволили нам выстроить на этом весь последующий базис? Совершенно очевидно, что некий базис был. Но регистрация его подобна регистрации точки сингулярности, из которой родилась вселенная. С учетом того, что про сознание мы практически ничего не знаем. Более детально данную интерпретацию сознания я попытаюсь рассмотреть дальше.

С детерминистской точкой зрения все гораздо проще и определеннее. Она опирается на то, что наши мыслительные процессы происходят посредством неких химических реакций, происходящих в нашем мозгу. И эти биоэлектрические волны активности могут быть зарегистрированы и определенным образом декодированы. С другой стороны данная технология пока недостаточно развита, так как она базируется лишь на достаточно простых экспериментах и относительно простых декодировках. Например, таким образом, биоэлектрической декодировки можно силой мысли написать некий текст на экране либо управлять каким-либо объектом. Это конечно прекрасно, но понятия право, лево, назад вперед и другие односложные не подразумевают собой истиной работы сознания во всей своей красе. Если человек представляет себе Афинскую школу Рафаэля, то не один декодировщик не сможет выдать ее графический образ на экране. Регистр может уловить страх человека, но он не сможет декодировать образ объекта страха. С другой стороны обратная связь существует. Современная трансплантология добилась интереснейших результатов. Бионический глаз, состоящий из множества пикселей, в перспективе может дать незрячему вполне ясную картину реальности. Это значить, что в плане зрительного восприятия ничего сверхъестественного нет. Но я повторюсь — нейрофизиология пока собственным языком не может дать нам понять, что такое сознание. А тем более не может его объять. С этим связана проблема создания искусственного интеллекта. Хотелось бы задать еще один вопрос к нейрофизиологам. Наличие у человека памяти не вызывает никаких сомнений. Нейрофизиологи считают, что это — есть совокупность образовавшихся нейросетей к которым, в процессе мышления взывает разум, они активируются и воспроизводят уже ранее зафиксированную информацию. Пусть так, но почему тогда нельзя извлечь эту информацию из головного мозга человека, если уж она именно там кодируется и хранится? Не торопитесь, скоро мы попытаемся разъяснить все эти вопросы.

Это интереснейшие области науки, которые человеку предстоит осознать. Возможно, квантовая концепция сознания является тупиковой ветвью развития науки и ни к чему не приведет. А возможно сознание как некое самостоятельное понятие стоит ввести в «теорию всего» для того, чтобы замкнуть наш круг понимания природы как целого.

Как и говорилось ранее, существует несколько подходов к определению, пониманию и трактовке сознания. Первая из них — нейрофизиологическая. Она основана на многолетних исследованиях головного мозга. Изначально эти исследования проводились непосредственно. Грубо говоря, вскрыли мозг и под микроскоп (В этом данные исследования далеко не ушли от исследований Левенгука по рассмотрению через микроскоп грязи под ногтями). Но с появлением электроэнцефалограммы, магнитно резонансной томографии, рентгенографии и прочих исследований удалось продвинуться дальше в обуславливании поведения и мышления человека. Данный подход к пониманию сознания напрямую связан с, возникшей позднее теорией информации и «искусственного интеллекта» (нейросетевых технологиях) — это второй подход. Третий подход — это квантовое сознание. Давайте по порядку рассмотрим все три подхода. Предупреждаю, что не вся информация может быть понятна при первом прочтении.

Нейрофизиология нашего сознания

Наш мозг состоит из огромного количества клеток, называемых нейронами. По своим морфологическим характеристикам они мало отличаются от других клеток нашего организма. Но их функциональное отличие налицо. Каждый нейрон обладает определенной структурой. В общем виде структуру нейрона можно охарактеризовать так: нейрон имеет тело, ветвистую систему дендритов (которые принимают сигналы из вне) один аксон, заканчивающийся синапсами. Как было сказано ранее нейронная клетка по своим морфологическим характеристикам мало отличается от обычной. Она имеет ядро, вакуоль и белковую оболочку. Аксон это некоторое нервное волокно, по которому передается некий потенциал действия. Чувствую, что пока для людей не знакомых с нейрофизиологией, мало что прояснилось. Хорошо разберем это более детально. Одним из самых простых примеров является получение сигналов через зрительный рецептор. Нашим зрением мы воспринимаем свет определенной частоты (а, следовательно, и определенного цвета) отраженный от объектов материального мира. Как только свет отражается на этих объектах, они визуализируются у нас в сознании. При этом на нашу сетчатку поступает определенное количество сигналов — эквивалентное воспринимаемой нами картинке. Затем редуцируется некий локальный градуальный сигнал на фоторецепторе (под локальным градуальным сигналом подразумеваются все сигналы, поступающие нам от рецепторов — вкус, слух, обоняние, осязание и т.д.) затем этот сигнал переходит к некой биполярной клетке, затем сигнал передается к ганглиозной клетке и здесь начинается самое интересное. При прохождении определенного порога восприятия этот сигнал заставляет ганглиозные клетки аккумулировать «потенциал действия». Потенциал действия представляет собой некий электрический разряд (который идентичен для всех нервных клеток, независимо от их функциональности). Еще в 1868 г. Гельмгольц уподоблял нервные волокна электрическим проводам. По проводу «течет» одно и то же электричество но на выходе он может инициировать различные процессы, в зависимости от функционала того прибора, который получает его. Так же и нейронные потенциалы действия. Хорошо, в этом вроде разобрались. Но каким же образом клетка генерирует этот волшебный универсальный сигнал. Нейрон является крайне поляризованным. Внутри (в состоянии покоя) он содержит отрицательно заряженные ионы калия (K) вне клетки находятся положительно заряженные ионы натрия (Na). При аккумуляции потенциала действия в клетке открываются ионные канальца, по которым ионы натрия поступают внутрь клетки. При этом клетка постепенно деполяризуется. После насыщения клетки ионами натрия канальца закрываются и деполяризация прекращается. Потенциал действия может меняться в границах примерно от -70мв до 60мв. Чувствую, что той информации которая была изложена ранее вам недостаточно. Двинемся далее.

Рисунок 1.
Рисунок 2.

Ионные канальца представляют собой некоторые трансмембранные белки, которые вкраплены в оболочку нейронов. При этом один их конец находится вне клетки, другой внутри клетки. Существуют различные виды ионных каналов. Одни из них пропускают только катионы (+ заряженные ионы) другие только анионы (- заряженные ионы), есть канальца, которые пропускают и те и те. Но не будем углубляться в классификацию. Каждый канал обладает определенной пропускной способностью. При этом среднее время открытого состояния ионного канала составляет 1,2 мс. По этим каналам проходит электрический ток. Но почему потенциалы действия приобретают именно такие значения, какие они есть, а не другие? Важно запомнить, что наш мозг заполнен электролитом. При этом концентрации ионов электролита внутри клетки и вне ее различны. Например, концентрация ионов калия в клетках в 30 раз больше чем во внеклеточном пространстве. Как известно ионы направляются путем концентрационного градиента, т.е. туда, где концентрация меньше. Следовательно, если в клетке концентрация ионов калия равняется 90 ммоль, а вне клетки 3 ммоль, то поток ионов пойдет в сторону меньшей концентрации (из клетки наружу) следовательно, в ионных каналах возникнет электрический ток. Но помимо концентраций внутри Ei и вне E0 ток зависит от потенциала на мембране. Таким образом, если концентрации Ei и E0 равны, то ионы никуда не пойдут. Но если мы изменим потенциал на мембране, например на положительное значение, то положительные ионы начнут уходить из клетки, а отрицательные наоборот приходить внутрь. Для того, чтобы токов в ионных каналах не возникало необходим некий мембранный потенциал, который бы уравновешивал концентрации ионов и не давал их потокам проходить по концентрационному градиенту. Для того, чтобы быть более убедительными приведем формулу (Уравнение Нернста), которая отображает это в более наглядной форме.

E_{k}=k(L_{n}[k]_{0}-L{n}[k]_{i})

где Ek — калиевый внутренний потенциал; k — это некоторая константа, которая выражается следующей формулой:

k=\frac{RT}{zF}

где: R — газовая постоянная 8,31441(26) Дж/(моль⋅К);T — абсолютная температура; z — валентность иона; валентность — способность иона создавать химические связи; F — число Фарадея F = NA(е = (9,648456 ± 0,000027) ≈104к моль-1;

Для иона калия K(+1), стандартной температуры 37 С:

k=\frac{8.31441(26)J/(mol\cdot K)(273k-37k)}{+1\cdot 104k \cdot mol ^{-1}}

Следовательно, зная концентрации, мы можем посчитать равновесный калиевый потенциал.

Рисунок 3.

В таком случае возникает вопрос, как в такой системе поддерживается равновесие? Ведь необходимо компенсировать движение ионов по градиентам концентрации. Для того, чтобы нейрон возбуждался ни один раз, а множество необходимо, чтобы концентрации ионов вне и внутри должны компенсироваться. Для этого существуют специальные транспортные механизмы. Эти механизмы подразделяются на первичный транспорт, где транспортировка происходит за счет использования метаболической энергии расщепления АТФ. И вторичный транспорт использующий энергию потока ионов. Одним из таких механизмов является натриево-калиевый канал. По которому «кочуют» 2 иона калия на вход и 3 иона натрия на выход. Таких механизмов в нашем мозгу достаточно много. Но наша цель состоит не в их детальном рассмотрении. Кратко механизм ввода и вывода ионов Na и K, против их концентрационных градиентов представлен на рисунке.

Примерные концентрации ионов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Примерные концентрации ионов в «идеальной» клетке при мембранном потенциале равновесия — 85 мв (ммоль)

Элемент

Вне клетки

Внутри клетки

Na+

117

30

K+

3

90

Cl-

120

4

A-

0

116

Таким образом, ионы практически постоянно перетекают туда обратно, туда обратно. Но для того, чтобы совершить следующий цикл возбуждения их концентрации должны быть снова такими, как при состоянии мембранного потенциала равновесия.

При этом уравнение Нернста не является полностью приемлемым для расчета потенциала покоя. Как было сказано ранее, клетка постоянно обменивается ионами. Т.о необходимо также учитывать и вклад ионных каналов.

V_{m}=58\log \frac{rp_{k}[K]_{0}+p_{na}[Na]_{0}}{rp_{k}[K]_{i}+p_{na}[Na]_{i}}

где r — абсолютное значение соотношения ионного транспорта (3:2).

При этом мы не учитываем распределение Cl. В таком случае к формулу будет необходимо видоизменить:

V_{m}=58\log \frac{rp_{k}[K]_{0}+p_{na}[Na]_{0}+p_{cl}[Cl]_{i}}{rp_{k}[K]_{i}+p_{na}[Na]_{i}+p_{cl}[Cl]_{0}}

Теперь укажем, как потенциал действия передается от одного нейрона к другому. Между аксоном, по которому собственно и передается этот сигнал и электрическим проводом уместно провести некоторые аналогии. Электрический содержит некий проводящий элемент, обычно в его качестве выступает медь. Проводящий элемент окружен достаточно толстым слоем изоляционного материала, который предотвращает потерю электрического сигнала и препятствует прямому взаимодействию проводника с объектами окружающей среды. Аксон, по которому от одного нейрона сигнал передается к другому, по структуре похож на электрический провод. Он имеет некоторое проводящее вещество, окруженное своеобразным изолятором (миелин). При этом, чем больше сопротивление изоляционного слоя, в соответствии с законом Ома (U=IR), уменьшает потерю эклектического потенциала, и сигнал может передаваться на достаточно длинные расстояния. Миелиновая оболочка составляет от 20 до 40% от диаметра волокна и повышает сопротивление мембраны в 320 раз. Но не весь участок нервного волокна покрыт миелином, существуют неизолированные участки, называемые перехват Ранвье. Потенциал скачкообразно перетекает от одного участка Ранвье до другого. Такое скачкообразное поведение потенциала было названо сультатным. Благодаря такому мудро устроенному механизму сигнал по волокну аксона может протекать со скоростью до 100 м/с. Скорость проведения пропорциональна диаметру волокна. Коэффициент пропорциональности варьируется от 4,5 до 6. Таким образом, сигнал доходит до конечного участка аксона, называемого синапсом. Синапсы бывают химическими и электрическими. В электрических потенциал передается непосредственно. Но более распространенными являются химические синапсы. Поговорим о них. Прибытие к синапсу физического потенциала инициирует некую химическую реакцию. Пресинаптическое волокно содержит, своего рода, пузырьки в которых находится вещество, называемое медиатором или нейротрансмитором. Прибытие потенциала к синапсу вызывает выработку кальция, который как бы обволакивает эти пузырьки и они выпускают медиатор.

При этом в нейрофизиологии существует огромное количество белых пятен. Огромная разобщенность взглядов на сознание и работу нашего мозга говорит лишь о том, что единой теории работы мозга и как следствие теории сознания в нейрофизиологии не выработано. Это и является краеугольным камнем и прародителем такой разобщенности взглядов. Вся современная физика зиждется на нескольких фундаментальных теориях, которые позволяют на фундаменте общего представления о вселенной строить дальнейшие изыскания. Примером таких фундаментальных теорий может являться теория относительности, теория большого взрыва, теория о микро строении материи и так далее. При этом никто не говорит, что это конечные теории, но они хотя бы очерчивают нам грани здравого осмысления научного понимания природы, на сегодняшний день. В нейрофизиологии такой теории нет. Пусть процессы, происходящие в мозге, изучены достаточно хорошо. Но та теория, которая бы объединила современные представления о мышлении, памяти, морфологии мозга и его эволюционном причинно-следственном развитии, еще не сформирована. Это и порождает сотни и тысячи не согласующихся друг с другом работ по нейрофизиологии. Так считает член-корреспондент РАН и РАМН Константин Владимирович Анохин. Воспользуемся меткой фразой Эдварда Уилсона: «Существующая фрагментация знания и вызванный ею хаос в философии — не отражение реального мира, а артефакты нашего образования».

