В начале XIX в. геологи заинтересовались фундаментальным вопросом. Во всем мире были обнаружены гигантские пустоты и каньоны, такие как Большой каньон в США и каньон Викос в Греции (который считается самым глубоким каньоном в мире). Как возникли такие грандиозные структуры?

Конечно, в каждом случае на дне ущелий протекала вода, которая использовала этот естественный путь, но до середины столетия совершенно абсурдной казалась бы мысль, что эти ручейки и были причиной появления гигантских провалов и расщелин. Однако британскому геологу Чарлзу Лайелю (1797–1875) пришло в голову, что за очень длительный срок именно вода могла вызвать столь значительные изменения ландшафта. Сначала эту идею высмеивали, но за двадцать лет она завоевала всеобщее признание.

Одним из тех, кто внимательно следил за реакцией общественности на гипотезу Лайеля, был английский натуралист Чарлз Дарвин (1809–1882). Что происходило в биологии в 1850-х гг.? Эта область исследований казалась чрезвычайно запутанной, учитывая бесконечное множество видов животных и растений, каждое из которых обладало сложным строением. И в большинстве своем ученые даже не пытались создать общую теорию, объясняющую разнообразие живых организмов. Это разнообразие считалось доказательством божественного происхождения мироздания (и его анализ оказался не под силу ученым, не сумевшим в нем разобраться).

Дарвин подошел к проблеме происхождения видов, используя тезис Лайеля о постепенных изменениях. Эту аналогию в сочетании с собственными экспериментами и наблюдениями Дарвин изложил в своем знаменитом «Путешествии на Бигле»[13].

Дарвин утверждал, что в каждом поколении те особи, которые лучше всего приспособлены к условиям своей экологической пиши, дают жизнь следующему поколению.

Труд Дарвина «О происхождении видов» появился в продаже 22 ноября 1859 г. В книге Дарвин отдает должное Лайелю: «Я вполне сознаю, что это учение о естественном отборе, поясненное вышеприведенными вымышленными примерами, может встретить те же возражения, которые были впервые выдвинуты против великих идей сэра Чарлза Лайеля о „современных изменениях на земной поверхности, объясняющих нам геологические явления“; но теперь мы редко слышим, чтобы факторы, которые находятся еще в действии, признавались ничтожными и ничего не значащими, когда идет речь о причинах образования глубочайших речных долин или формирования внутриматериковых длинных скалистых гряд. Естественный отбор действует только путем сохранения и кумулирования малых наследственных модификаций, каждая из которых выгодна для сохраняемого существа; и как современная геология почти отбросила такие воззрения, как, например, прорытие глубокой долины одной делювиальной волной, так и естественный отбор изгонит веру в постоянное творение новых органических существ или в какую-либо большую и внезапную модификацию»[14][15].

Всегда есть множество доводов, объясняющих неприятие новых и важных идей, и в случае теории Дарвина их несложно идентифицировать. Мысль о том, что мы произошли не от Бога, а от обезьяны, а еще раньше от червя, мало кому понравилась. Многие сочли богохульством считать родственником своего домашнего пса или гусеницу, не говоря уже о растениях, по которым она ползает (конечно, очень-очень-очень дальним, но все же родственником).

Чарльз Дарвин, автор книги «О происхождении видов», обосновавший теорию биологической эволюции.

В начале XX в. серия другого рода мысленных экспериментов привела к перевороту в физике. В 1879 г. в семье немецкого инженера и домохозяйки родился сын. Говорить он начал только в три года, а в девять лет плохо справлялся со школьной программой. В шестнадцать он мечтал о полете на луче лунного света.

Юноша знал об эксперименте, в 1803 г. проведенном английским математиком Томасом Юнгом (1773–1829) и показавшем, что свет состоит из волн. В те времена считалось, что световые волны распространяются в некой среде, подобно тому, как морские волны бегут по воде, а звуковые — по воздуху и другим материалам. Ученые называли среду, по которой распространяется свет, «эфиром». Юноша знал и об эксперименте американских ученых Альберта Майкельсона и Эдварда Морли, в 1887 г. пытавшихся подтвердить наличие эфира. Их эксперимент строился на аналогии с плаванием на гребной лодке вверх и вниз по реке. Если вы гребете с постоянной скоростью, скорость движения лодки, измеренная с берега, будет больше, когда вы движетесь по течению, чем когда вы гребете против течения. Майкельсон и Морли считали, что свет движется через эфир с постоянной скоростью (то есть со скоростью света). Они предположили, что скорости света при движении Земли по своей орбите вокруг Солнца в одну и в другую сторону должны различаться (на двукратную величину скорости вращения Земли). Это подтвердило бы существование эфира. Однако никаких различий в скорости солнечного света при любом положении Земли на орбите они не обнаружили. Их эксперимент доказал несостоятельность идеи «эфира», но не объяснил, как же распространяется свет. Ответа на этот вопрос ждали еще около двадцати лет.

