Инновационная сложность

В исследованиях мозга хорошо понимаемы до сих пор только нейрохимия нейронов и синапсов и образцы построения их соединений, стало быть, «машинный язык» мозга. Мост („Middleware") между познанием и «машинным языком» только еще должен быть перекинут. Для этого требуются еще более детальные исследования. При этом отнюдь не ясно, можно ли провести различия между отдельными иерархическими уровнями, как в построении компьютера. Очевидно, архитектура динамики мозга оказывается существенно более сложной. Кроме того, в основе развития мозга не лежит никакого запланированного дизайна, а только множество эволюционных алгоритмов, которые в большей или меньшей степени случайно возникли на протяжении миллионов лет при различных условиях и запутанным образом связаны друг с другом.

2.3 Математические законы динамики мозга

В исследованиях мозга синаптическое взаимодействие нейронов в мозге может быть описано посредством системы дифференциальных уравнений. Уравнения Ходжкина-Хаксли являются примером нелинейных уравнений реакции-диффузии, посредством которых может быть смоделирована передача нервных импульсов. Они были найдены посредством эмпирических измерений Нобелевскими лауреатами по медицине Аланом Л. Ходжкином и Эндрю Ф. Хаксли. Эти уравнения дают хорошо подтвержденную математическую модель динамики нейронов в мозге. Это не исключает, что эти уравнения в ходе дальнейших исследований могут быть улучшены или изменены.

Как уже разъяснялось выше, с помощью таких дифференциальных уравнений могут быть точно определены пространства параметров динамической системы с локально активными и локально пассивными областями. В случае уравнений Ходжкина-Хаксли мы получаем пространство параметров мозга с точно измененными областями локальной активности и локальной пассивности. Только в области локальной активности могут возникать потенциалы действия нейронов, которые вызывают в мозге соединения по определенным образцам. Моделирование на компьютере позволяет систематически исследовать и предсказывать образцы соединений для различных значений параметров, как показано в нашей книге [370]. В отдельных случаях этот образец уже может быть расшифрован посредством «чтения мозга» („brain reading"). Тем самым строятся первые мосты к смысловому уровню познания.

Рис. 3: Нейронная модель уравнений Ходжкина-Хаксли (Mainzer & Chua 2013)

Эта программа зависит от математической модели мозга Ходжкина-Хаксли. Проект «Человеческий мозг» („Human Brain Project"), осуществляемый Европейским Союзом, нацелен на точное эмпирическое моделирование человеческого мозга во всех нейрологических деталях. Тем самым в нашем распоряжении оказывается основание для эмпирического тестирования этой математической модели, посредством которого могут быть проверены предсказания о формировании образцов в мозге и их когнитивных значениях.

2.4 Математические законы когнитивных состояний

Из психологии мы знаем, что ментальные и когнитивные состояния влияют друг на друга крайне сложным образом. Так, восприятия способны запускать мысли и представления, которые ведут к действиям и движениям. Восприятие, однако, как правило, связано с самовосприятием: я есть тот, кто воспринимает. Самовосприятие, будучи связанным с сохранением собственной биографии в памяти, ведет к осознанию Я. Если удастся описать все эти различные ментальные состояния в мозге согласно некоторым образцам соединений, то можно понять не только взаимодействие отдельных нейронов, но и соединения клеток („cell assemblies") с соединениями клеток, построенных в свою очередь из соединений клеток и т. д.

Для этого также могут быть введены дифференциальные уравнения, которые зависят не от локальной активности отдельных нейронов, а от целостных ансамблей клеток, которые в свою очередь могут зависеть от ансамблей клеток ансамблей клеток и т. д. Так получают систему нелинейных дифференциальных уравнений, которые на различных уровнях вложены друг в друга и таким образом моделируют крайне сложную динамику. Снабженный сенсорами и акторами (исполнительными элементами) наш организм распознает эти процессы, которые порождают наши сложные моторные, когнитивные и ментальные состояния. Как уже подчеркивалось выше, нам еще не известны все эти процессы в деталях. Однако ясно, как математически они должны быть смоделированы в принципе и как они могут быть эмпирически проверены в ходе реализации проекта «Человеческий мозг».

2.5 Отелесненный разум

Мозг является сложной системой органических соединений. Ведь и психология развития показывает, что наши ментальные и когнитивные способности в значительной степени сформированы через наше тело, которое возникло в процессе эволюции. Так, грудные дети и дети младшего возраста уже могут различать объекты (например, игрушки, еду и питье), схватывая их руками, слушая ушами, видя глазами, слизывая и чувствуя их вкус языком, ртом и губами, еще до того, как они научаются называть их словами. Мы имеем наглядные представления и эмоциональные предпочтения (преференции), симпатии и антипатии, которые неосознанно направляют наши действия и редко выражаются в языковой форме, не говоря уже о том, что они могут быть репрезентированы в компьютерной программе. Необходимо тело, чтобы могли развиться познание и интеллект. Мы говорим о «телесном» познании и интеллекте (embodied cognition, embodied intelligence). Только через касания и восприятия окружения и через действия в этом изменяющемся окружении возник интеллект [371].

Только посредством взаимодействия через тело, возникла возможность понимать других и осознавать свои собственные намерения и на основе этого соответствующим образом направлять свое собственное поведение. Эта способность традиционно рассматривается в философии как интенциональность. С медицинской точки зрения теория ума (Theory of Mind) исследует, что происходит, если при этом определенные нейронные области перестают функционировать. В качестве причин могут выступать повреждения мозга в результате несчастных случаев или же деменция, которая угрожает почти всем людям во все более стареющих обществах [372]. Последствия этого – потеря человечности и эмпатии, а, в конце концов всякой способности к социально отзывчивому поведению, а также ответственности.

Нейропсихология показывает нам сегодня, что сознание является собирательным понятием для в высшей степени сложных ментальных состояний, которыми обладают в некоторой степени также и другие живые существа. Восприятие, как правило, не только у нас, людей, связано с самовосприятием: я есть тот, кто воспринимает. Самовосприятие выполняло в процессе эволюции очень важную функцию защиты и контроля, чтобы уберечь организм от повреждений. Оно было связано со сложными сенсорными процессами визуального, тактильного и слухового самовосприятия, а также с самоконтролем моторных процессов и самонаблюдением телесной чувствительности. Наконец возникла память с сохранением собственной биографии, чтобы достигнуть того состояния, которое мы обозначаем как Я-сознание. В теории ума („Theory of Mind“) проводятся различия между «я», «ты», «мы» и «другие», и только тогда становятся возможными очень сложные формы социальной организации, такие, как человеческое общество.

Однако техника показывает нам, что многие наши когнитивные возможности реализуемы даже без «сознания», иногда (в смысле теста Тьюринга) даже лучше. Во всяком случае то, насколько сильно эти ментальные состояния связаны со сложными соединениями в мозге, замечаем мы позже, когда случаются впадения в коматозные состояния из-за несчастных случаев или болезней, соответствующие нарушения участвующих в формировании ментальных состояний областей мозга или помутнения в результате приема лекарственных средств или алкоголя; в таких случаях выпадают, оказываются бездейственными соответствующие грани состояний сознания. Для перепроверки различных аспектов и степеней состояний, которые мы подводим под собирательный термин «сознания», в настоящее время имеются в наличии хорошие экспериментальные и технически измеряемые условия. При этом не исключено, что такие состояния при точном знании затронутых областей мозга и их связи с телесными действиями и органами чувств могут быть вызваны также и «искусственно», т. е. в технических системах. [373]