Огромную роль в процессе образования сознания играет эволюция. Как было сказано ранее в человеческом мозге 80-84% генов от всей суммы генов в человеке. Одним из основополагающих шагов в установлении корреляции между геномом, внешней средой и их исторического синтеза предложил Джеймс Болдуин. Его суть хорошо изложена на рисунке:

Рисунок 4.

При этом кратковременные изменения не ведут к серьезным преобразованиям генотипа. Но долговременное воздействие ведет к серьезному преобразованию и накоплению метаморфозного эффекта. Важную роль играет фенотипическая пластичность. Она первична, а изменение генома вторично. Но данное изменение генома не является последующим априорным инстинктом, который проявится в любом случае. Оно является лишь, той или иной силы, потенцией, которая впоследствии может быть более быстро и эффективно реализована. Так как долговременное влияние фактора ведет к изменению фенотипа и в последствие к изменению генома, важную роль играет также нейропластичность. Т.о. способность субъекта обучаться влияет на его приспособление, что в свою очередь влияет на то, как быстро в геном войдет информация. Человеческая речь не является врожденной, но потенция к постижению языка заложена в человека на генном уровне.

Знаете, я достаточно скептически относился к науке нейрофизиология, но после тех данных, которые я увидел далее и, которые я сейчас представлю, мое отношение сильно изменилось

В начале XXI века, один из основателей Microsoft Пол Аллен выделил 100 млн. долларов на исследования в области нейрофизиологии. В отличие от нашей страны эти деньги были потрачены с толком.

Рисунок 5.

В 2005 году было введено такое понятие, как коннектом, под которым понималась совокупность всех связей в мозгу человека. Олаф Спорнс, Джулио Тонони вместе с Рольфом Кёттером из Фогтовского института исследований мозга в Дюссельдорфе опубликовали программную статью, которая называлась «Человеческий коннектом. Описание структуры мозга человека» («PLoS Computational Biology», 2005). На смену лозунгу «Я — это мой геном» пришел новый: «Я — это мой коннектом». Как известно получение опыта опосредует появления в нашем мозгу нейросетей, которые откликаются на повторение этого опыта. При этом наша реакция на похожую (уже встречавшуюся) ситуацию будет более адекватной. Так как наши знания, убеждения, навыки и умения представляют собой совокупность нейронных сетей, то наш мозг целиком состоит из таких графов, которые каким, то образом образуют один большой граф. Важно различать коннектом и когнитом. Когнитом — это сумма элементов индивидуального опыта. Таким образом, когнитом является подмножеством графа коннектома. При этом, в процессе восприятия нового опыта, эти связи изменяются или корректируются. Но так как наш мозг состоит из 100 миллиардов нейронов и между ними существует астрономическое число связей построение коннектома для всего человеческого мозга процесс, который не сможет быть подвержен обработке, ни одним известным на сегодня суперкомпьютером. А вот небольшой червячок с именем Caenorhabditis elegans, который имеет 302 нейрона и 6-7 контактов между ними, хороший плацдарм для зачинания такого моделирования. Ниже представлен его коннектом, где каждая точка представляет собой нейрон, а грань — связь. Для такого моделирования существует несколько методов. Одним из таких является трактография, или диффузионная тензорная визуализация (diffusion tensor image, DTI). Методом магнитно-резонансной томографии прослеживается диффузия воды в тканях и клеточных структурах, в данном случае — в отростках нейронов. Таким способом определяют ход пучков нервных волокон и восстанавливают картину связей между разными областями живого мозга. А сетевые карты можно изучать методами теории графов и динамических систем, это уже переход к теории. Хотя и здесь не все просто. В теории графов существуют свои загвоздки, которые трудно или практически не решаемы методами, которые используются в современных компьютерах. Что есть граф — это некоторая совокупность вершин соединенных связями. Количество связей, приходящих в один граф называется его степенью. Элементарные пути, цепи, циклы и контуры называют гамильтоновыми, простые — называются эйлеровыми. Граф G (X) называется однородным, если степень всех его вершин одинакова. Понятие «однородный граф степени r» означает, что каждая вершина данного графа имеет степень, равную r. В однородных графах степени r число ребер равно: m = (1 / 2) n · r. Примером однородных графов являются правильные многогранники: тетраэдр, куб, октаэдр. Но методами современных компьютеров плохо решается задача по поводу раскрашивания в различные цвета графа n вершин, так чтобы каждую из граней не попирали одинаковые цвета:

Краткое описание вышеизложенного метода, проиллюстрировано на рисунке ниже:

Рисунок 6.

Один из крупнейших проектов, работающих в этом направлении, так и называется Human Connectome Project. Он стартовал в 2009 году, рассчитан на пять лет и финансируется Национальным институтом здравоохранения США. В проекте участвуют 1200 взрослых добровольцев — пары близнецов, а также их братья и сестры примерно из 300 семей. Магнитно-резонансная томография дает структуру связей, высокоплотная электроэнцефалография позволяет получить функциональную сеть. Так для каждого участника составляются карты анатомических и функциональных связей мозга, а к 2018 году планируется полное секвенирование их геномов. Сравнение геномов и коннектомов идентичных близнецов и неидентичных братьев и сестер, вероятно, принесет новую информацию о вкладе генетики в формирование мозга. В приложении 1 можно будет увидеть снимок мозга, полученный путем такого метода. Кто хочет посмотреть более развернутую информацию, тот может посетить сайт, посвященный исследованиям в этой области www.humanconnectomeproject.org.

Мы немного поговорили о коннектоме, как совокупности всех нейронных связей человека. Теперь поговорим о когнитоме. Когнитом, как мельком говорилось ранее, представляет собой, структуру содержащую совокупность всей информации, полученной из индивидуального опыта. Все то, что оставляет отпечаток, возможно и крайне латентный, на нашем сознании в процессе жизни. Под когнитомом можно понимать память человека во всей ее совокупности. Ученые нейрофизиологи считают, что это все то, что составляет личность человека. Этот подход достаточно бихевиористичен. Получается, они исключают врожденные, изначальные задатки и целиком понимают под личностью культурно-исторический продукт. Но не будем оспаривать трактовки. Вернемся к исследованиям.

Можно ли узнать, какие участки нейронной сети активируются при получении нами нового опыта? Современная нейрофизиология говорит нам — Да. Чтобы регистрировать свечение отдельных клеток в трехмерном мозге и получать трехмерную карту элемента индивидуального опыта, отдел нейронаук Курчатовского института в сотрудничестве с нижегородским Институтом прикладной физики создали специальную установку, которая позволяет фотографировать прозрачный мозг мыши послойно, с разрешением до 0,5 мкм. Метод называется «лазерная плосколучевая оптическая томография» (ЛПОТ): плоский луч лазера движется через мозг, помещенный в ванночку, и возбуждает флуоресценцию в микронном слое. Из стопочки этих срезов можно реконструировать трехмерную картину. Зеленые точки в целом мозге — созвездие нервных клеток, активных в определенном поведенческом опыте. Т. о. мы получаем огромное количество подсвеченных «срезов» мозга и мы можем в 3D модели пронаблюдать активность определенных участков (градируя интенсивность цвета подцветки по определенной шкале). Но как же в нашем мозгу хранится память? На этот вопрос ученые так же дают ответ. Для начала, необходимо сказать немного о памяти.

Память

Исследования в области памяти ведутся давно. Ученых с давних времен интересовала проблема памяти. В истории есть несколько примеров, когда ученый встречался с человеком, обладающим феноменальной памятью. Эти люди запоминался абсолютно все. Они помнили, что произошло 10 лет назад утром любого числа любого дня. Они могли запоминать бесконечное количество абсолютно никак не связанных чисел. Они помнили лицо каждого человека, с которым они встречались. Безусловно, это была трагедия их жизни, они страдали от этого. Бессвязная масса образов преследовала их во сне и на иву. И так продолжалось изо дня в день, изо дня в день. Ученые, как могли, пытались подвести такие феномены под какую то теоретическую базу. Радикальная программа изучения памяти началась с немецкого ученого Германа Эббингауза, который осуществлял опытные испытания на самом себе. Он брал некоторую совокупность несвязанных чисел и запоминал их. Проведя множество таких опытов он выявил некоторую закономерность, которая хорошо представляется на его графике.

Рисунок 7.

По оси абсцисс откладывается время, прошедшее после запоминания информации. По оси ординат откладывается процент сохранившейся информации.

Как мы видим на графике после прошествия 20 минут в памяти остается 58% изначально запомненной информации. После одного часа 44% и так по нисходящей. Причем, 20-21% запомненной информации могут храниться крайне долго. У этой кривой существует продолжениие, которое характеризует ее изменение при повторном изучении информации.

Рисунок 8.

Давайте разберем этот график. Точка 0 — представляет собой изначальное восприятие информации. Проходит определенное время, мы забываем около 50% информации. Затем нам снова предоставляется для запоминания информации (1st repetition) мы восстанавливаем нашу память об информации до 100%. Затем проходит некоторое время, мы снова забываем часть запомненной информации, но уже в меньшей степени. Затем нам снова предоставляется ранее запомненная информация (2st repetition) и так далее. Здесь, как нельзя кстати, подойдет крылатая фраза «повторение мать учения». К сожалению не каждое повторение и зазубривание есть проникновение в суть вещей. По моему мнению, наиболее долговременной является модификация мнемонической памяти, когда у нас идет некая смысловая привязка информации к чему то. Ну, например: когда ученик говорит, что энергия передается квантами и приводит изыскания М. Планка и пишет на доске значение постоянной Планка, не факт, что он вкладывает в это какой либо смысл. И скорее всего, даже если он хорошо это выучил, через год это исчезнет из его памяти. Хорошо, чтобы это было привязано к какому-то простому и яркому примеру. Альберт Эйнштейн говаривал: «Мы ничего не хотим знать но все хотим понимать». А понимание — это сведение научной теории к чему то более простому — ассоциативному. Например, Брайан Грин хорошо умеет приводить интересные и яркие примеры. И я, человек не слишком разбирающийся в науке, запомнил из его интереснейшего повествования большое количество научных теорий и открытий. Мне очень хотелось бы привести их здесь, но тогда мое повествование слишком затянется, чего бы мне сильно не хотелось.

Вернемся к основной линии повествования. В процессе запоминания существует определенный переход к долговременной памяти. Этот переход находится между значениями оси x (1;2) дня. Но, что же происходит при этом переходе? Оказывается, что наша долговременная память влияет на наш геном. Когда к нам поступает новая информация (которая является модусом индивидуального опыта) она обрабатывается рецепторами. Затем обработанная информация активирует ген, называемый геном немедленной новизны с них синтезируются белки с рибонуклиотидами РНК, эти белки образуют определенные группы, которые активируют другие гены, ответственные за долговременную память. Такой ген называется c-fos или протоонкоген. Сам он ничего не запоминает, он лишь регулирует процесс запоминание, т.е. синтез генов других уровней. Таким образом, индивидуальный опыт активирует в нашем мозгу процесс морфогенеза, который изменяет фенотип нашей клетки. Заметьте, я говорю фенотип, а не генотип. Так как это изменение, следствие индивидуального опыта. Тем не менее, при повторении этого индивидуального опыта, который является раздражителем фенотип переходит в генотип и при дальнейшем развитии накапливается врожденная потенция адекватной реакции на этот раздражитель. Это можно представить следующей схемой.

Рисунок 9.

Память делится на линейную и нелинейную. Под линейной можно понимать некие Павловские рефлексы на уровне воздействие — отклик. Когда идет запоминание неких физиологических воздействий и как следствие реакция на них. Под нелинейной памятью понимается некоторая долговременная ассоциативная память, распределенная во времени. Когда к нам поступает новая информация, она, как правило, является комплексной. Помимо сугубо новых элементов, она содержит уже имевшиеся в нашем коннектоме в виде некоего сигнального графа нейронов. Таким образом у нас активируются некоторые сети, которые связаны с другими сетями и так далее. Т.е. происходит некоторое обращение к прошлому опыту. Таким образом у нас возникают некие ассоциации, воспоминания и др. Из журнала Химия и жизнь №12 2012 По материалам доклада члена-корреспондента РАН и РАМН Константина Владимировича Анохина «Вероятно, именно таким образом в когнитоме формируются модули, специализированные к накоплению информации определенного типа, — например, модули запоминания лиц или других объектов, принадлежащих к одному классу. Определенный нейрон, участвующий в нескольких функциональных системах, которые объединены неким общим признаком, «накапливает» следы участия в каждой из ситуаций, и возникает явление, уже подтвержденное экспериментально, — когнитивная специализация нейронов.»

Методами магнитно резонансной томографии (МРТ) и позитронно-эмиссионной томографии учеными определены участки мозга, которые активируются при обработке различной информации. Определены участки, где происходит запоминание этой информации. Пионером в создании такой «географии мозга» был Немецкий врач Франц Галль (1758–1828), который, исходя чисто из умозрительных наблюдений, изобразил первую карту мозга, где обозначил основные отделы мозга, имеющие различные функции. Его рисунок представлен ниже.

Рисунок 10.

Посредством методов современной диагностики можно получить сведения о том — какие группы нейронов активируются при восприятии отдельных понятий. Например, при счете. Исследовано — какие группы нейронов (участки мозга) отвечают за речь. На самом деле уже существует огромное количество «карт мозга». Есть нейронное пространство (участок мозга) который активируется при восприятии лиц и при восприятии местоположения. Давайте приведем карту мозга, которая отвечает за речевое восприятие.

