Наука сознания. Современная теория субъективного опыта

Майкл Грациано

Наука сознания. Современная теория субъективного опыта

Книга издана при поддержке Политехнического музея и Фонда развития Политехнического музея.

Переводчик Анна Петрова

Научный редактор Ольга Сварник, канд. психол. наук

Редактор Анастасия Ростоцкая

Оформление серии Андрея Бондаренко и Дмитрия Черногаева

Издатель П. Подкосов

Руководитель проекта И. Серёгина

Корректоры И. Астапкина, О. Петрова

Компьютерная верстка М. Зинуллин

Дизайн обложки Д. Черногаев

© Michael S. A. Graziano, 2019

© А. Бондаренко, Д. Черногаев, художественное оформление серии, 2021

©Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО “Альпина нон-фикшн”, 2021

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

⁂

“КНИГИ ПОЛИТЕХА” – партнерский проект ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО МУЗЕЯ, издательств CORPUS, “АЛЬПИНА НОН-ФИКШН” и “БОМБОРА”.

В серии выходят лучшие современные и классические книги о науке и технологиях – все они отобраны и проверены учеными и отраслевыми специалистами.

Серия “Книги Политеха” – это пять коллекций, связанных с темами постоянной экспозиции Политехнического музея:

“Человек и жизнь” – мир живого, от устройства мозга до биотехнологий.

“Цифры и алгоритмы” – математика, искусственный интеллект и цифровые технологии.

“Земля и Вселенная” – происхождение мира, небесные тела, освоение космоса, науки о Земле.

“Материя и материалы” – устройство мира с точки зрения физики и химии.

“Идеи и технологии” – наука и технологии, их прошлое и будущее.

Политехнический музей представляет новый взгляд на экспозицию, посвященную науке и технологиям. Спустя столетие для музея вновь становятся важными мысль и идея, а не предмет, ими созданный.

Научная часть постоянной экспозиции впервые визуализирует устройство мира с точки зрения современной науки – от орбиталей электрона до черной дыры, от структуры ДНК до нейронных сетей.

Историческая часть постоянной экспозиции рассказывает о достижениях российских инженеров и изобретателей как части мировой технологической культуры – от самоходного судна Ивана Кулибина до экспериментов по термоядерному синтезу и компьютера на основе троичной логики.

Политех делает все, чтобы встреча человека и науки состоялась. Чтобы наука осталась в жизни человека навсегда. Чтобы просвещение стало нашим общим будущим.

Подробнее о Политехе и его проектах – на polytech.one

Бену и Эли

Глава 1

Слон в комнате[1]

Когда моему сыну было три года, я “озвучивал” его любимого плюшевого слоника, делая вид, что тот умеет говорить. В столь юном возрасте ребенок еще не мог понять, насколько никудышный из меня чревовещатель, так что это срабатывало. Сын был в восторге. В последующие несколько лет я оттачивал свою технику и удивлялся загадочной силе этой иллюзии. Чревовещание – не просто голос, исходящий из игрушки, как если бы в ней был спрятан динамик. Даже голосом бездарного исполнителя вроде меня творится волшебство: игрушка обретает жизнь, личность, она будто бы наполняется сознанием.

Очевидно, в человеческом мозге должны быть механизмы, вынуждающие приписывать игрушке сознание. Но они развились не для того, чтобы мы развлекались чревовещанием. Человек – общественное животное, и он регулярно применяет эти механизмы по отношению к другим. Когда я с кем-то разговариваю, у меня автоматически возникает представление о мыслях, эмоциях и переживаниях собеседника. Конечно, я не вижу его психическую деятельность напрямую. Но мой мозг строит удобную модель психической деятельности и проецирует ее на этого человека, т. е. поступает так же, как мой сын с “заговорившей” игрушкой.

Мы обращаемся подобным образом не только с людьми. Мы приписываем сознание домашним кошкам и собакам, а некоторые готовы поклясться, что у них и растения в горшках обладают сознанием. Древние люди были убеждены, что разумны деревья и реки; дети видят личность в своих любимых игрушках, и, черт возьми, вчера я наорал на свой компьютер! Но речь, собственно, не идет о том, чтобы интеллектуальными усилиями выяснить, есть ли у чего-то психика, или прийти к заключению, что могло бы быть в этом психическом мире, – хотя это мы тоже делаем. Я говорю об интуитивном чутье, которое часто подводит нас, но иногда очень убедительно сообщает нам, что некий предмет прямо-таки излучает сознание.