Когда немецкий юноша мечтал о путешествиях на световом луче, он рассуждал так, что следует рассмотреть световые волны «остановившимися»: представьте себе, что вы движетесь параллельно движущемуся поезду с такой же скоростью — тогда вам покажется, что поезд стоит на месте. Поэтому он попытался представить себе, что будет, если двигаться вдоль светового луча, но с несколько меньшей скоростью. Допустим, он движется со скоростью, которая составляет 90 % скорости света. Если лучи света можно сравнить с поездами, то он должен был бы видеть свет, движущийся перед ним со скоростью, составляющей 10 % скорости света. По крайней мере, это должны были бы видеть наблюдатели на Земле. Но мы знаем, что скорость света постоянна, как показал эксперимент Майкельсона — Морли. Таким образом, наблюдатель должен был видеть свет, движущийся впереди «на полной скорости» света. Тут какое-то противоречие — как такое может быть?

Ответ был получен немецким юношей (как вы могли догадаться, это был Альберт Эйнштейн), когда ему исполнилось 26 лет. Очевидно, для молодого Эйнштейна замедлилось само время. Он объяснял свои рассуждения в статье, опубликованной в 1905 г.[22] Если наблюдатели на Земле смогли бы смотреть на часы молодого человека, они бы обнаружили, что они идут в 10 раз медленнее. И когда он вернулся бы на Землю, его часы прошли бы лишь 10 % того времени, которое длилось его отсутствие для земных наблюдателей (в данном случае мы не учитываем ускорение и замедление). Однако для самого юноши часы шли нормально, а луч света перед ним двигался со скоростью света. Десятикратное замедление времени (по отношению к земным часам) объясняет кажущееся противоречие. Если рассматривать крайний случай, когда скорость движения равна скорости света, время бы остановилось, хотя двигаться наравне со световым лучом невозможно. Однако теоретически ничто не запрещает двигаться быстрее света, и в таком случае время пойдет вспять.

Сначала такие утверждения многим показались абсурдными. Как может время замедляться в зависимости от скорости движения? Действительно, на протяжении 18 лет, которые прошли со времен эксперимента Майкельсона — Морли, никто не смог прийти к выводу, который казался Эйнштейну таким очевидным. Многие ученые, пытавшиеся разобраться с этой проблемой на протяжении всего XIX в., можно сказать, «падали с лошади», цепляясь за привычные представления о том, как должен быть устроен мир (наверное, лучше сказать «падали со светового луча»).

Второй мысленный эксперимент Эйнштейна заключался в том, что он представил себя и своего брата в космосе. Между ними расстояние 300 тыс. км. Эйнштейн хочет двигаться быстрее, но при этом сохранять между собой и братом одно и то же расстояние. Он подает брату сигнал фонариком каждый раз, когда хочет ускориться. Поскольку он знает, что до брата сигнал дойдет только через секунду, он подает сигнал, ждет секунду и только потом ускоряется. Каждый раз, когда брат получает сигнал, он тут же ускоряется, а так как братья ускоряются точно в одно и то же время, расстояние между ними не меняется.

Но что увидим мы, наблюдая за ними с Земли? Если братья удаляются от нас (Альберт впереди), нам покажется, что до брата свет доходит быстрее, чем за секунду, поскольку он движется навстречу свету. Кроме того, мы увидим, что часы брата замедляются (по мере увеличения его скорости, поскольку он к нам ближе). Ввиду этих двух причин мы будем видеть, что братья постепенно сближаются и наконец сталкиваются. А с точки зрения братьев, они по-прежнему находятся на расстоянии 300 тыс. км друг от друга.