Рисунок 11.
Рисунок 12.

При этом нейрофизиологам пока неизвестно — что происходит в этих активных областях. Как нейроны кооперируются, для достижения определенного результата? В какой последовательности они объединяются? И многое другое.

Давайте представим это посредством универсального языка. Как известно, универсальным языком является язык математики. Для описания текущей проблемы было бы уместно применить язык множеств.

Пусть \exists некоторое множество A(x_1,x_2,x_3,\dots,x_i), которое представляет собой коннектом. Пусть \exists B,C,D,\dots,A, являющиеся когнитомами. При этом элемент подмножества B — bi может являться c_j\in С \vee d_k \in D \vee\dots. При этом \forall x_i B \cap C,

\forall x\in A,x_i=\sum x_{i-1}w_{i-1} каждый элемент является суперпозицией от близлежащих элементов, помноженных на синапсические веса;

\frac{dinf dmem}{dt^{2}}, если представлять dinf и dmem, как некую активацию отдельных модальностей, то представим inf=\sum b_1,b_2,\dots,b_i;c_1,c_2,\dots,c_i;\dots.Мысль — как некий дифференциал от групп различных модальностей скорректированной на синоптические веса, которые определяются памятью.

Подмножества не являются единым — они лишь объединены в определенных областях,

На этом, разговор о памяти можно было завершить. Но совершенно недавно я прослушал лекцию, которую К. Анохин читал студентам МГУ, посвященную именно проблемам памяти. Долгое время ученые считали, что долговременная память формируется именно в то окно, в которое много лет назад определил Эбингаузер (около 1 часа). Именно в этот период происходит синтез белка и РНК в нервных клетках. Этот процесс универсален. После его завершения память стабилизируется. Но внезапно в поле зрения нейрофизиологов попали исследования психолога Бартелета. Он преподавал психологию в университете и, как и многие психологи, свои исследования проводил на своих студентах. Суть его исследования состоит в том, что он на каждой лекции давал студентам запомнить, какую либо картинку и на последующих лекциях просил их воспроизвести ее по памяти. При этом он более не показывал ни саму картинку, ни результаты работы их памяти. Так повторялось много раз (в течение полугода раз в неделю). Таким образом — он получил достаточно длинный ряд картинок. И он выявил некоторую закономерность — изначальная картинка у всех студентов, в той или иной мере, к концу исследования до неузнаваемости исказилась. Это говорило о том, что долговременная память не является статичной. Вот, что говорил Бартлет в своей книге: Я настаивал на протяжении всей дискуссии этой книги, на том, что описание воспоминаний как «фиксированных и безжизненных» есть всего лишь ошибочная фантазия.

Возникает вопрос: Если долговременная память формируется путем синтеза РНК и белка и их последующего участия в кодировании информации (влиянии на фенотип клетки), то что происходит во время ее хранения на протяжении жизни? На сегодняшний момент механизмы долговременного хранения памяти изучены не до конца. Но у ученых уже есть некоторые ответы. Память не существует как статическая информация, она постоянно самовоспроизводится на подсознательном уровне. Этот процесс назвали «Реконсолидация памяти». Очевидно, что запомненная информация бессознательно прокручивается в нашем мозгу. Обычно это происходит во время сна. При этом, в зависимости от фаз сна, происходят различные процессы. Мало актуальная информация постепенно уничтожается, а та информация, которая важна (к которой мы часто обращаемся) хранится долго. И в этом вся суть. Через наш мозг проходит огромное количество информации. Большинство этой информации благополучно минует долговременную память. Но даже та информация, которая изменяет фенотип клетки, не является вечной. Многое ли вы можете вспомнить из того, что вы учили в школе. Хотя эту информацию вам привали на протяжении долгих лет. Для вас зачастую она не является актуальной, следовательно она не проходит реконсолидацию и постепенно забывается. Как я уже и говорил, для более качественного запоминания необходимо использовать некие мнемонические приемы. Запомненная информация должна быть к чему то привязана. Не стоит надолго пытаться запомнить многое. Важно знать тезисы, вокруг которые будет выстроена вся остальная иерархия смыслов. Таков человек.

Заключение член-корреспондент РАН С. В. Медведев Мозг против мозга — кто кого? Проблема исследования мозга человека, соотношения мозга и психики — одна из самых захватывающих задач, которые когда-либо возникали в науке. Впервые поставлена цель познать нечто, равное по сложности самому инструменту познания. Ведь всё, что до сих пор исследовалось — и атом, и галактика, и мозг животного — было проще, чем мозг человека. С философской точки зрения неизвестно, возможно ли в принципе решение этой задачи. Ведь, кроме приборов и методов, главным средством познания мозга остаётся опять-таки наш человеческий мозг. Обычно прибор, который изучает какое-то явление или объект, сложнее этого объекта, в этом же случае мы пытаемся действовать на равных — мозг против мозга.

Причуды нашего мозга

Наш мозг — это шкатулка с загадками. И многое наш мозг сам скрывает от нас. Давайте поговорим о причудах нашего сознания.

Различные повреждения мозга могут вызвать ужасающие по своей изощренности отклонения от нормы восприятия, но даже в целом здоровый организм обладает крайне интересным восприятием. Чтобы пролить свет на некоторые из них приведем пример. В ракурс зрения нескольких ученых нейрофизиологов попал человек, у которого отсутствовала долговременная память. В течение 10 минут он забывал все, что с ним было. При этом — это не была амнезия. Он помнил, кто он и что было несколько лет назад, до того, как он потерял способность запоминать. Он каждый раз говорил, что видит ученых в первый раз. На протяжении некоторого времени его обучали некоторому навыку. На удивление, он не помнил ничего. Он забывал все, но, с каждым обучением, он все лучше и лучше выполнял требуемую от него задачу. Таким образом, не имея долговременной памяти, он успешно обучался навыку. Как такое может происходить? На самом деле у нас существуют качественно разные модули памяти, за которые отвечают различные участки мозга. Следовало об этом сказать в главе память, но лучше поздно, чем никогда. Вот еще пример. Некоторая женщина пережила отравление угарным газом, это отравление повредило часть зрительной системы ее мозга, связанную с восприятием формы. Она видела цвета, тени, но не узнавала объекты. Все это говорит о том, что мозг, крайне интегрирован, но в нем существуют строго функциональные отделы. Но это лишь краткие примеры.

Начнем с восприятия. Ракурс четкости нашего восприятия составляет в диаметре около 10 сантиметров. Все остальное, что мы видим, представляется гораздо более размытым, нежели этот небольшой круг четкости. При этом наше периферическое зрение очень чувствительно. Она сигнализирует о даже небольших активностях на границе видимого. Это позволяет нам быстро реагировать на смену ситуации. Но, если мы видим статическую картину, то наш мозг слабо запоминает детали этой картины. Пора признать, что наш мозг сам «достраивает» видимую картинку. В нашем зрении мир отображается, как 5% четкого и 95% нечеткого. Тем не менее, наш мозг знает, что на самом деле реальные предметы не являются размытыми и знает, что движение глаз может быть сконцентрировано на любом аспекте предмета. Также наш мозг не рассказывает о всем том, что он видит. Например, если человеку показывать 2 картинки, на одной из которых будет изображена открытая травма, а на другой цветок и при этом интервал между ними будет менее 40 миллисекунд, то человек не увидит картину травмы. Но при этом его мозг отреагирует на эту неприятную картинку изменением активности определенных зон.

Но это только цветочки. Наш мозг способен и не на такие выкрутасы. Что такое аберрация? Берем большую советскую энциклопедию. Смотрим. Аберрация — искажения изображения, вызванные неидеальностью оптической системы: изображение не вполне отчетливо, неточно соответствует объекту или окрашено. Наше зрение неидеально. Хотя возможно это и способствует большей продуктивности мышления. Аберрацию можно назвать иллюзией. Аберрация — это понятие из оптики. Так, что и то и другое понятия приемлемы. Большинство подобных иллюзий известны психологам уже больше ста лет, а художникам и архитекторам — намного дольше. Давайте же продемонстрируем некоторые из таких аберраций.

Наш мозг нас обманывает. Вот только несколько примеров того, что наш мозг нас обманывает.

Рисунок 13.
Рисунок 14.

Это не спирали, это круги.

Рисунок 15.
Рисунок 16.

Вертикальные и горизонтальные линии параллельны. Окружность кажется искаженной.

Рисунок 17.

В процессе восприятия крайне важна перспектива, и здесь как раз в игру вступают наши априорные представления. На самом деле желтые линии одинакового размера. Но игра перспективы дает нам иллюзию, что правая линия больше. Но это не так. Даже зная это, я не могу себя убедить в том, что это так. И только измерив их длину, я могу убедиться в истинности этого.

Рисунок 18.

Это немыслимо, но клетки A и B одинакового цвета. Если не верите, то вставьте это в обычный редактор и воспользуйтесь инструментом «Пипетка».

Рисунок 19.

Кого вы здесь видите?

Рисунок 20.

А здесь? (худ. Олег Шупляк)

Эти и множество других иллюзий можно увидеть на сайте http://illuzi.ru/illusion/; либо на англоязычном сайте www.lottolab.org.

Наше восприятие не является полным отражением действительности. Зачастую — эта действительности искажена нашими предрассудками восприятия. Возможно, большую роль играют некие априорные качества восприятия, которые мы впитали с молоком матери. В принципе тема априорной данности крайне интересна. Что есть в моем восприятии, как данность? В употреблении термина — априорный, стоит быть крайне осторожным. Дабы не попасть в этимологический диссонанс.

Что еще можно сказать интересного о нашем восприятии? Многое. Например, из-за его несовершенства нам могут являться вполне правдоподобные галлюцинации. Даже в хаотично расположенных предметах, человек может узреть какой либо образ. Все зависит от условий. Данные галлюцинации, как правило, появляются на «задворках» нашего зрения. После того как мы фокусируем зрение на них — они пропадают. Если нет — значит это были не галлюцинации, либо стоит провериться у врача.

Человек делает ошибку, когда говорит, что между его телом и окружающим миром существует большая разница. Хотя это и кажется очевидным, это не совсем так. Экспериментально доказано, что если человек возьмет в руки палку, то при движении этой палкой и при соприкосновении ее с предметами активируются те же нейроны, что и при движении рукой. Лопатка становится продолжением руки.

Наш мозг иногда находится впереди нашего текущего сознания. Когда мы хотим поднять руку, еще до возникновения этого желания наш мозг уже отреагировал на это. Мозг уже все решил, еще до того, как мы это осознали. Если испытуемого попросить пробежать некоторое расстояния на беговой дорожке, и при этом дать установку, чтобы он говорил нам об увеличении или уменьшении скорости, то момент осознания перемен будет немного позднее, чем испытуемый изменит темп бега. О чем это говорит? О том, что сознание это — некоторый прожектор, который небольшим кругом света освещает большую рабочую территорию. При этом работа на неосвещенной территории продолжается и сознанию необходимо некоторое время, чтобы осветить эту область. Тем самым подвергнуть осознанию рабочий процесс. Мы совершаем огромное количество движений и манипуляций, но при этом они не несут большой сознательной нагрузки. Например, мы идем, моргаем, дышим, жуем, но это не является объектом света сознания. При необходимости, все эти процессы могут быть им освещены. На самом деле в этих исследованиях заключается серьезная эпифеноменальная апория. Если следовать принципу каузальной замкнутости — то необходимо признать полную опосредованность ментальных состояний процессам, происходящим в мозгу.

Наш мозг делает постоянные предсказания будущего. При этом он делает их без нашего участия. Даже при поступлении нового уникального опыта, наш мозг создает некую первоначальную картину (модель) этого опыта, который используется в процессе дальнейшего взаимодействия с объектом опыта или явлением, инициировавшим его. В нашей голове имеется некоторая метакарта всего. И, при получении нового опыта — эта карта постоянно уточняется. Для оценки изменений этой метакарты сознания существует известная формула Байеса

p(\frac{A}{x})=p(\frac{x}{A}) \ast \frac{p(A)}{p(x)}

Где P(A/x) — это степень убежденность в чем то после получения нового опыта; P(x/A) — это вероятность получения опыта x, если событие A произойдет; P(A) — это вероятность происхождения события A; P(x) — это вероятность получения опыта x.

Давайте поясним. Мы имеем различные убеждения. Но при этом мы убеждены на 100% лишь в немногих из них. При получении нового опыта степень нашей убежденности изменяется. И так происходит постоянно.

Наш мозг полон предрассудков. Но — это не есть плохо. Предрассудки позволяют нам воспринимать мир более динамично. Мы постоянно формируем определенные упрощенные модели, которые зачастую далеки от истины. Но они позволяют нам осуществлять сиюминутное восприятие. Впоследствии каждый предрассудок уточняется и корректируется. Именно наличие предрассудков позволяет нам своевременно реагировать на ситуацию. Пусть эта реакция не всегда бывает адекватной, но это уже что то. Некоторые предрассудки навсегда и останутся таковыми. Но многим из них суждено быть скорректированными и приближенными к истине. Здесь уместно привести замечательный стих А.С. Пушкина «Возрождение»

Художник-варвар кистью сонной
Картину гения чернит
И свой рисунок беззаконный
Над ней бессмысленно чертит

Но краски чудные, с летами,
Спадают ветхой чешуей;
Картина гения пред нами
Выходит с прежней красотой.

Так исчезают заблужденья
С измученной души моей,
И возникают в ней виденья
Первоначальных чистых дней.