Размышляя о чревовещании, я стал задумываться о том, что и мое собственное сознание, и сознание, приписываемое другим, могут исходить из одного и того же источника. Возможно, есть объединяющее объяснение: мы автоматически строим модели психики и проецируем их как на самих себя, так и на других людей. Наши интуитивные представления о загадочной сознающей личности, наше убеждение, что она есть во мне, в тебе, в домашнем любимце или игрушке, – могут быть основаны на упрощенных, но удобных моделях, комплексах информации, которые выстраивает мозг, чтобы понять свой мир.

Столь глубокие озарения приходят только к тому, кто разговаривает с плюшевыми слониками. Благодаря им я сосредоточился в своей научной работе на исследованиях сознания.

В течение 20 лет я занимался более традиционными проблемами нейронауки: как мозг отслеживает происходящее в непосредственной близости к телу и как контролирует сложные движения в этом пространстве[2]. Оказалось, что базовая подготовка в практике науки о мозге пригодилась для построения теории сознания. В 2010 г., исходя из данных нейронауки, психологии и эволюционной биологии и добавив некоторые инженерные прозрения, мы с коллегами начали набрасывать контуры того, что назвали теорией схемы внимания[3]. Эта теория – часть глобальной смены парадигмы в научном сообществе[4]. Новый подход не решает так называемую трудную проблему сознания – как физический мозг может создавать нефизические сущности[5]. Но он объясняет, почему люди могут ошибочно полагать, что трудная проблема существует в принципе, почему это ошибочное представление заложено в нас так глубоко, что вряд ли мы сможем его изменить, и почему оно выгодно (если не необходимо) для функционирования мозга.

Вначале я рассматривал эту теорию с позиции социальных взаимодействий. Но в ее глубине лежит более общее свойство мозга: знание, основанное на моделях[6]. Мозг строит внутренние модели – изменчивые сгустки информации, которые образуются постоянно и непроизвольно, подобно пузырям значений, лежащих ниже уровня высшего мышления или языка. Эти внутренние модели отражают важные для отслеживания элементы, иногда ими являются внешние объекты, а иногда – свойства самой личности. Отражения оказываются упрощенными и искаженными, будто реальность изображена импрессионистом или кубистом, а мы описываем их как самую что ни на есть действительность. Мы не можем этого не делать, в нас это встроено. Наше интуитивное понимание окружающего мира и самих себя всегда искажено и упрощено и всегда основано на этих внутренних моделях.

В описываемой теории метафизические догадки о самих себе, о сознании как нефизической внутренней сущности (иногда ее именуют “призраком в машине”[7]) строятся на основе определенной внутренней модели. Я называю ее схемой внимания: почему – объясню дальше. Это упрощенное описание того, как мозг вбирает и обрабатывает информацию; оно представляет собой эффективный для мозга способ понимать и отслеживать свои собственные возможности. Подобного рода внутреннюю модель можно использовать, хоть и в меньшей степени, чтобы отслеживать и прогнозировать мышление и поведение других людей.

Подход, основанный на моделях, может выглядеть так, будто сознание мы со счетов сбрасываем, – но нет. Внутренняя модель, сообщающая нам о нашем сознании, богата, она обладает глубиной и протяженностью. Скорее всего, без нее не обойтись. Практически ничего из того, что мы осуществляем – будь то восприятие, мышление, активная деятельность или социальные взаимоотношения, – не работало бы без этой части системы.

В своей книге я буду пользоваться терминами “сознание”, “субъективное осознание” и “субъективный опыт (субъективное переживание)” как взаимозаменяемыми, хотя и соглашусь, что ученые не всегда применяют их в одном и том же контексте. Слово “сознание” окружено особенно широким ореолом нечетких коннотаций. Прежде чем я доберусь до того, что имею в виду, я хочу уточнить, чего точно в виду не имею. Иногда люди представляют себе сознание как способность понимать, кто ты такой, понимать свой путь в жизни. Другие считают, что это скорее способность воспринимать окружающий мир, обрабатывать информацию и принимать на ее основе разумные решения. Ничего из этого я в виду не имею.

Чаще всего внутренний опыт трактуют, пожалуй, как поток сознания – постоянно меняющееся, калейдоскопическое содержание психической деятельности. То самое брожение в голове, которое Джеймс Джойс запечатлел в знаменитом романе “Улисс”[8]. Писатель скрупулезно записывал сменяющие друг друга виды, звуки, ощущения от прикосновений, вкусы и запахи, всплывающие воспоминания о недавнем и далеком прошлом, неостановимый внутренний диалог, противоборствующие эмоции и фантазии (некоторые из них сочли настолько возмутительными, что книгу сначала запретили: судебное разбирательство 1933 г. “Соединенные Штаты против книги под названием “Улисс”» обеспечило нас современным юридическим определением непристойности). Но и этого я не имею в виду, говоря о сознании. Такой поток материала не поддается четкому определению, а его научное изучение было бы непосильным хотя бы по причине его объема.