Как это возможно? Ответ — очевидно — заключается в том, что расстояния в направлении параллельном (но не перпендикулярном) направлению движения сокращаются. Таким образом, в результате ускорения братья Эйнштейн становятся меньше ростом (при условии, что они передвигаются головой вперед). Это странное заключение, возможно, стоило Эйнштейну большего числа поклонников его теории, чем выводы об изменениях времени.

В том же году Эйнштейн исследовал вопрос о связи материи и энергии. В 1850-х гг. Джеймс Клерк Максвелл показал, что частицы света, называемые фотонами, не имеют массы, но обладают импульсом. В детстве у меня было устройство под названием радиометр (или вертушка) Крукса[23], которое состояло из четырех лопастей, вращающихся на острие иглы внутри герметичной стеклянной колбы с разреженным воздухом. Лопасти с одной стороны были черными, а с другой — белыми. Белая сторона каждой лопасти отражала свет, а черная поглощала (именно поэтому в жару прохладнее в белой футболке, чем в черной). Когда на вертушку попадал свет, лопасти вращались таким образом, что черные стороны удалялись от источника света. Этот эксперимент показывает, что фотоны обладают достаточным импульсом, чтобы заставить вращаться лопасти прибора[24].

Радиометр Крукса — вертушка с четырьмя лопастями, которая вращается под действием света.

Основная причина, заставившая меня в качестве вступления рассмотреть наиболее известные мысленные эксперименты в истории человечества, заключается в том, что я хочу использовать такой же подход в изучении головного мозга. Вы увидите, что мы сможем продвинуться очень далеко в анализе функционирования человеческого мозга с помощью собственных несложных мысленных экспериментов. Учитывая тему нашего исследования, мысленные эксперименты мне кажутся очень удачным методом анализа.

Если праздных мыслей молодого человека, ручки и бумаги было достаточно для совершения революционного переворота в физике, мы должны суметь достаточно далеко продвинуться в привычном упражнении — мы ведь упражняем наш мозг постоянно, в каждый момент реальной жизни и во сне.

Затем мы создадим модель мыслительного процесса и посмотрим, до какой степени можем подтвердить ее справедливость, наблюдая за реальным мозгом и самыми совершенными машинами, воспроизводящими мыслительный процесс.

Я повторял описанные выше простые эксперименты и наблюдения тысячи раз в самых разных ситуациях. Выводы из этих наблюдений неизбежно ограничивают мое представление о том, как должен работать мозг — точно так же, как простые эксперименты XIX в. по анализу времени, пространства и массы сдерживали размышления молодого Эйнштейна об устройстве Вселенной. Далее я остановлюсь на некоторых наблюдениях из нейробиологии, стараясь избегать многих пока еще неизвестных подробностей.

Прежде всего, позвольте мне объяснить, почему в этом разделе я считаю нужным поговорить о неокортексе (что в переводе с латыни буквально означает «новая кора»). Мы знаем, что именно новая кора отвечает за нашу способность обрабатывать информацию и что функционирует она по иерархическому принципу. Животные, не имеющие новой коры (в основном не млекопитающие), в большинстве своем не способны понимать иерархические построения[32]. Понимание и использование иерархической природы реальности являются исключительной способностью млекопитающих и объясняются наличием у них этой новой в эволюционном плане структуры головного мозга. Новая кора отвечает за чувственное восприятие, распознавание видимых объектов и абстрактных понятий, контроль движений, размышления (от пространственной ориентации до рационального мышления) и речь, то есть за все то, что мы называем «разумом».

Новая кора человеческого мозга, его самый внешний слой, представляет собой тонкую, практически двумерную структуру (ее толщина составляет около 2,5 мм). У грызунов она гладкая и имеет толщину почтовой марки. Эволюционной инновацией у приматов стала сложная складчатость этой структуры, образующей на поверхности остального мозга глубокие морщины, складки и бороздки, увеличивающие площадь ее поверхности.

Благодаря этой сложной складчатости новая кора составляет основную часть человеческого мозга — около 80 % по массе. Высокий лоб Homo sapiens позволяет дополнительно увеличить размер новой коры. В частности, лобная доля мозга отвечает за обработку абстрактной информации и формирование сложных понятий.