Искусственный интеллект

Изобретение думающих машин, с давних времен, было заветной мечтой многих ученых. Попытки создания «думающих машин» осуществлялись задолго до изобретения транзисторов. Но основу теоретической базы для их нормального функционирования создал Буль. В математике существует 2 направления: дискретная математика и континуальная математика. Под континуальной математикой понимается математика непрерывного (она включает: теорию функций, дифференциальные уравнения, интегральные уравнения, большую часть математической физики и многое другое). Изначально, после открытия математического анализа, считалось, что данное направление является наиболее значимым и практически применимым. И это, безусловно, было прекрасно. Методы, приведенные в континуальной математике, позволяли решать огромное количество физико-химических задач. Даже я, прямо скажем, не знаток математики, понимаю какое огромное значение имело дифференциальное и интегральное исчисление (родоначальниками которого по праву можно назвать Ньютона и Лейбница) для человечества. Однако благодаря появлению вычислительных машин, которые работают по принципу «вкл/выкл», дискретная математика обрела новое — возросшее значение. Как и большинство сегодняшних вычислительных машин, эти машины работали по принципам «алгебры логики». В основе алгебры логики, прежде всего, лежит дискретная математика, которая зиждется на двух «черепахах» — 0 и 1. При этом алгебра логики оперирует теми операциями, которые нам наиболее привычны в обычной жизни. Грубо говоря, это: ЕСЛИ, НЕ, И, ИЛИ. К тому же, от нейрофизиологов пришла добрая весть, что в человеческом мозгу все именно так и происходит (сигнал от нейрона либо передается «1» либо нет «0»). На этих фундаментальных принципах и была сконструирована машина Тьюринга. Давайте же рассмотрим принцип ее действия.

Машина Тюринга предназначена для того, чтобы выводить двоичное или десятичное разложение любого «вычислимого» действительного числа. Напоминаю, что действительные числа представляют собой отношения величин одной размерности. Грубо говоря, для того, чтобы представить рациональное или иррациональное действительное число необходимо x/y = a1a2a3…ak, где k изменяется от 0 до 9. При этом если числитель x имеет вид 2s5l где s и l целые неотрицательные числа, то процесс деления заканчивается после определенного числа шагов. Если же знаменатель несократимой дроби 2s5l, то деление является бесконечным. При этом в результате получаются значения на манер 0,16666 ~ 0,1(6), что означает 6 в периоде. Типичным примером таких чисел может являться пресловутое число ПИ. Которое именует собой отношение длины окружности к ее радиусу. В современных компьютерах такие числа называются числами с плавающей запятой. Они представляются в виде некоторой мантиссы и порядка A=m\cdot q^p, где m — некоторая мантисса, представляемая соотношением целых чисел (0<m<1); q — основание системы счисления; p — порядок.

Машина Тьюринга характеризуется тремя основными чертами:

  1. Она имеет конечное количество неких состояний S(s_0,s_1,s_2,s_3,\dots,s_n) сравниваемых с состояниями ума или, более уместно будет сказать, с уже накопленной информацией, которая доселе сформировало наше оценочное сознание;
  2. Она может «считывать» и «записывать» конечное множество A;
  3. На выход она вычисляет некоторые A’.

Персептрон

Одним из ключевых этапов развития работ в области искусственного интеллекта было изобретение персептрона. Персептрон представлял собой некоторую нейронную сеть, которая пыталась моделировать некоторые процессы мышления. С персептроникой были связаны огромные надежды ученых. Изначально на развитие этой области выделялось достаточно большое количество денежных средств. Позднее стало понятно, что мечты о создании искусственного интеллекта с помощью персептронов оказались слишком смелыми. Тогда многие разочаровались в этом направлении. Здесь я попытаюсь дать основные понятие и основные формулы, которые содержит теория персептроники.

Что такое персептрон? Персептрон (от лат. Perseptio — восприятие) — это некоторое устройство моделирующее процесс восприятия. Впервые модель персептрона была предложена американским ученым Ф. Розенблаттом в 1957 году (зрительный анализатор "Марк-1"). Персептрон представлял собой некоторую совокупность связанных элементов. Самый простой персептрон содержит n входов и I выходов. Между элементами входа и элементами выхода существуют определенные связи, каждая из которых имеет свой вес. Такие веса называются синаптическими весами. Обычно синаптические веса бывают тормозные и возбуждающие. Следовательно, их значения обычно варьируются от -1 до 1. При этом существует несколько видов активационных функций, которые отвечают за значения синаптических весов. Самые известные из этих функций — это аналоговая и дискретная (цифровая). Не буду объяснять их суть, я думаю, все должны знать, что есть аналоговый сигнал и цифровой. Входной вектор представляет собой совокупность единичек и нулей. Выходной уровень представляет собой совокупность нейроподобных элементов, каждый из которых представляет собой суперпозицию произведения значений входного вектора на соответствующие синаптические веса. Таким образом, выходной вектор также содержит совокупность единиц и нулей, которые подлежат определенной интерпретации. Также существует некоторый требуемый вектор результата di (его задает оператор). С этим вектором сравнивается выходной вектор и вычисляется ошибка. Если эти векторы не совпадают, то происходит обучение. Обучение представляет собой переопределение значений синаптических весов (изначально они задаются генератором случайных чисел). Методов обучения существует огромное множество. Те, кто хорошо знаком с теорией оптимизации, явно знают эти методы. Но об этих методах позднее. Важно понимать, что персептрон — это некоторая сеть, решающая определенные задачи. В узлах этой сети находятся нейроны.

Пойдем от простого к более сложному.

Рисунок 21.

Пример простейшего персептрона. j входов, i выходов.

Пусть нам дан некий персептрон имеющий j входов и I выходов. То, что мы в разных примерах разными буквами латинского алфавита обозначаем входы и выходы не имеет значения. Каждый выходной нейрон выполняет суперпозицию поступающих сигналов помноженных на их синаптические веса. Предположим, что на вход персептрона поступает информация, характеризуемая вектором X(x_1,x_2,\dots,x_j). Под информацией может пониматься графический образ, разбитый на пиксели (где каждому заполненному пикселю присваивается 1, а каждому пустому 0). Далее каждому yi присваивается название образа. Следовательно, Если это первый образ (y1) то выходной вектор должен быть Y(1,0,0…).

Каждый нейрон выполняет суперпозицию по формуле

yi=\sum_{j=1}^{j}{xjwij}

На выходе формируется вектор Y(y_1,y_2,\dots,y_i). Этот вектор сравнивается с вектором требуемого результата D(d_1,d_2,\dots,d_i). Если их значения не совпадают, то происходит обучение (перераспределение синаптических весов).

w_{ij}(t+1)=w_{ij}(t)+\Delta w_{ij}

\Delta w_{ij}=\epsilon x_j

Где wij — значение синаптического веса в момент времени t; Wij(t+1) — значение синаптического веса в момент времени (t+1); ɛ — отклонение вектора результатов от требуемого вектора \epsilon=(y_i-d_i)

Введем коэффициент скорости обучения η, тогда значение \Delta w_{ij}=\eta\epsilon x_j. Также стоит ввести пороговое значение активации θ. Для порогового значения также требуется обучение \theta(t+1)=\theta(t)+\Delta\theta; \Delta\theta=-\epsilon; после введения η, \Delta\epsilon=-\eta\epsilon.

Дальнейшее развитие персептроники показало, что персептрон не в состоянии выполнять такие логические функции, как «И», «ИЛИ», «НЕ» и пр. Необходим был следующий шаг в развитии персептронного моделирования. Следующим шагом стало введение скрытого слоя нейронов, который решил проблемы вышеозначенных логических функций. Таким образом, теперь суперпозицию входных сигналов осуществляли нейроны скрытого слоя, а нейроны выходного слоя суммировали непосредственно значения нейронов скрытого слоя.

Рисунок 22.

Помимо добавления скрытого слоя, для расширения круга задач, решаемых с помощью персептрона, вместо дискретной функции активации ввели аналоговую (непрерывную) S=1/(1+e-s). Она получила название сигмоида. Так как мы ввели непрерывную функцию, то теперь поиск оптимальных значений синаптических весов можно осуществить, используя дифференциальное и интегральное исчисление. Пусть у нас есть некоторая функция отклонения вектора результатов от требуемого значения, зависящая от синаптических весов ɛ =f(wij). Если представить это в графическом виде. То интерпретация функции ɛ представляет собой гиперпсевдопарраболоид. Самый простой метод отыскания минимума функции ɛ — это метод градиентного спуска. Для этого мы представляем

\Delta w = -\eta \frac{d\epsilon }{dw}

Не будем детализировать процесс дифференциации. Укажем итоговые значения.

\Delta w_{ij}=\eta y_j \delta

\delta=(d_i-y_i)(1-y_i)y_i

Далее будем использовать эти формулы для обучения персептронов. Среднеквадратическое отклонение примет значение

\varepsilon =\sum_{i=1}^{i}{\frac{1}{2}(di — yi)^{2}}

Пусть нам дан двухслойный персептрон, имеющий n входов, j — нейронов скрытого слоя и I выходов. Каждый выходной нейрон выполняет суперпозицию по формуле

yi =\sum_{j=1}^{j}{yiwij}

Рисунок 23.

Далее формируется выходной вектор Y(y1,y2,…yi) и сравнивается с требуемым вектором D (d1,d2,…di). Если они не совпадают, происходит обучение. Сначала происходит переопределение синаптических весов для нейронов выходного слоя.

\Delta w_{ij}(t + 1)=w_{ij}(t)+\Delta w_{ij}

\Delta w_{ij}=\eta y_j\delta

\delta=(d_i-y_i)(1-y_i)y_i

Каждый нейрон скрытого слоя выполняет суперпозицию

yi =\sum_{n=1}^{n}{ynwjn}

Для синаптических весов скрытого слоя обучение проводится по формулам

\Delta w_{jn}(t+1)=w_{jn}(t)+\Delta w_{jn}

\Delta w_{jn}=\eta x_n \delta

\delta=(d_i-y_i)(1-y_i)y_i

Но для скрытого слоя (di-yj) — является некорректным → вместо этого значения будет использоваться \sum_{j=1}^{j}{yjwij} → для скрытого слоя \varepsilon = \sum_{j=1}^{j}{yjwij(1-yi)yi} .

Вычисляется среднеквадратическое отклонение ɛ, по значению которого определяется — стоит ли далее обучать персептрон.

Рисунок 24.

Мы рассмотрели обучение персептрона для случая с одним скрытым слоем. Нетрудно перенести этот пример на случай K — слоев.

Пусть существует персептрон, имеющий K — слоев. При этом K-ый слой есть выходной. H1 — будет первым скрытым слоем, Hk — выходным слоем соответственно. H0=n; Hk=i.

Будем обозначать i=K; J=k-1; l=k+1.

yi^{k} =\sum_{j=1}^{j}{wij^{k}yj^{k-1}}

Важно понимать, что все нейроны скрытых слоев от k=1 до K — выполняют суперпозицию.

Далее формируется выходной вектор Y(y_1,y_2,\dots,y_i), который сравнивается с вектором результатов D(d_1,d_2,\dots,d_i). Если они не совпадают, происходит обучение.

Для выходного слоя синаптических весов

w_{ij}^k(t+1)=w_{ij}^k(t)+\Delta w_{ij}^k

\Delta w_{ij}^k=\eta y_j^{k-1}\delta^k

\delta^k=(d_i-y_i^k)(1-y_i^k)y_i^k

Для остальных слоев механизм «обратного распространения ошибки»

w_{jn}^{k-1}(t+1)=w_{jn}^{k-1}(t)+\Delta w_{jn}^{k-1}

\Delta w_{jn}^{k-1}=\eta x_n^{k-1}\delta^{k-1}

\varepsilon ^{k-1} =\sum_{n=1}^{N}{yi^{k}wij^{k}(1-yj^{k-1})yj^{k-1}}

Обычно к входящему вектору добавляется xo=1. В случае добавления в формулах вместо суммы начинающейся с 1 будет сумма начинающаяся с n=0.

Как было показано ранее, функционирование персептрона происходит посредством преобразования входного вектора x на выходной вектор y. При этом каждый нейрон выполняет суперпозицию сигналов других нейронов. Возникает вопрос: можно ли сложную функцию множества переменных представить, как сумму функций меньшего числа переменных? Колмогоровым и его учеником Арнольдом было показано, что для любого множества пар отличных между собой входных и выходных векторов произвольной размерности (Xq, Dq) q=1,\dots,Q \exists 2x слойный персептрон с сигмоидной преобразующей функцией и с конечным числом нейронов, который для каждого входного вектора Xq формирует соответствующее Dq.

Проблема выбора правильного числа нейронов скрытого слоя зачастую является одной из важнейших. Для этого существует формула Арнольда-Колмогорова:

\frac{NyQ}{1+\log_{2} Q}&lt;Nw\leq Nx(\frac{Q}{Nx}+1)(Nx+Ny+1)+Ny

Где Ny — размерность выходного вектора; Nx — размерность входного вектора; Q — число обучающих примеров; Nw — число синаптических связей.

Рисунок 25.

Персептрон должен не только уметь обучаться, но и уметь обобщать полученный опыт, для того, чтобы правильно реагировать на различные входные данные. Совокупность обучающих примеров X — является недостаточной. Помимо обучающей выборки на персептрон подается еще и тестовая выборка Xt. Эта выборка тестирует возможность персептрона обобщать полученный опыт. Вычисляется два вида отклонения: ɛ — отклонение обучения и ɛt — отклонение обобщения. Выбор нужного числа нейронов схож с выбором степеней свободы для полинома, при аппроксимации какой либо выборки. При увеличении степеней свободы отклонение обучения, как правило падает, а отклонение обобщения сначала падает, а потом возрастает. Такой феномен называется — «переобучение». Если брать в пример полином, то стоит прибегнуть к иллюстрации. На рисунке представлен полином 1,2 и 5 степени. Как мы видим, с увеличением степеней свободы полинома ɛ падает, а ɛt — сначала падает, а потом возрастает. Полином 5 степени не имеет отклонения по ɛ, но зато он полностью игнорирует тестирующие примеры.