Представьте вместо этого, что мы сложили в ведро тысячу мелких предметов. Можно подобно Джойсу составить пространный список всего, что там есть. Но можно также задать вопрос более фундаментальный: как насчет самого ведра? Не будем пока о его содержимом. Из чего сделано ведро, откуда оно взялось? Как человек вообще что-то осознает? Сознание не может быть просто информацией внутри нас, потому что в каждый конкретный момент мы осознаем лишь крошечную часть того, что содержится в мозге. Чтобы мы осознали кусочек информации, с ней что-то должно произойти. Так из-за чего же происходит осознание? Этот вопрос все больше занимал философов и ученых[9]. Термин “сознание” стал означать акт осознания чего-то, а не материал, который вы осознаете.

Я подозреваю, что постепенный сдвиг в философии от сосредоточения на элементах в потоке сознания к акту осознания некоторым образом связан с развитием за последние полвека компьютерных технологий. С усовершенствованием информационных технологий информационное содержание сознания перестало быть загадкой, а сам акт его осознания, переживания опыта отдалился и кажется неразрешимым. Давайте рассмотрим несколько примеров.

Вы можете подсоединить к компьютеру цифровую камеру и дать системе команду обрабатывать входящую зрительную информацию. Компьютер в состоянии определить цвета, формы, размеры объектов, распознать их. Человеческий мозг делает что-то похожее. Разница в том, что у людей еще есть субъективное переживание того, что они видят. Мы не просто регистрируем информацию о том, что предмет красный: мы переживаем опыт красноты. Мы что-то чувствуем, когда видим. Современный компьютер может обработать зрительный образ, но инженеры еще не придумали, как заставить его осознать полученную информацию.

А теперь рассмотрим кое-что более личное, нежели зрительное восприятие: ваши воспоминания, которые определяют ваш жизненный путь. Постоянно бурлящие воспоминания – типичный пример джойсовского потока сознания. И все же мы умеем строить машины, которые хранят и извлекают их. На это способен каждый компьютер, а ученые знают общие принципы, да чуть ли не все детали того, как воспоминания хранятся в мозге. Память – не какая-то принципиальная загадка. Но не является она и причиной сознания. Содержание сознания – в данном примере это воспоминания – совсем не то же самое, что акт осознания воспоминания.

Приведу еще один пример: принятие решений. Тайну человеческого сознания лучше всего характеризует именно эта наша способность. Мы берем информацию, обрабатываем ее, оцениваем – и совершаем выбор, что делать дальше. Но я бы все-таки сказал, что сознание не является неотъемлемой частью принятия решений. Все компьютеры делают это. В каком-то смысле это и есть задача компьютера. Он берет информацию, производит с ней какие-то действия и пользуется ею, чтобы выбрать один из многих вариантов дальнейших действий. Большинство решений в человеческом мозге – вероятно, десятки тысяч в день – принимаются автоматически, без участия субъективного переживания опыта. В некоторых особых случаях мы сообщаем о субъективном осознании принятия решения. Иногда мы называем это намерением, выбором или свободой воли. Но простая способность принять решение не требует сознания.

Эти и многие другие примеры показывают, как именно расцвет компьютерных технологий позволил увидеть различие между содержанием сознания (которое становится все понятнее на инженерном уровне) и актом осознания этого содержания. Мне интересна вторая, более значимая часть этой головоломки: как нам вообще удается получить субъективное переживание чего бы то ни было?

Некоторые считают, что это ограничивающий подход. Меня часто спрашивают: а как же память? Как же осознанный выбор? Самопонимание? А намерения и убеждения? Разве это не основа сознания? Я согласен: все перечисленные вопросы важны, они суть главные предметы, лежащие в ведре человеческого сознания. Но в них нет принципиальной загадки. Это вопросы обработки информации, и мы можем представить себе, хотя бы в общих чертах, как они ставятся в инженерном смысле. Принципиальная загадка – само ведро. Что такое сознание – из чего оно сделано? Как в него попадают, в чем выгода в него попасть и почему в него попадает так мало из содержащегося в мозге?

Ученые традиционно полагали, что, применяя научный подход, нечто столь аморфное и ускользающее понять невозможно. Но, принимая в расчет недавние наблюдения и выводы, я практически уверен, что сознание настолько же поддается пониманию и построению, как и обработка зрительной информации, память, принятие решений или любой другой элемент из его содержания.