Эта тонкая структура мозга состоит из шести основных слоев — от слоя I (внешний) до слоя VI. Аксоны (выходные контакты), отходящие от нервных клеток на уровне слоев II и III, проецируются в другие участки новой коры. Аксоны, отходящие от слоев V и VI, вне новой коры связываются с таламусом, стволом мозга и спинным мозгом. Нейроны слоя IV принимают синаптические (входные) сигналы от нейронов, находящихся вне новой коры, особенно в таламусе. В разных отделах мозга число слоев коры может незначительно изменяться. В моторной коре слой IV очень тонкий, поскольку в этой зоне он практически не принимает сигналов от таламуса, ствола мозга или спинного мозга. Напротив, в затылочной доле (зоне новой коры, ответственной за зрение) слой IV имеет три дополнительных подслоя, поскольку в эту область приходит множество сигналов, в том числе от таламуса.

Важнейшая особенность новой коры — удивительная однородность ее основных структур. Впервые это заметил американский нейробиолог Вернон Маунткасл (1918–2015). В 1957 г. он открыл колончатую структуру новой коры. В 1978 г. он обнаружил закономерность, которая была так же важна для нейробиологии, как эксперименты Майкельсона и Морли в 1831 г. для физики. Он описал удивительно однородную организацию новой коры и высказал гипотезу, в соответствии с которой кора построена по единому принципу, воспроизводимому множество раз[33], а в качестве основного модуля этой структуры Маунткасл назвал кортикальную колонку. Изменение высоты некоторых слоев в различных отделах мозга объясняется лишь разным числом связей этих отделов с другими структурами.

Маунткасл предположил, что колонки состоят из миниколонок, но эта гипотеза не получила поддержки, поскольку не было найдено никаких видимых границ подобных структур. Однако активные экспериментальные исследования показали, что, действительно, в нейронной ткани каждой колонки имеются повторяющиеся единицы. Я считаю, что основной структурной единицей новой коры являются распознающие модули. В отличие от мини-колонок Маунткасла, эти модули не разделены никакими физическими границами, поскольку расположены очень близко друг к другу и связаны между собой, так что кортикальная колонка — это просто агрегат большого числа таких модулей. Со временем распознающие модули могут скручиваться друг с другом, так что сложное соединение модулей, которое мы наблюдаем в новой коре, не определяется генетическим кодом, а формируется постепенно в зависимости от тех образов, которые нам приходится распознавать. Я подробнее остановлюсь на этом позднее; важно, чтобы вы поняли, как организована новая кора.

Прежде чем мы продолжим исследовать структуру новой коры, хочу заметить, что чрезвычайно важно осуществлять моделирование поведения сложных систем на правильно выбранном уровне. Хотя химия теоретически основана на физике и может быть выведена из законов физики, на практике сделать это невозможно, поэтому химия создала собственные законы и модели. Аналогичным образом из законов физики можно вывести законы термодинамики, но, если у нас имеется достаточное количество частиц, чтобы мы могли назвать их скопление газом, решение физических уравнений для взаимодействий всех частиц становится безнадежным делом, а вот законы термодинамики отлично работают. Точно так же биология создала свои собственные законы и модели. Единственная клетка поджелудочной железы чрезвычайно сложна, особенно если мы рассматриваем ее поведение на уровне молекул; значительно проще осуществить моделирование функций клеток поджелудочной железы в регуляции уровня инсулина и пищеварительных ферментов.

Тот же принцип применим к моделированию и изучению функций мозга. Безусловно, важной и необходимой задачей для проектирования мозга является создание моделей взаимодействий на межмолекулярном уровне, однако цель всего процесса главным образом заключается в уточнении модели, которая описывает, каким образом мозг перерабатывает информацию, превращая ее в знания.

Американский ученый Герберт А. Саймон (1916–2001), которого считают одним из отцов теории искусственного интеллекта, очень красочно выразился по поводу того, насколько важно выбрать правильный уровень абстракции для анализа сложных систем. В 1973 г. по поводу созданной им программы искусственного интеллекта ЕРАМ (elementary perceiver and memorizer) Саймон писал следующее: «Представьте себе, что вы хотите понять имеющуюся у меня загадочную программу ЕРАМ. Я могу дать вам две версии этой программы. Первая версия — это та, в которой программа была исходно написана, — со всеми составляющими ее компонентами и подпрограммами… Вторая — полностью трансформированная версия ЕРАМ, переведенная на машинный язык… Я думаю, не стоит долго объяснять, какая версия представляет более краткое, значимое и понятное описание… Третью я вам предлагать не стану, поскольку это окажется даже не программа, а электромагнитные уравнения и граничные условия, которым компьютер как физическая система должен подчиняться. И это будет кульминация сокращения и непостижимости»[34].