Существует несколько способов выбора правильного числа нейронов для скрытых слоев: конструктивный и деструктивный. Деструктивный состоит в том, что изначально берется большее число нейронов, чем требуется и постепенно они исключаются. Обнуляются те синаптические веса, которые в процессе обучения стали по значению меньше среднего. Но это не всегда есть рациональный метод. Во первых он достаточно продолжителен, а во вторых не всегда нейроны, ставшие меньше среднего значения вносят наименьший вклад в результат. Более оптимальным считается конструктивный метод, где изначально число нейронов скрытого слоя меньше чем необходимо. По мере обучения нейроны добавляются.

Также, крайне важно определить число скрытых слоев персептрона. Обычно на практике бывает достаточно двух скрытых слоев.

Обучение. При этом метод наискорейшего спуска не является самым эффективным. Таковым он является, если одна из проекций гиперпсевдопарраболоида напоминает окружность. Но на практике — это происходит крайне редко. Зачастую график функции представляет собой коническую поверхность, проекция которого представляет овал с большим эксцентриситетом. Согласно методу наискорейшего спуска ɛ(t+1)< ɛ(t), то есть каждое последующее отклонение результата от требуемого должно быть меньше предыдущего. Вкратце можно сказать, что при использовании метода наискорейшего спуска не учитывается инерция спуска и зачастую необходимо проводить больше итераций, чем это требуется.

Существует несколько методов оптимизации: квазиньютоновский и метод сопряженных градиентов.

Также одним из успешных методов, является метод селективного отбора. Он опирается на исследованиях в области генетики. Как известно при оплодотворении, плоду отходит часть генетической информации от матери и часть от отца. Нити ДНК разрываются в некоторых случайных местах и произвольно соединяются. По схожему принципу работает и персептрон. Берутся множество особей. Они обучаются любым из приведенных выше методов. Затем скрещиваются матрицы синаптических весов наиболее успешных особей. Они делятся в некоторых произвольных местах (обязательно неровно) и затем произвольно объединяются. Т.о. после нескольких скрещиваний образуются наиболее приспособленные персептроны.

Пандемониум Селфриджа

Распознавание образов — это крайне нетривиальная задача. Даже пятилетний ребенок, без труда, может отличить кошку от собаки. Машины, основанные на нейросетевых технологиях, справляются с этим гораздо сложнее. Самым простым примером машины, которая распознает образы может служить пандемониум Селфриджа. Но представляет из себя некоторую совокупность функциональных блоков. Каждый из которых выполняет определенную функцию. Это иерархическая схема. Нижний уровень состоит из демонов данных, которые посылают входной сигнал, соответствующий вектору наличия либо отсутствия признаков, на верхний уровень. Выше следуют вычислительные демоны. Выше идут демоны понимания, которые выполняют суперпозицию D = ∑wijdi. Каждому демону понимания присваивается вес wij (значимость определенного признака). Например, для взрослого человека значимым признаком является вес более 50 кг. А вот наличие волос признак менее значимый.

Рисунок 26.

Затем происходит сопоставление значений, получившихся у демонов понимания, и выбирается демон с наибольшим значением. Но, все далеко не так просто. Чрезвычайно важно интерпретация информации. Важно уметь интерпретировать признаки, рассматривать их в совокупности и выделять главные отличительные черты. Проектировщики и технологи утверждают, что по прежнему искусственный интеллект не способен качественно отличать одни образы от других.

Существует несколько методов распознавания образов: шаблонный (эталонный), структурный и признаковый. У каждого из методов есть характерные преимущества и недостатки. Применение этих методов на практике позволило нам совершенно свободно пользоваться такими программами, как FineReader. Так, что использование нейросетевых технологий имеет крайне прикладной характер.

Из сегодня в завтра

Как уже упоминалось, со времен Декарта существовал вопрос о соотношении ментального и физического. Сам Декарт предлагал определенное решение: Он считал, что нематериальные потоки взаимодействуют с определенной скрытой частью мозга, и далее распространяются по всем нервным клеткам. Но даже Декарт поднимал белый флаг, когда речь шла о непосредственном взаимодействии ментального и физического. Он был сторонником дуализма, но не смог внятно ответить на этот вопрос.

На протяжении тысячелетий вся передача информации от человека к человеку осуществлялась только по предложенной ниже схеме:

Рисунок 27.

Следствия, вытекающие из этой схемы, ставят перед учеными несколько вопросов:

  • Возможна ли декодировка человеческой мысли;
  • Возможно ли с помощью мысли управлять машинами и компьютерами;
  • Возможна ли передача информации непосредственно от сознания к сознанию, минуя органы чувств.

На первые два вопроса ученые отвечают утвердительно. Более того уже имеются опытные образцы. Ответ на третий вопрос пока не получен, но ведется множество исследований, чтобы, в конце концов, разрешить это.

На сегодняшний день реализовано достаточно много научных образцов, которые позволяют с помощью мысли управлять некоторыми механизмами. Некоторые из этих образцов можно даже купить. Множество из таких образцов работают по принципу электроэнцефалографа. Человеческий мозг генерирует несколько ритмов (a, b, γ) в рамках этой градации существуют свои градации меньшего порядка. Прибор присваивает каждому значению градации определенное дискретное значение, в результате чего возникает возможность осуществлять некоторые манипуляции. Но, нужно понимать, что возможности этого прибора резко ограничены. Во первых, лаг между желаемым действием и его осуществлением достаточно велик. Во вторых перечень возможных действий крайне невелик. В третьих — выполняемое действие управляется не непосредственной мыслью об этом действии, а генерируемым ритмом мозга (а это, все таки разные вещи). Как показывает практика, технологии, основанные на электроэнцефалографе интересны только в качестве концепта, но не более. Существуют специальные устройства, предназначенные для набора знаков без использования клавиатуры. Но, к сожалению, этот процесс очень медленный и в любом случае проигрывает обычному набору с клавиатуры.

Но, это лишь общедоступные технологии, которые были разработаны еще несколько десятков лет назад.

Современные нейротехнологии (которые не доступны для рядовых граждан) ушли гораздо дальше от этого. В последнее время, в медицине стремительно начали развиваться проекты, связанные с трансплантологией кибернетических конечностей. В 2011 году вышла игра под названием Deus Ex: Human Revolution, которая как раз поднимала проблемы неогуманизма. И к релизу этой игры было снято множество роликов о современных достижениях био-механники. Они ясно говорят о том, что уже несколько лет существуют вполне эффективные нейропротезы рук и ног. Технологии не стоят на месте, они постоянно развиваются. Что было недоступно сегодня, будет доступно завтра. С помощью кибернетических рук вполне можно выполнять достаточно сложные манипуляции (хватать от крупных до мелких предметов, вращать кисть, набирать текст на клавиатуре). С помощью кибернетических ног можно вполне успешно бегать, подниматься и спускаться по лестницам, приседать. Био-механника ставит перед нами новые горизонты человеческих возможностей. Безусловно, современные импланты уступают человеческим конечностям в функциональности. Но это только пока. Современная техника развивается по экспоненте и, пока я пишу это предложение, технологии продвинулись еще на один шаг.

Компания Cyberkinetics достаточно давно занимается проблемами управления механизмов с помощью мысли. Их разработки помогают людям с ограниченными возможностями управлять различными роботическими механизмами силой мысли. Здесь используется технология отличная от электроэнцефалограммы. Происходит декодировка сигналов от отдельных нейронов мозга о намерениях действий. Таким образом, даже парализованный человек может управлять роботом силой своей мысли. Это не есть фантастика. Вышеприведенная компания уже выпустила на рынок некоторые модели таких устройств.

Оборонное агентство США DARPA, последние несколько лет, усиленно занимается исследованиями в области нейрофизиологии и возможностей применения возможностей человеческого мозга.

От моделей поведения к искусственному

Адаптивное поведение — один из столпов на котором держится эволюция живых организмов. Естественно, что проблема адаптивного поведения заинтересовала и ученых, занимающихся в области нейросетевого моделирования. Многие исследователи считают, что моделирование адаптивного поведения это верный путь к созданию пресловутой «Искусственной жизни». Первая конференция по «Искусственной жизни» состоялась в 1987 году в Лос-Аламосе. Как сказал руководитель этой конференции К. Ленгтон, «Основное предположение искусственной жизни состоит в том, что,, логическая форма,, организма может быть отделена от его материальной основы. Основной задачей исследователей в этой области является попытка понять и смоделировать формальные принципы организации биологической жизни. У этого подхода есть свои критики. Но для того, чтобы сказать о критике этого направления необходимо изначально рассказать о его основных чертах.

Основной подход направления «Адаптивное поведение» — конструирование и исследование искусственных «организмов». Такие организмы называются «аниматами».

Программа минимум направления «адаптивное поведение» — исследовать те механизмы, которые помогают животным адаптироваться к окружающей среде.

Программа максимум этого направления — попытаться проанализировать эволюцию когнитивных способностей животных.

Ко второй поставленной проблеме мы перейдем в завершении этой главы. А пока давайте укажем основные формализованные механизмы, которые положены в основания моделей «Искусственной жизни» — моделей аниматов.

В теории «Адаптивного поведения» применяется чисто феноменологический подход — который утверждает существование некоторых формальных правил, которые могут быть вынесены из специфического субстрата, который является субъектом их инициации, и рассмотрены отдельно. Если говорить о механизмах адаптации нейронных сетей, то многие из них представлены в главе персептроны. Каждый отдельные персептрон имеет некоторую заданную функцию резальатта и пытается максимально приблизить к ней свои интерпретационные возможности. метод селективной адаптации (основанный на нашем понимании эволюционного процесса) заключается в скрещивании различных геномов искусственных особей. Каждая из особей имеет свой геном, которые представлен матрицей ее синаптических весов wij. Эти матрицы «разрезаются» в различных местах и скрещиваются. Об этом я уже писал. Но эти методы адаптивного поведения далеко не все, что существует в реальности.

Обучение с подкреплением

Р. Саттон и Э. Барто. Предполагается, что время является дискретным (а каким еще?). Из среды на вход анимата поступает некоторая ситуация S(t). Ситуация представлена в виде некоторых бинарных символов (1, 0, 0, 1…) — аналогично входному вектору X для персептрона. Попадая в эту ситуацию, анимат выполняет некоторое действие a(t) и получает подкрепление r(t). Подкрепление может быть отрицательным — если оператор хочет наказать анимат или положительным, если оператор хочет поощрить анимат. Выполняя определенное действие анимат попадает в следующую ситуацию S(t+1). Цель анимата — максимизировать общую сумму подкреплений.

U(t)=\sum_{k=0}^{\infty}{y^{k}r(t+k)}

Где U(t) — оценка суммарной награды, которая будет получена за k периодов; Y — коэффициент забывания (0<y<1) — чем дальше заглядывает анимат тем менее точным может быть его предсказание;

В процессе обучения у анимата формируется определенная стратегия поведения. Которая определяет выбор действия в той или иной ситуации.

Дальнейшие выкладки основаны на динамическом программировании и теории марковских процессов.

Марковским случайным процессом называется такой, вероятность нахождения в определенном состоянии которого в будущем зависит от текущего состояния и не зависит от того, как он достиг этого текущего состояния. В формальном виде это выглядит как:

Pr\{g(t_{n+1})=E_{n+1}|g(t_0)=E_0, g(t_1)=E_1,\dots, g(t_n)=E_n\}=Pr\{g(t_{n+1})=E_{n+1}|g(t_n)=E_n\},

Таким образом, будущее такого процесса строго зависит от его настоящего. Такое свойство называется свойством отсутствия последействия.

Существуют марковские процессы с непрерывным и дискретным временем. В данной главе нас интересуют марковские процессы с дискретным временем. Следовательно, мы будем рассматривать только их.

В марковских случайных процессах для описания перехода из одного состояния в другое используются вероятности.

p_{ij}(t_k)=Pr\{g(t_{k+1})=Ej|g(t_k)=E_i\}, i,j=0,n.

Эта формула характеризует вероятность перехода из i-ого состояния в j-ое состояние, из Ei в Ej соответственно. Вероятность этого перехода во времени (tk+1) в состояние Ej, зависит от того, что до этого он находится в состоянии Ei.

Вероятность того, что через m шагов во времени из состояния Ei произойдет переход в состояние Ej вычисляется по формуле:

p_{ij}^{(m)}=\sum_{k=0}^{n}{P_{ij}^{(m-1)}P_{ij}}, m=2, 3, …

Следовательно, чтобы из состоянии Ei был, через m шагов во времени, произошел переход в состояние Ej необходимо сначала дойти до состояния Ek через (m-1) шагов. Это заложено в изначальном определении марковских процессов (свойство отсутствия последействия).

На этом знакомство с марковскими процессами можно закончить и перейти непосредственно к механизму обучения с подкреплением.