Я и раньше много писал о сознании. Но эта книга целиком обращена к широкой аудитории. В ней я пытаюсь как можно проще и четче разъяснить многообещающую научную теорию сознания, которая одинаково приложима и к биологическому мозгу, и к искусственной машине.

Завязка нескольких следующих глав – эволюция. Я буду описывать развитие усложнения нервной системы начиная от полумиллиарда лет назад, когда появились нейроны (одни из видов клеток, из которых состоит мозг). По пути я стану вводить элементы теории схемы внимания, и к шестой главе у нас будут готовы основные строительные леса.

Затем я обращусь к тому, как данная теория взаимодействует с другими. Это одна из полудюжины основных теорий сознания, которые сейчас набирают вес в научной литературе. Согласно моим представлениям, которые я стараюсь передать в книге, эти теории не всегда следует рассматривать как конкурирующие – и не стоит гадать, какая из них перебьет всех соперников. Несмотря на их различия (а я действительно со многим в них не согласен) между этими теориями могут также быть странные, потайные связи. В каждой есть важные мысли. Мне кажется, мы начинаем видеть на горизонте проблески общего мнения… Или, скорее, сети согласованных представлений.

В последних главах я углублюсь в потенциальные технологические последствия этой теории. Мы близки к пониманию сознания, достаточному для его конструирования. А когда у нас это получится, новые технологии, вероятно, изменят лицо нашей цивилизации. Сознательные машины – лишь первый шаг. Если сознание удастся построить, то тогда в принципе и разум можно будет переносить с одного устройства на другое. Более отдаленное, но возможное следствие – считывание данных с человеческого мозга и перенос психического мира этого человека на искусственную платформу[10]. Такие технологии могли бы позволить личности жить вечно и исследовать враждебные биологическим телам среды – например, межзвездное пространство. У нас на пути больше не стоят законы физики, необходимо лишь изобрести нужные устройства.

Если сознание можно понять с научной и инженерной точек зрения, то данная тема перестает быть просто философским развлечением для ученых. Она становится непосредственно важной практической задачей. Дальше в книге я опишу возможные применения сознания во многих вариантах технологического будущего; некоторые из них покажутся привлекательными, а некоторые, скажем прямо, ужасными. Но, хорошо это или плохо, я практически уверен, что мы стремительно движемся к научному пониманию сознания и способности сделать его искусственно.

Глава 2

Крабы и осьминоги

Самовоспроизводящаяся бактериальная жизнь появилась на Земле примерно 4 млрд лет назад. На протяжении почти всей истории Земли жизнь оставалась на одноклеточном уровне, и ничего похожего на нервную систему не существовало вплоть до 600–700 млн лет назад. В теории схемы внимания сознание основано на определенном способе обработки информации нервной системой. Ключевой элемент этой теории (и, я полагаю, любого развитого интеллекта) – внимание: способность мозга в каждый момент времени сосредоточивать свои ограниченные ресурсы на небольшом фрагменте мира, чтобы получить бóльшую глубину обработки. В этой и нескольких следующих главах я рассмотрю, как внимание могло развиться от древних животных до людей и как вместе с ним могло появиться свойство, которое мы называем сознанием[11].

Начнем с морских губок, они “помогут” очертить границы эволюции нервной системы. Губки – самые примитивные многоклеточные организмы, у них нет так называемого плана тела, нет конечностей, нет мышц, – и нервы им не нужны. Они закрепились на дне океана и фильтруют питательные вещества подобно ситу. Но у нас есть общие с губками гены, в том числе не менее 25 из тех, которые у людей помогают структурировать нервную систему[12]. У губок те же самые гены могут выполнять более простые функции, например участвовать в коммуникации клеток друг с другом. Губки как будто балансируют на эволюционной грани нервной системы.

Считается, что последний общий у нас с ними предок существовал в диапазоне от 700 до 600 млн лет назад (см. шкалу времени на рис. 2.1)[13].

Другие древние животные – медузы – напротив, обладают нервной системой. Медузы плохо сохраняются в окаменелостях, но, анализируя их генетические взаимосвязи с другими животными, биологи предполагают, что они могли отделиться от остального животного царства примерно 650 млн лет назад[14]. Эти цифры, возможно, изменятся с получением новых данных, но в качестве правдоподобного предположения скажем, что нейроны – базовые клеточные компоненты нервной системы – впервые появились в животном царстве между губками и медузами.