В новой коре человека содержится около полумиллиона кортикальных колонок, каждая из которых составляет около 2 мм в высоту и 0,5 мм в ширину и содержит около 60 тыс. нейронов (таким образом, в сумме в новой коре содержится около 30 млрд нейронов). В общем, каждый распознающий модуль кортикальной колонки содержит около 100 нейронов, а всего в новой коре имеется порядка 300 млн распознающих модулей.

Теперь мы обратимся к рассмотрению механизмов работы распознающих модулей, однако должен заметить, что, честно говоря, совершенно непонятно, с чего же следует начинать. В новой коре все происходит одновременно, так что в этих процессах нет ни начала, ни конца. Мне часто придется упоминать явления, которые я еще не объяснил, а только собираюсь объяснить, так что прошу вас запастись терпением.

Человек лишь в небольшой степени способен к логическим размышлениям, зато прекрасно умеет распознавать образы. Для логического мышления нам приходится использовать новую кору, которая и является большим распознающим модулем. Это далеко не идеальный механизм для осуществления логических преобразований, но другого у нас нет. Сравним, к примеру, как играют в шахматы человек и специальная компьютерная программа. В 1997 г. компьютер DeepBlue, обыгравший чемпиона мира среди людей Гарри Каспарова, был способен за секунду логически анализировать последствия 200 млн комбинаций на доске (то есть последовательностей ходов и ответных ходов). Сейчас на такое способны некоторые персональные компьютеры. Каспаров в ответ на вопрос, сколько комбинаций он может анализировать за секунду, ответил, что менее одной. Как же в таком случае он вообще мог сражаться против DeepBlue? Ответ заключается в исключительной способности человека распознавать образы. Однако эту способность нужно тренировать — вот почему не каждый из нас мастерски играет в шахматы.

Каспаров знал примерно 100 тыс. шахматных комбинаций. Это реальное число — по нашим расчетам, специалист в какой-либо сфере деятельности должен уметь оперировать примерно 100 тыс. «элементами» знаний. В пьесах Шекспира использовано около 100 тыс. предложений (в которых задействовано около 29 тыс. слов, но большинство из них использовано разными способами). Анализ медицинской экспертной системы, созданной для воспроизведения знаний обычного врача, показал, что врач оперирует примерно 100 тыс. понятий в своей области. Распознавание «элемента» знаний из такого хранилища информации является далеко не простой задачей, поскольку все элементы слегка изменяются при каждом новом обращении к ним.

Вооруженный этими знаниями, Каспаров смотрит на шахматную доску и сравнивает каждую конкретную комбинацию со всеми знакомыми ему 100 тыс. комбинаций, причем все 100 тыс. сравнений он производит одновременно. В этом вопросе наблюдается полный консенсус: все наши нейроны одновременно участвуют в обработке изображения. Это не означает, что все они одновременно возбуждаются (в такой ситуации мы, возможно, не могли бы удержаться на ногах), но выполнение их функции подразумевает возможность возбуждения.

Сколько образов может хранить новая кора? Здесь необходимо учесть явление избыточности. Например, лицо любимого человека хранится не в виде единого образа, а записано тысячи раз. Некоторые из этих повторов представляют собой изображения практически одного и того же лица, тогда как другие показывают его в разных ракурсах, при разном освещении, с разным выражением и т. д. Никакие из этих повторяющихся образов не хранятся в виде истинных рисунков (то есть в виде двумерного набора пикселов). Скорее, они хранятся в виде списков признаков, в которых составные элементы образа сами являются образами. Чуть позже мы подробнее поговорим о том, как устроена эта иерархия признаков.

Если принять, что база знаний специалиста в какой-либо области состоит из 100 тыс. «единиц» знания (то есть образов) при избыточности примерно 100:1, получается, что мозг хранит около 10 млн образов. Эти специфические знания основаны на более общих знаниях и дополняются более глубокими и узкоспециальными знаниями, так что общее число образов повышается до 30 или 50 млн. Однако наши «бытовые» знания, которые мы используем в каждодневной жизни, еще шире; знание «законов улицы» требует от нашей новой коры значительно больше, чем «книжное знание». Если учесть эти бытовые знания и упомянутый выше фактор избыточности, мы получим, что общее число образов, хранящихся в нашей новой коре, превышает 100 млн. Отметим, что фактор избыточности не постоянная величина — часто используемые образы могут повторяться тысячи раз, а новые явления имеют фактор избыточности менее десяти.