Если множество возможных ситуаций {Si} и множество возможных действий {ai} являются конечными, то возможно использовать метод обучения SARSA, который завязан на распутывании клубка взаимоследующих событий. S(t)→a(t)→S(t+1)→a(t+1)… и так далее. При использовании этого метода итеративно (посредством n числа процедур обучения) формируются величины суммарной награды Q(S(t), a(t)), которую получит анимат, если в ситуации S(t) он выполняет действие a(t). Математическое ожидание награды равно:

Q(S(t),a(t))=E\{r(t)+yr(t+1)+y^2r(t+2)+\dots\}|S=S(t),a=a(t)

Из этого выражения и выражения, которое было приведено в начале главы, вытекает нижеследующее:

Q(S(t),a(t))=E[r(t)+yQ(S(t+1),a(t+1))]

Отклонение оценки можно определить как:

\delta(t)=r(t)+yQ(S(t+1),a(t+1))-Q(S(t),a(t))

Где δ(t) — ошибка временной разности

Здесь δ(t) — разность между оценкой суммарной величины награды, которая формируется у анимата для момента времени t после выбора действия a(t+1) в следующей ситуации S(t+1) в момент времени t+1, и предыдущей оценкой этой же величины, которая была у анимата в момент времени t. Предыдущая и новая оценки равны Q(S(t),a(t)) и r(t)+yQ(S(t+1),a(t+1)) соответственно.

Каждое t — происходит как выбор действия, так и обучение анимата.

В момент времени t с вероятностью 1-ɛ выбирается действие с максимальным значением Q(S(t),aj): a(t) =argmax_j{Q(S(t),aj)};

С вероятностью ɛ выбирается произвольное действие, 0<\epsilon\ll1.

Такая схема называется схемой «ɛ жадного правила».

Обучение т.е. переоценка величины Q(S, a) происходит в соответствии с оценкой ошибки δ(t) — к величине Q(S(t), a(t)) добавляется величина, пропорциональная ошибке временной разности δ(t).

\Delta Q(S(t),a(t))=a\delta (t)=a[r(t)+yQ(S(t+1),a(t+1))-Q(S(t),a(t))]

Где a — параметр скорости обучения.

Метод оптимизации принятия решений основывается на методах динамического программирования и некоторых следствий теории марковских случайных процессов. Этот метод достаточно прост, но при этом крайне эффективен. В реальности нам редко известен правильный результат деятельности. Мы лишь взаимодействуем с окружающей средой и получаем от нее либо положительные либо отрицательные подкрепления различной степени важности. Этот метод основан именно на этом. Давайте продемонстрируем работу анимата на простом примере. Среда сообщает агенту, что он находится в состоянии S1 и есть шесть возможных действий (ai) i [1;6]. Анимат выбирает действие 2 (a2) и получает некоторое подкрепление 2 единицы. После этого действия анимат попадает в ситуацию S2 у него допустим 4 возможных действия. Это основы обучения с подкреплением. Так как целью этой работы не является их полное рассмотрение, то ограничимся этим.

От кванта к сознанию

Если уж мы заговорили о квантовом мире, то стоит объясниться. Раз уж нам мировая философия навязывает противостояние материализма и идеализма. Попробую сказать о том, как я вижу эту проблему в контексте квантового мира. Если рассматривать и сознание, и материю, как объективно существующее, то материя — это то, что есть, то, что мы определенным образом можем воспринять. Она жестко детерминирована — здесь и сейчас. Ее суть для нас, как субъекта восприятия — это макрообраз. Но при этом микромир материи — это совершенно другое бытие. Он практически полностью состоит из пустоты возможной материальной потенции (физический вакуум). Атомы имеют некую орбитальную структуру (хотя это и абстракция). В центре положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются по орбитам отрицательные электроны и т.д.(планетарная модель атома Н. Бора). Но это микромир, и нам данная изнанка представляется лишь в процессе редукции (отображении на прибор) частицы, которая обладает определенного рода дуализмом. Ну и что? Стул — есть стул. И сколько мы бы не говорили — что он практически полностью состоит из пустоты — он никуда не пропадет. Он такой, какой он есть. Ну, или, если угодно, такой, каким он дан нам. Но сознание — это иное. Если рассматривать сознание не как целостную структуру, а как феномен здесь и сейчас — то основа сознания — это мысль. Т.о. наше сознание объективно существует здесь и сейчас, как мысль, как некое dinf/dt. Еще Гегель говорил, что основой является мысль, которая есть мгновение пути от субъекта к объекту. Ничего не напоминает? Получается, что сознание объективно существует как микро часть макроструктуры, в отличие от материи, которая существует, как макроструктура, хранящая «неведомый» микромир. Т.о. аналогии сознания можно проводить именно с микромиром материи (если аналогии в принципе уместны). При этом если материя как макро — это открытая система, то сознание как макро — как целостность, как мэон, как мир идей, обладающий всеми возможными потенциями закрытая система. Так как в ней содержатся все возможные потенции.

Мэон

3-яя концепция и, на мой взгляд, наиболее интересная рассматривает сознание в ракурсе фундаментальных наук, а конкретно фундаментальной физики. Она говорит о некотором информационном метапространстве, референтом, которого является физический вакуум. Это метапространство принято, вслед за Платоном, называть «Мэон». Согласно этой концепции — существует некоторый энтропийный вакуум, с которым связана вся материя, и как апогей этой материи человек (свойство консиенции). Что представляет собой энтропия? Шредингер говорил, что энтропия с положительным знаком — это мера хаоса, а энтропия с отрицательным знаком — это мера упорядоченности. Дак вот этот антиэнтропийный вакуум представляет собой некую безграничную упорядоченность, с которой субъект связывается и получает некоторые смыслы. Содержательность такой концепции отмечали многие физики-теоретики Э. Шредингер, В. Гейзенберг, Д. Бом. Теперь давайте разберемся, что есть что. Физический вакуум — это низшее энергетическое состояние квантовых полей, характеризующееся отсутствием каких либо реальных материальных частиц. Т.о. если в вакууме мы начнем измерять импульс и потенциал частицы, то получим 0. Но это не значит, что вакуум есть абсолютная пустота. В нем постоянно рождаются и гибнут частицы. Можно сказать, что физический вакуум постоянно находится в состоянии кипения. Такой вывод обусловлен второй интерпретацией уравнения соотношения неопределенностей Гейзенберга (\Delta E\Delta t=\frac{h}{2\pi}) . Но время жизни этих частиц настолько мало (10-22 с.) что они не успевают вступить во взаимодействие с реальными частицами. При этом свойства вакуума до конца не изучены и он все еще представляет для физики одну из нерешенных загадок. Существует гипотеза о наличии таких частиц, которые связывают семантический потенциал мэона с физическими процессами, происходящими в мозгу человека. Так ученые пытаются преодолеть дилемму Декарта о связи ментального и физического. Но пока, что эти частицы не удалось обнаружить.

При этом, согласно гипотезе, стрела времени для энтропийного вакуума отсутствует. Для него прошлое, будущее и настоящее, существуют синхронно. При этом передача информации может осуществляться мгновенно (или на много быстрее скорости света). Много раз упомянутый А. Эйнштейн был ярым противником этой концепции. Он предлагал мысленный эксперимент. Поместите одну субатомную частицу на один край вселенной, а другую на другой. После этого осуществите воздействие на одну из них. Неужели тогда другая частица, на противоположном краю вселенной, будет знать, что на первую воздействовали? Это абсурд!

Но все идет к тому, что квантовые телепортации возможны. В 1997 году это явление наблюдалось независимыми группами экспериментаторов под руководством А. Цайлингера в Вене и Ф. Де Мартини в Риме. Само понятие антиэнтропии ввел Н. И. Кобозев. Он рассматривал антиэнтропию, как преодоление второго начала термодинамики в сознании человека. Кто не помнит, второе начало термодинамики говорит о том, что система неуклонно стремится к хаосу (неупорядоченности). Частицы, которые связывают нас с этим мэоном, чаще всего, именуются битонами. Это виртуальные частицы со спином 1/2 . Квантовый вакуум обладает крайне интересными свойствами. Можно подумать, что вакуум никаким образом не влияет на существующие частицы, но это не так (эффект Лэмба-Ризерфорда). Суть этого эффекта, что существуют небольшие различия энергий электрона в атоме водорода и водородоподобных атомах для некоторых состояний, в которых, согласно уравнению Дирака, энергии должны совпадать; в квантовой электродинамике объясняется тем, что влияние на электрон порождаемого им поля зависит от состояния электрона. Реальные частицы постоянно окружены облаком виртуальных частиц, их влияние ослабляет связь электрона с ядром, меняя его массу. Тема самым он начинает как бы «дрожать» на орбите. Экспериментально установлен У. Ю. Лэмбом и Р. Резерфордом в 1947 г. для некоторых состояний водорода. Очевидно, что схожим свойством обладают битоны. Феномен энтропийного вакуума можно сопоставить с квантовыми флуктуациями отрицательной энергии мэона. Т.е. область всех возможных порядков можно сопоставить с изнанкой возмущений частиц. Я говорю с изнанкой, потому что имеется в виду отрицательная энергия. Для этого запишем соотношение неопределенностей Гейзенберга

\Delta E \cdot \Delta t \geq \frac{h}{2\pi }

\Delta p \cdot \Delta x \geq \frac{h}{2\pi }

где E — энергия; t — время; p — импульс; x –координата.

\Delta E> 0; \Delta t>0

Здесь чувствую, требуется пояснение. Вряд ли все знают, что такое соотношение неопределенностей Гейзенберга. В квантовой физике невозможно одновременно измерить и координату, и импульс частицы. Для того, чтобы вычислить координату частицы ее необходимо осветить. Но чем сильнее мы «освещаем» частицу, тем сильнее поток фотонов изменяет ее импульс, следовательно, отклонение по измерению импульса частицы будет увеличиваться. И наоборот — если мы не будем «освещать» частицу, то точно узнаем значение ее импульса, но не узнаем значение ее координаты.

Когда человек рождается его сознание представляет собой чистую линию. В процессе жизнедеятельности он приобретает некую иерархию смыслов. Аддитивность иерархического информационного ряда служит предпосылкой экспоненциального роста интеллекта. При этом молекулы мозга, до взаимодействия с мэоном находятся в состоянии сомнамбул. Получая сигнал (аналогия с радиоприемником) молекулы далекие от равновесного состояния приобретают некоторое когерентное состояние — действуют как сплоченный коллектив. Сродни парамагнетикам. При намагничивании парамагнетиков атомные магнитные моменты выстраиваются по направлению поля (в отсутствие поля они дезориентированы тепловым движением). При этом можно заметить, что парамагнитные среды обладают важным свойством — эффектом усиления слабых сигналов при сохранении предельно низкого уровня собственного шума. Это может оказаться крайне существенным при информационном взаимодействии мозга с мэоном.

Тем не менее, я считаю, что той информации о вакууме, которая была изложена выше, преступно мало. К тому же феномен вакуума крайне мало изучен. Совершенно недавно стали появляться серьезные труды по разработке этой проблемы. Давайте проанализируем, что есть обычный вакуум, а затем уже перейдем к энтропийному вакууму.

Под вакуумом понимается низшее энергетическое состояние квантового поля. Энергия вакуума не является нулевым значением (E=hw/2). Все фундаментальные константы, присущие элементарным частицам — это есть мера их взаимодействия с вакуумом. К тому же вакуум не является единым. Макровакум — это наиболее распространенное понятие. Это вакуум, который заполняет межпланетное пространство. Но существует еще множество вакуумов. Вакуум, который находится между атомами — это одно, вакуум, который находится между нуклонами и внутри них — это другое. Для бозонов (частиц с нулевым или целым спином) существует свой — бозонный вакуум. Единой теории вакуума я не знаю. Скорее всего, исследования вакуума и создание его общей теории приближают ученых к созданию «теории всего».

Потоки энтропии можно представить уравнением производной функции энтропии по времени.

\frac{dS}{dt}=f(H,h)

Где H — потоки энтропии, проходящие через мозг; h — потоки энтропии, возникшие при работы мозга.

Как термодинамическая система мозг устойчив (о поддержании его гомеостаза мы говорили в главе «нейрофизиология»), но не устойчив как информационная система. Так как поток антиэнтропии (упорядоченности) характеризуется отрицательными флуктуациями времени, он противодействует росту энтропии, которая появляется при взаимодействии с материальными объектами.

При этом концепцию единого информационного поля и взаимодействия человека с ним можно верифицировать. Есть как минимум несколько фактов подтверждающих эту концепцию. Во первых это феномен интуиции, которая есть некий невидимый аттрактор, который ведет человека. А. Эйнштейн говорил, что рациональных путей решения сложных, заранее не алгоритмизированных задач не существует. Крайне важна роль интуиции. Она будто прорывается через ограниченность нашего опыта. Также одним из фактов может быть явление СЧВ. Было проведено множество опытов по психокинетическому воздействию на электронные и механические системы. Доказано, что человек в состоянии мысленным усилием управлять случайными физическими процессами. Существует еще один эксперимент. По всему миру расставили ГСЧ (генераторы случайных чисел) и фиксировали их поведение. В периоды глобальных катастроф, терактов или других архизначимых мировых происшествий ГСЧ вели себя по другому, нежели обычно. Пусть этот эксперимент и не является объективным, но он как минимум дает повод задуматься.

Согласно формулировке Р. Уилсона первый принцип квантовой психофизики «заключается в признании того факта, что изучение и материи и сознания заставляет нас подвергнуть сомнению привычные представления о реальности».