Нейрон по сути своей – это клетка, передающая сигнал. Волна электрохимической энергии прокатывается по мембране клетки от одного края нейрона до другого со скоростью чуть более 60 м/с и действует на другой нейрон, мышцу или железу. Самые первые нервные системы могли быть устроены как простые сети нейронов, пронизывающие тело и соединяющие мышцы. По этому принципу нервных сетей существуют гидры[15]. Это небольшие водные создания, прозрачные, похожие на цветы, в роли тела у них выступает мешок со множеством щупалец; они принадлежат к той же древней категории, что и медузы. Если коснуться гидры в одном месте, нервная сеть распространит сигнал повсюду и вся гидра дернется.

Нервная сеть не обрабатывает информацию – не извлекает из нее какого-то значения. Она просто передает сигналы по телу, соединяет сенсорный стимул (прикосновение) с мышечной реакцией (подергивание). Но после возникновения нервной сети нервные системы довольно быстро перешли на новый уровень сложности: речь идет о способности усиливать некоторые сигналы относительно других. Форсирование сигнала – простой, но мощный прием, один из основных способов, посредством которых нейроны манипулируют информацией. Это базовый компонент практически всех известных нам вычислений, происходящих в мозге.

Один из наиболее изученных примеров – глаз краба[16]. У этого животного сложные глаза со множеством детекторов, в каждом из которых есть нейрон. Когда свет падает на детектор, он активирует находящийся внутри нейрон. Пока все идет как надо. Но добавим щепотку сложности: каждый нейрон связан с ближайшими соседями и по этим связям они соревнуются друг с другом. Когда активируется нейрон в одном детекторе, он пытается приглушить активность нейронов в соседних, подобно человеку в толпе, который старается кричать громче всех и заглушить тех, кто рядом с ним.

В результате получается, что, если на глаз краба направлено размытое пятно света и на один из детекторов попадает самая яркая его часть, нейрон в этом детекторе развивает высокую активность, побеждает в соревновании и отключает соседей. Паттерн активности набора детекторов сигнализирует не только о пятне света, но и о том, что вокруг пятна – кольцо темноты. Таким образом, сигнал усилен. Глаз краба берет размытую реальность из оттенков серого и повышает ее резкость, получая контрастную картинку, где тени темнее, а яркое ярче. Усиление сигнала – прямое следствие того, что нейроны подавляют своих соседей: этот процесс называется латеральным торможением[17].

Описанный механизм в глазу краба, пожалуй, один из самых простых и базовых примеров, модельный экземпляр внимания. Сигналы соревнуются друг с другом, победители усиливаются за счет проигравших, и победившие сигналы затем влияют на движения животного. Это и есть моделирующая сущность внимания. Наше, человеческое, внимание – просто усложненная версия, состоящая из подобных компонентов. Латеральное торможение, такое же как в глазу у краба, можно найти на любой стадии обработки информации в нервной системе человека – от глаза до высших уровней мышления в коре головного мозга. Зарождение внимания лежит глубоко в эволюционной древности, ему более полумиллиарда лет, и произошло оно от удивительно простого нововведения (на тот момент, разумеется).

Крабы принадлежат к обширной группе животных под названием “членистоногие”, в которую входят пауки, насекомые и подобные им создания с твердыми сегментированными экзоскелетами. Они отделились от других животных около 600 млн лет назад[18]. Самое известное вымершее членистоногое, у которого сегодня больше всего поклонников, – это трилобит, существо из сочленений и ножек, похожее на маленького мечехвоста, которое главным образом копошилось на дне кембрийских морей примерно 540 млн лет назад. Когда трилобиты вымерли и оказались погребены в тончайшей взвеси осадка на дне океана, они превратились в окаменелости, у которых во всех подробностях сохранились фасеточные глаза[19]. Если вы вглядитесь в выпученные очи ископаемого трилобита через лупу, то, скорее всего, вам удастся увидеть нетронутую мозаику отдельных детекторов. Судя по ископаемым остаткам, глаза трилобитов весьма напоминали глаза современных крабов и, должно быть, в них использовался тот же способ соревнования между соседними детекторами, чтобы повысить резкость обзора древнего морского дна.

Представьте себе животное, которое собирается по частям, сосредоточиваясь на каждом конкретном фрагменте. У такого животного любая часть тела будет работать как отдельный механизм, отбирая себе информацию и выделяя самые перцептивно значимые (насыщенные) сигналы. Один глаз скажет: “Вот самое яркое пятно, не реагируй на остальные”. А в это же время одна из ног пожалуется: “Меня только что сильно ткнули вот сюда, не обращай внимания на легкие прикосновения рядом!” Животное, способное лишь на такое, будет действовать как сборище отдельных “деятелей”, которые склеены друг с другом просто физически, при этом каждый выкрикивает свои сигналы и вызывает свои собственные действия. Поведение такого животного будет в лучшем случае беспорядочным.