Как я расскажу позднее, наши действия и навыки также составляют образы и тоже хранятся в отделах коры, так что, по моим оценкам, общий объем информации в человеческой новой коре составляет несколько сотен миллионов образов. Эта приблизительная оценка вполне соответствует числу распознающих элементов коры, которое, как мы уже определили, составляет около 300 млн. Поэтому вполне резонно предположить, что функция каждого распознающего элемента новой коры состоит в обработке одной итерации образа (то есть одной копии среди множества повторяющихся копий образов). Наши оценки числа образов, которые может обрабатывать человеческий мозг (с учетом необходимой избыточности), и числа физических распознающих элементов привели нас к величинам одного порядка. Замечу, что, когда я говорю об «обработке» образа, я имею и виду все процессы, которые мы можем с ним (и его частями) проделать: изучить, предсказать, узнать и использовать (либо путем дальнейшего осмысления, либо путем применения образа физического перемещения).

Процессор, обрабатывающий 300 млн образов, кажется весьма серьезным аппаратом; и действительно, он позволил Homo sapiens создать устную и письменную речь, все наши многочисленные инструменты и творения. Одни изобретения вызывали к жизни другие, что привело к экспоненциальному росту информационного содержания технологий, который я описываю с помощью закона ускорения отдачи. Никакие другие существа не способны на такое. Как я уже говорил, ряд животных, включая шимпанзе, по-видимому, обладают рудиментарными способностями понимать и произносить слова, а также использовать примитивные орудия. У них, вообще говоря, тоже есть новая кора, однако их способности ограничиваются небольшим размером коры, особенно лобных долей. Размер нашей новой коры позволил нам создавать еще более мощные инструменты, включая те, которые теперь помогают нам изучать собственный разум. Когда-нибудь наш мозг вместе с созданными нами технологиями позволит сотворить искусственную новую кору, и которой будет не 300 млн процессоров, а значительно больше. Может быть, миллиард? Или триллион?

Теория мысленного распознавания образов, которую я хочу нам представить, основана на распознавании образов распознающими модулями новой коры. Эти образы (и модули) организованы иерархическим путем. Ниже я расскажу о том, как возникла эта идея, в том числе поведаю о собственных экспериментах 1980–1990-х гг. и о модели коры Джефа Хокинса и Дайлипа Джорджа, созданной в начале 2000-х гг.

Каждый образ (распознаваемый одним из примерно 300 млн распознающих модулей новой коры) состоит из трех элементов. Первый — это входной сигнал из образов низшего порядка, формирующих основной образ. Нет необходимости в повторении описания каждого из этих образов низшего порядка для каждого образа более высокого порядка, в котором они содержатся. Например, многие образы слов содержат букву «А». Нет нужды повторять описание буквы «А» во всех этих образах слов — они используют одно и то же описание. Это можно сравнить со страничкой в Интернете: в Интернете есть одна страница с описанием буквы «А» (один образ), и все страницы для слов (образы слов), содержащих букву «А», связаны с этой страницей (с образом буквы «А»). Вместо ссылок новая кора использует реальные нервные связи. Аксон от модуля, распознающего букву «А», связан с множеством дендритов — по одному для каждого слова с буквой «А». Но не забывайте и об избыточности коры: для распознавания буквы «А» существует несколько модулей. Любой из них может посылать сигнал модулям, распознающим слова с буквой «А».

Второй элемент каждого образа — его имя. Если речь идет о звуковых образах, этот образ более высокого порядка — просто слово, например «яблоко» (apple). Хотя мы напрямую применяем новую кору для понимания и использования речи, большинство образов в коре не являются языковыми образами. «Имя» образа и новой коре — это просто аксон, выходящий из каждого модуля; возбуждение аксона означает распознавание соответствующего образа. Возбуждение аксона означает, что распознающий модуль «называет имя» образа: «Эй, ребята, я увидел слово „яблоко“!»

Три повторяющихся (но слегка отличных друг от друга) образа «А» включаются в образы более высокого порядка, содержащие букву «А».