Теперь давайте продолжим рассказ о генезисе живого, только в контексте концепции мэона. Биология зиждется на двух принципах: это принцип естественного отбора (предложенный Ч. Дарвиным) и принцип наследования (ковариантной репликации). При этом общая теория биологии до сих пор отсутствует. Для теории необходим третий элемент. По мнению Тимофеева-Ресовского, необходим третий принцип, решающий проблему прогрессивного развития. Развитие в результате эволюции столь сложных структур, как многоклеточные существа до сих пор носит неоднозначные трактовки. Так как ученые до сих пор не могут сказать — кто более прогрессивен — человек или чумная бактерия. Мы возвращаемся к вопросу, который был поставлен ранее: зачем природе было рождать столь сложные организмы? И теперь уже можно поговорить о предустановленной гармонии. Каждый тип развития живого проходит через точки бифуркации (разветвления) где самый незначительный фактор может сыграть ключевую роль. Сложно представить — через сколько точек бифуркации прошла неживая материя, чтобы стать человеком. Возникает предположение, что этот долгий путь был пройден без наличия предустановленного результата. В качестве фактора довлеющего на эволюционное развитие может явиться «семантическое давление мэона». Принцип семантического давления согласуется с принципом «минимума диссипации энергии», предложенным Л. Онасгером. Из этого принципа следует, что эволюция идет по пути уменьшения потери энергии, т.е. путем снижения прироста энтропии. В процессе эволюции живого при создании необходимых условий происходит синтез молекул ДНК (носителей генетической информации). Этот процесс, как и все, что происходит с материальными объектами (по крайней мере не в критических условиях) подчиняется второму началу термодинамики.

\frac{dS}{dt}=f(Sn,Si)

Где Sn — это поток энтропии через систему; Si — производство энтропии в системе.

Для нас важно будет значение Si. Как было сказано ранее, в процессе эволюции прирост энтропии уменьшается. Т.е. для каждой последующей ступени иерархии живого значение прироста si будет меньше. Следовательно, количество информации, требуемое для переходя к все более сложным формам живого, пропорционально уменьшается. Известно, что ДНК шимпанзе и ДНК человека отличаются лишь каждым тысячным нуклеотидом. При этом на каждой новой ступени у эволюции все меньше времени на закрепление полезных признаков особи. Тем самым между уменьшением прироста энтропии и уменьшением времени закрепления полезного признака существует некоторая пропорциональность. Но принцип «минимума диссипации энергии» для эволюции не является необходимым. Это просто так. Но, это не есть неизбежный процесс. Повторюсь — эволюция идет прогрессивным путем не сама по себе. Скорее всего, ее что то ведет. Как предполагал еще Платон — эволюция есть реализация изначально предшествующей идеи осуществления программы божественного творения. Возможно, эволюция ведомая мэоном идет по пути замыкания круга. Она замыкается на человеке, который способен воспринимать сигналы мэона.

В результате эволюционная триада может выглядеть так: «мутации + семантическое давление + отбор».

А.В. Вернадский выдвинул принцип цефализации: эволюция нервной системы направлена на усовершенствование ЦНС». Этот принцип согласуется с принципом Онсагера. Тогда у нас есть основания утверждать, что человек не является конечной ступенью эволюции. Как было сказано, для каждого последующего скачка эволюции требуется все меньше времени. Для природы ничего не стоит создать ступень развития выше человека. Но тогда в угоду сильной интеллектуальной развитости он рискует утратить связь с окружающим материальным миром.

Таким образом, мэон довлел на эволюционный процесс, давая ему развиваться по предустановленным законам по заданной траектории, чтобы в результате появился человек разумный. Этот человек разумный смог замкнуть эволюционный круг на свой разум.

Для меня было крайне удивительно, что нейрофизиологи и физики, рассматривают сознание под совершенно иными ракурсами. При этом два этих ракурса практически никак не связаны. Нейрофизиологи говорят нам об одном, ученые занимающиеся изучением фундаментальной физики о другом. Нет причин усомниться в их компетентности и осведомленности в тех вопросах, которые они изучают на протяжении многих лет. Все эти люди являются большими авторитетами в своих областях. Нейрофизиологи говорят нам о процессе сознания, как неком результате когерентного действия нервных клеток (нейронов). Физики говорят нам о связи сознания с неким метаинформационным пространством, которое не только связанно с сознанием, но и довлеет на эволюционные процессы, направляя их по заданному пути. Но это еще не значит, что одна из этих теорий является ложной. Возможно, нейрофизиологи и физики говорят о разных состояниях сознания. Когда сознание может быть целиком описано процессами, которые происходят в нашем мозгу, мы говорим о ситуациях не выходящих за рамки полученного опыта (стандартных ситуациях). Когда мы говорим о связи сознания с мэоном, мы подразумеваем предельные ситуации сознания. Когда результаты его функционирования выходят за рамки полученного опыта. И здесь именно речь идет о вдохновении, озарении, интуиции и пр. Когда сознание вырывается за рамки имеющегося опыта, очевидно, что оно ищет нечто большее, и находит это в замыкании на антиэнтропию мэона. Иначе нет никаких объяснений получению нового знания. Но, как выразился С. Курдюмов «Не всем доступны эти состояния, большинство жителей земли пребывает в квазистационарном состоянии». У того же Курдюмова описаны некоторые HS и LS режимы. HS режим — это тление сознания в прошлом. LS режим — это горение сознания и направленность его в будущее. Суть современной науки — это сведение всех законов к единому знаменателю. Следовательно, и в науке о сознании все должно сводиться к одному началу. Существует достаточно большое количество литературы, которая утверждает нам, что существует более тонкий, нежели материальный мир (волнововихревой). Многие считают его миром торсионных полей. Причем ученые приводят достаточно много результатов экспериментов, которые подтверждают это. Иногда в своих рассуждениях ярые сторонники этого подхода повествуют нам, чуть ли не о магических вещах. С другой стороны, возможно наше невежество не позволяет нам адекватно воспринимать то, что мы видим. Шелдрейк Руперт говорит об этом:

«Наука в наши дни сделалась очень консервативной. Она развивается в рамках уже сложившейся системы взглядов, из-за чего многие основополагающие проблемы игнорируются, объявляются «запретными» или попросту ненаучными. Наука обходит так называемые аномальные вопросы, не вписывающиеся в привычные схемы. К примеру, навигационные способности животных, которые ежегодно мигрируют, как бабочки данаиды, или всегда находят путь к дому, как почтовые голуби, до сих пор остаются загадкой. Современная наука так и не смогла найти им объяснения, и, скорее всего, не сможет никогда. Считается, что исследования в такой области имеют меньшую научную ценность, чем, к примеру, задачи молекулярной биологии, и лишь немногие ученые пытаются этим заниматься. А ведь относительно несложные исследования, посвященные способности животных находить дорогу к дому, могли бы изменить наше понимание природы животных и в то же время привести к открытию сил, полей или видов воздействия, до сих пор не известных физикам. Прочитав книгу, вы сможете убедиться, что расходы на такие исследования весьма незначительны и их могли бы проводить многие люди, не являющиеся учеными по профессии. Нельзя не признать, что голубей лучше всех знают именно те, кто ими увлекается, а таких любителей в мире более пяти миллионов.»

В его книге «Семь экспериментов которые изменят мир» он говорит о поразительных вещах, которые не попадают под рассмотрение современной науки. Например там говорится о существовании некоего коллективного разума, который по уровню выше чем деятельность генотипа популяции. Я не буду приводить эти эксперименты (кто хочет пусть сам прочитает эту книгу). Только скажу, что это наводит на мысль о действительном существовании надматериального тонкого мира. Модель мэона — это лишь попытка дать научное обоснование доселе неведомому.

Квантовое сознание Пенроуза

В заключении перейдем к самому главному. Если в науке и существуют звезды, то Р. Пенроуза можно по праву считать таковым. Он один из немногих, кто пытается взглянуть на сознание наиболее обще. Если бы я обладал достаточными научными знаниями и желанием написать книгу, то я написал бы, что то похожее на «Тени разума. В поисках науки о сознании» Пенроуза. Это еще более фундаментальный труд, чем его же «Новый ум короля».

Что мы подразумеваем, когда говорим — квантовое сознание? Очевидно, что мы проводим аналогию между сознанием и процессами, происходящими в квантовом мире. Эта точка зрения стала крайне распространена среди физиков. Но здесь важно не проводить локальные аналогии между сознанием и квантовым миром, а важно выработать теорию, которая смогла бы все объяснить. У нас есть достаточно правдоподобная модель мира. Мы выработали множество законов, которые как нам представляется, управляют основополагающими процессами, мы проникли внутрь вещей. Но без внесения в научную картину теории сознания она никоим образом не может являться полной.

Можно ли вычислительными средствами получить аналог сознания? У Р. Пенроуза есть основания утверждать, что нет. Он приводит прекрасный пример: пусть у нас на бильярдном столе находятся 5 шаров, нам нужно чтобы последний из них попал в лузу. Ударить мы можем только по первому шару. Как бы мы не пытались смоделировать этот процесс, реальный результат соударения шаров будет отличаться от компьютерной модели. Почему? Потому, что на результаты соударения влияют множество факторов. Модель будет представлять лишь один из возможных вариантов. И здесь можно вспомнить — чему учит нас синергетика. Когда некоторая система проходит точки бифуркации на ее состояние могут повлиять самые незначительные факторы. Грубо говоря, результат соударения может быть другим, если в зале кто то чихнет, или кий будет натерт мелом по другому. Безусловно, это очень грубый пример. Наш мозг гораздо сложнее. В нем происходит когерентное функционирование многих миллионов нервных клеток. И даже если вычислительной мощности хватит для такого моделирования, оно будет лишь формальным. Так как формально можно смоделировать все что угодно, но эта модель — не есть моделируемый процесс. Так как на любой процесс действует множество факторов. Особенно если этот процесс сложный. Невозможность математического исчисления характерных для сознания процессов может быть связана с объективным коллапсом волновых функций макроскопических переменных. Вывод — наше мышление можно смоделировать, но лишь формально.

Следовательно, стоит предположить, что кибернетическая теория сознания не может стать общей теорией сознания.

Для создания общей теории необходимо перекинуть мост между квантовой физикой и нейрофизиологией. Очевидно, что между квантовыми процессами и высшей нервной деятельностью существует каузальная связь. Квантовые процессы — есть процессы микромира. Физико-химические процессы — есть процессы макромира. Когда мы говорим о материи, то связь микромира и макромира очевидна. Число электронов протонов и нейронов целиком определяют свойства вещества. Нам известно, что атом водорода состоит из ядра и одного электрона. И это определяет его фундаментальные свойства. Химические реакции могут быть описаны на микроуровне. Мы, по крайней мере, можем формализовать эти свойства в каких либо величинах. С сознанием все сложнее. Даже если мы примем концепцию квантового сознания, что в квантовом мире считать референтом эмоций, желаний и так далее. Постоянно возникает вопрос о связи макро и микро. Где, чья роль? И здесь я говорю не о процессе взаимодействия (концепция квантового сознания как раз преодолевает извечную дуалистическую проблему связи физического и ментального), а о функциональной нагрузке. Я не думаю, что мозгу постоянно необходимо обращаться к квантовым процессам. Несмотря на уникальность подхода к рассмотрению сознания через призму фундаментальной физики — этот подход крайне противоречив.

Почему в принципе ученым в голову пришла мысль о рассмотрении сознания в квантовом ключе? Поскольку все сущее — есть квантовые процессы, есть резон задать вопрос о прояснении феномена сознания рассмотрением его в рамках квантовой теории.

Рисунок 28.

Давайте, наконец, расскажем о гипотезе Р. Пенроуза. Пенроуз является платоником. Его теория состоит из трех звеньев, которые образуют замкнутый круг. 1 звено — материальный мир; 2 звено — мир сознания; 3 звено — это мир математических истин (мир идей по Платону). Материальный мир рождает мир сознания, мир сознания рождает мир математических истин, а он, в свою очередь, определяет весь мир физического. Таким образом, круг замыкается. Вам что-то это напоминает? Конечно, это напоминает систему Гегеля, которая зиждется на триадичности, на проистекании одной противоположности из другой. Платон также провозглашал триадичность. Именно потому, хотя и не только, Пенроуза называют платоником. За основу своей теории он берет следствие теоремы Геделя (о неполноте достаточно богатых формальных систем). Я думаю, что без разъяснения сути теоремы и ее следствий дальнейшее повествование будет затруднительным.

Не скажу, что я сам понимаю как доказывалась эта теорема, но ее смысл я осознаю достаточно для его изложения.

Теорема Геделя: У нас имеется некая математическая формальная система, в этой системе всегда существует такое положение, которое не может быть доказана с помощью элементов этой системы. Для такого доказательства систему необходимо дополнить. Но в дополненной системе также найдется недоказуемое в ее рамках положение. Для доказательства ее надо дополнить… И так до бесконечности. Пенроуз предлагает следующий вывод из этой теоремы: «Нельзя создать такую формальную систему логически обоснованных математических правил доказательства, которой было бы достаточно, хотя бы в принципе, для доказательства всех истинных теорем элементарной арифметики. Пенроуз трактует суть теоремы как нечто большее, чем просто математическое построение. Он видит там глубинный философский смысл — о невозможности сведения человеческого понимания вещей к набору вычислительных правил. Иными словами — невозможно создать такую систему правил для доказательства, так называемых, априорных математических истин, которые доступны человеку. Далее Пенроуз обсуждает вычислительные возможности универсальной машины Тюринга. Пенроуз утверждает о принципиальной невычислимости процессов сознания.

Как раз, для мира математических истин и подходит вышеизложенная концепция мэона. К слову сказать, эта гипотеза изначально опирается на воззрения самого Платона. Теперь вы понимаете, какую архироль играет триадичность не только в философии, но отчасти и в науке.

Пенроуз считает, что все науки должны брать за свою основу физику. Физика говорит нам о фундаментальных процессах, следовательно из этих процессов должно проистекать все остальное. Тем самым Пенроуз ставит физику во главу всех наук. Он считает, что биологические законы в своей основе должны иметь суть физические. Математические истины он видит как абсолютные (предшествующие физике). И в этом есть логика. В науке давно бытует мнение: «То, что открывают физики, математикам уже известно». Считается, что математика — это теория будущих миров. У математики действительно существенно меньше границ, чем у физики. Для математических теорий достаточна внутренняя непротиворечивость, содержательность и логичность. Для физики важна еще и верифицируемость. Точнее так — гипотеза может быть гипотезой, но конечная теория должна каким, то образом быть связана с реальностью. В математике можно спокойно вывести корень из (-1), который равняется i. В физике — это должно как то соотноситься с объектами материального мира. Математика работает с абстракциями. Для нее не важно — сколько в действительности существует пространств, она может оперировать любым их числом. Сейчас предполагается, что вселенная может иметь всего 10 измерений. Размер дополнительных свернутых измерений сравним с планковской длиной, т.е. такой, как и у струн. Дополнительные измерения должны быть свернуты так, чтобы им удовлетворял один конкретный класс шестимерных геометрических объектов. Они носят название пространств Калаби-Яу. Эти пространства были известны в математике еще задолго до того, как физики задумались о том, что измерений на самом деле больше четырех. Здесь воззрения Пенроуза стоит сравнить с трудами Пифагора, который говорил: «Бог был математиком».

Так как и в классической науке не все рассматриваемые термины являются категориально однозначными, Пенроуз считает возможным соотнесение концепции «сознания» с другими физическими концепциями.

Раз он утверждает о возможности соотнесения «сознания» с традиционными физическими концепциями, то за прототип такой концепции он берет квантовую механику.

Пенроуз против классического рассмотрения сознания, как макроработы мозга. Он считает, что в процессах сознания важную роль могут иметь квантовые эффекты. Вслед за Д.Эклизом пенроуз указывает на возможную важную роль квантовых эффектов при синаптической передаче сигналов. Так как светочувствительные клетки способны воспринимать свет даже в несколько фотонов (а при определенных условиях и одного фотона) то в самом мозге могут содержаться нейроны, являющиеся квантовыми «детекторами».

Поскольку квантовые эффекты действительно могут инициировать в мозге процессы гораздо более крупного, нежели сами, «масштаба», отдельные исследователи выразили надежду, что способность разума воздействовать на физический мозг может быть обусловлена квантовой неопределенностью.

Далее, как развитие этой идеи Пенроуз рассматривает такое понятие, как когерентность, а конкретно квантовокогерентный эффект. Почему? Он считает, что квантовые процессы могут играть значимую роль в функционировании такой системы как мозг. Но тем не менее на уровне единичной элементарной частицы вероятностного трактования ее поведения (согласно современной квантовой механике) не существует. Когда происходит редукция элементарной частицы прибором, то этот процесс строго детерминирован. Вероятностная природа может возникнуть лишь в более крупных масштабах. Следовательно, необходимо искать те процессы, которые связывают квантовый мир и макро мир. Одним из таких процессов может являться квантовая когерентность. Это самосогласованное поведение элементарных частиц, которое влияет на макроуровень. Когда мы говорим о квантовой когерентности, мы подразумеваем колебательную природу волновой функции. А когерентность представляет собой единое квантовое состояние. Такие состояния чаще всего встречаются при явлениях сверхпроводимости. Сверхпроводимость подразумевает, что сопротивление проводника равняется нулю. Но, с другой стороны, сверхпроводимость — это явление возникающие при крайне низких температурах. При повышении температуры частицы приобретают энергию, дающую им возможность выпрыгнуть из «запретной энергетической зоны», и эффект сверхпроводимости прекращается. Но, так как наш мозг обладает достаточно высокой температурой, то явление квантовой когерентности в нем находилось под сомнением. Тем не менее, на сегодняшний день открыта сверхпроводимость при температуре всего лишь -23C. И есть резон полагать, что это не предел. некоторым удивлением), Герберт Фрёлих в 1968 году [129] пришел к выводу, что биологическая квантовая когерентность должна вызывать в живых клетках колебательные эффекты, peзонирующие с микроволновым электромагнитным излучением на частоте 1011 гц. Эти эффекты не требуют низких температур. Как же проявляет себя механизм квантовой когерентности? Как было сказано в главе нейрофизиология, наш мозг состоит из огромного числа нейронов, имеющих один аксон, заканчивающийся множеством синапсов. При этом существуют различные синапсы. Некоторые являются тормозящими (при передаче сигнала уменьшают значение возбуждения принимающего нейрона) некоторые являются возбуждающими (соответственно увеличивают возбуждающее значение принимающего нейрона). При этом, в процессе обучения, их значения постоянно изменяются (подобный механизм, в формализованном виде мы рассматривали в главе персептроны). Но, если в нейросетях этот процесс происходит, как оптимизация функции отклонения вектора результатов от требуемого вектора, которая зависит от тех самых синаптических весов, методом градиентного (наискорейшего) спуска или методом сопряженных градиентов, то в реальности все не так. Что задает установку реальному распределению синаптических связей. Как мы уже и говорили, реальные процессы в мозге не поддаются формализации какой либо вычислительной процедурой. Пенроуз пишет: «Следовательно, нужно искать какой-то другой управляющий «механизм» по крайней мере, для объяснения синаптических изменений, возможно, имеющих некоторое отношение к настоящей сознательной деятельности мозга». Чтобы избавиться от попыток вычисления этого механизма, необходимо найти другой механизм синаптического распределения. Пенроуз считает, что это должен быть фундаментальный физический механизм. И близким аналогом этого механизма может являться квантовая когерентность. Процесс объективной редукции Пенроуз обозначает как OR.

Нужно подробнее рассказать о детерминизме квантового мира. В микромире элементарная частица изображается как некоторая суперпозиция состояний. Например, через А обозначим состояние электрона в котором он находится в положении А. Через Б обозначим состояние электрона в котором он находится в положении Б. Электрон представляет собой суперпозицию этих состояний с числовыми коэффициентами.

x\mid A\cdot y\mid B

Но x и y это не просто вероятностные значения — это комплексные числа, которые отличаются от обычных чисел. Что такое комплексное число? Ответ можно найти все у того же Пенроуза в его монструозном восьмисот страничном труде «Путь к реальности, или законы управляющие Вселенной». Возможен ли корень из -1? Да возможен, достаточно лишь ввести единственную величину i. Любое комплексное число можно представить суммой вещественных чисел в виде:

a+ib

где a и b — вещественные числа.

К комплексным числам применимы все математические операции. Не буду долго говорить о комплексных числах, все необходимое можно прочитать у Пенроуза.

Значит, электрон представляет собой некоторую суперпозицию состояний. Важно привести пример. Когда мы пропускаем свет (поток фотонов) через полупрозрачное стекло, которое на 50% отражает свет, а на 50% его пропускает. Можно было бы подумать, что половина фотонов пройдет через зеркало, а половина отразится, но это не так. На самом деле каждый фотон обретает некоторую суперпозицию отражения и пропускания. То есть он как бы одновременно следует по обоим путям.

Рисунок 29.

Важно понимать, что фотон не расщепляется на два а приобретает некоторое суммированное состояние обоих путей. Но — этот процесс строго детерминирован.

Пенроуз не считает, что квантовый компьютер чем то качественно отличается от обычного дискретного компьютера. Он считает, что квантовый компьютер просто более эффективно справляется с поставленными задачами, но его функционирование также можно изобразить посредством обычного компьютера. То есть квантовый компьютер не дает нам чего то невычислимого.

Пенроуз считает, что столкновение квантового и обычного миров осуществляется в неких микротрубочках, которые имеются в каждой нервной клетке. Это его основной постулат, который он кладет в фундамент своей теории. К сожалению, я не могу полностью объяснить идею Пенроуза, но сделать ее обобщение я могу.

В итоге. В микротрубочках происходят некоторые квантовые процессы. Затем, эти процессы обретают когерентное (самосогласованное состояние) которое дает им возможность проявляться на макро уровне. Затем происходит объективная редукция (OR) волны того когерентного состояния и происходит опознавание.

Сам Пенроуз не претендует на полную завершенность своей теории. Он лишь пытается вместить сознание в ракурс рассмотрения Естествознания.

Кто ты?

Я совершенно уверен, что истинная проблема сознания вне иерархий (что не мешает нам искать суть его природы). Наше сознание — это свобода, свобода и надежда. Вся история человечества говорит нам об этом. Что нет ничего конечного, что истины нет, что истина находится в самом ее поиске, в бесконечном пути. Что стремление человека к чему то большему, что его нелепая, безрассудная и абсолютно бессмысленная вера в чудеса самодоказательны. Они не требуют ничего более. Человек — это вечное дитя поиска и вечное единение антиномий, которые не могут быть разрешены без преодоления собственной бренности. Что человек уверенно может сказать только, если говорить словами Декарта: «Я не сомневаюсь только в том, что я сомневаюсь». Что человек может сказать: «Я есмь» и из этого проистекает все остальное. Но ведь это дерзкое утверждение не требует ничего в качестве предикатов. Как говорил И. Кант: «Понятие бытия не требует под собой наличие никаких предикатов». И также мое сознание не требует никаких подтверждений. Как не требует подтверждений и понятие Бога. Как говорил Дионисий Арепагит: «Бог начинается там, где заканчиваются наши представления о нем». Так и наше сознание. Оно не может быть противопоставлением материи, так как все, что противопоставляется материи, уже ставится с ней в определенное отношение, уже подвергается оценке из мира вещей. Человек может только конституировать определенные точки на бесконечном векторе поиска. Он вечно находится лицом к лицу с мистерией бытия. Отрицание мистерии, отрицание трансцендентного — это путь в никуда. Это путь, который обрывается смертью. Если Я — конечно, то страх смерти непреодолим. Если Я — есть сугубая материя, то все бессмысленно. Но сама мысль о немыслимом во мне, говорит о том, что не все потеряно. Что Я есть часть, чего то более великого, что по сути и есть Я но только в потенции. Что Бог, если под ним понимать Я в своей трагической и священной первопричине существует. Все есть процесс. Но наше сознание в своем абсолюте, под которым понимается дух, не есть конечное. Его конечность замыкается на бесконечность бытия. Для понимания этого не нужно никаких мысленных усилий. Для этого нужно обладать открытостью сердца. И смотреть открытыми глазами на великую мистерию собственного Я.

Закончить это можно только лишь отрывком из оды Г.Р. Державина БОГ

Ты есть! — природы чин вещает,
Гласит мое мне сердце то,
Меня мой разум уверяет,
Ты есть — и я уж не ничто!
Частица целой я вселенной,
Поставлен, мнится мне, в почтенной
Средине естества я той,
Где кончил тварей ты телесных,
Где начал ты духов небесных
И цепь существ связал всех мной.

Я связь миров, повсюду сущих,
Я крайня степень вещества;
Я средоточие живущих,
Черта начальна божества;
Я телом в прахе истлеваю,
Умом громам повелеваю,
Я царь — я раб — я червь — я бог!
Но, будучи я столь чудесен,
Отколе происшел? — безвестен;
А сам собой я быть не мог.

Рисунок 30.

Читайте также

Список литературы

  1. Нейросетевая технология представления и обработки информации (естественное пред-ставление знаний). Кн.19. Монография/ под ред. А.И. Галушкина. – М.: Радиотехника, 2006. – 88с.: ил. (Научная серия «Нейрокомпьютеры и их применение», редактор А.И. Галушкин).
  2. Концепции современного естествознания: Конспект лекций/ Под ред. В.Г. Гурлеева. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. – 215 с.
  3. Концепции современного естествознания : Учебник. – Изд. 3-е, перераб. И доп. – М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2008. – 704 с.: ил.
  4. Нелинейная вселенная: новый дом человечества / Л.В. Лесков. – М.: ЗАО Изд. «Эконо-мика», 2003. – 446 с. – (рос. Соц-экон. Мысль)
  5. Биркгофф Гаррет Математика и психология: Пер. с англ. Изд. 2-е, испр. – М.: Издатель-ство ЛКИ, 2008. – 112 с.
  6. Ввведение в искусственный интеллект: Учеб. Пособие для студ. Высш. Учеб. Заведе-ний/Леонид Нахимович Ясницкий. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 176 с.
  7. Маязов Сергей Салимович Когнитивные процессы и модели. – М.: издательство ЛКИ, 2007 – 248 с.
  8. Князева Елена Николаевна, Курдюмов Сергей Павлович Основания синергетики. Чело-век, конструирующий себя и свое будущее. Изд. 2-е, стереотипное. М.: КомКнига, 2007. – 232 с. (Синергетика: от прошлого к будующему.)
  9. Васильев В.В. Трудная проблема сознания. – М.: Прогресс-Традиция, 2009. – 272 с.
  10. Фрит К. Мозг и душа: Как нервная деятельность формирует наш внутренний мир / Крис Фрит; пер. с англ. П. Петрова. – М:Астрель: CORPUS, 2010. – 335, [1] с. – (элементы)
  11. Николлс Дж.Г., Мартин А.Р., Валлас Б.Дж., Фукс П.А. От нейрона к мозгу/ Николлс Дж.Г., Мартин А.Р., Валлас Б.Дж., Фукс П.А.; пер. с англ. – М: Едиториал УРСС, 2003. – 672 с.
  12. Шелдрейк Р. Семь экспериментов, которые изменят мир: Самоучитель пе¬редовой науки / Пер. англ. А. Ростовцева — М.: ООО Издатель¬ский дом «София», 2004. — 432 с.
  13. Интернет источник http://spkurdyumov.narod.ru

Цитировать

Касаткин, Д.М. Элизиум теней или сложная проблема сознания / Д.М. Касаткин. — Текст : электронный // NovaInfo, 2013. — № 17. — URL: https://novainfo.ru/article/1833 (дата обращения: 16.05.2022).

Поделиться