Третий и последний элемент образа — это набор образов более высокого порядка, в состав которых он входит. Для буквы «А» это все слова с буквой «А». Здесь вновь уместно сравнение с веб-страницей. Каждый распознанный образ более низкого порядка запускает распознавание образа более высокого порядка, содержащего первый образ. В новой коре эти связи осуществляются дендритами, соединяющимися с нейронами в каждом распознающем модуле коры. Помним, что каждый нейрон может получать сигналы от множества дендритов, но выдает единственный сигнал на аксон. Этот аксон, однако, может, в свою очередь, передавать сигнал множеству дендритов.

В качестве примера рассмотрим набор знаков, использующихся для изображения печатных букв. Здесь каждый уровень — это образ. Формы — это образы, буквы — образы, слова — тоже образы.

Каждый образ характеризуется серией входных сигналов, процессом распознавания образа в модуле и выходным сигналом, поступающим к распознающему модулю более высокого порядка.

Из нижней левой точки к центру верхней линии:

Из нижней правой точки к центру верхней линии:

Горизонтальная перекладина:

Левая вертикаль:

Дуга в нижней области:

Нижняя горизонталь:

Верхняя горизонталь:

Средняя горизонталь:

Петля в верхней левой области:

Перечисленные образы составляют образ более высокого порядка, относящийся к категории печатных букв (в новой коре, конечно, таких формальных категорий не существует).

Буква А:

Два разных образа, составляющих букву «А» и два разных образа более высокого порядка (APPLE и PEAR), в состав которых входит «А».

Буква Р:

Образы, из которых складывается образ более высокого порядка — буква «Р».

Буква L:

Образы, из которых складывается образ более высокого порядка — буква «L».

Буква E:

Образы, из которых складывается образ более высокого порядка — буква «E».

Эти образы букв соединяются в образ еще более высокого порядка, относящийся к категории слов (в нашем с вами языке — для новой коры это лишь образ определенного порядка): APPLE.

В другой части коры имеет место аналогичная иерархия распознающих модулей, участвующих в обработке образов реальных объектов (а не печатных букв). Если вы смотрите на настоящее яблоко, модули низшего уровня находят округлые формы и образы цвета кожицы, в результате чего происходит возбуждение соответствующего аксона и подается знак: «Эй, ребята, я увидел настоящее яблоко!» Возбуждение аксонов распознающих модулей в слуховой коре, участвующих в определении частоты звуковых сигналов, в ответ на произнесенное кем-то слово «яблоко» даст знак: «Только что прозвучало слово „яблоко“!»

Опять же, помним об избыточности модулей — мы имеем не по одному распознающему модулю для каждого вида яблока (увиденного или услышанного слова «яблоко» и реального яблока). Скорее всего, происходит возбуждение сотен таких модулей, если не больше. Избыточность не только повышает вероятность успешного узнавания всех форм яблока, но и помогает распознавать варианты настоящих яблок. Существуют распознающие модули для узнавания самых разных видов яблок — всех сортов, цветов и форм.

Кроме того, не забываем о том, что описанная выше иерархия является иерархией понятий. Распознающие элементы на самом деле не выстраиваются каким-либо иерархическим образом относительно друг друга; новая кора тонкая и по высоте равна лишь одному распознающему элементу. Концептуальная иерархия создается за счет взаимодействий между отдельными распознающими элементами.

Важным элементом теории мысленного распознавания образов является описание процесса распознавания в каждом распознающем модуле. В модель заложен параметр «веса» входного сигнала каждого дендрита; этот параметр определяет важность данного сигнала для распознавания. Модули характеризуются пороговым значением возбуждения (преодоление этого значения говорит о том, что сигнал успешно узнается соответствующим распознающим модулем). Для возбуждения распознающего модуля не обязательно нужны все входные сигналы. Модуль может возбуждаться, например, при отсутствии входного сигнала с малым весом, но при отсутствии важного сигнала возбуждение вряд ли возможно. Возбуждение распознающего модуля обычно означает следующее: «Образ, за узнавание которого я отвечаю, скорее всего, присутствует».

Однако успешное распознавание модулем соответствующего образа заключается не только в подсчете входных сигналов (и в учете параметра их значимости). Важна также величина сигнала. Каждый входной сигнал, кроме того, описывается параметром, указывающим ожидаемую величину сигнала, и параметром, учитывающим вариабельность этой величины. В качестве примера рассмотрим распознающий модуль, ответственный за узнавание в речи слова steep (произносится «стиип» — «крутой», «высокий»). Слово состоит из четырех звуков: [s], [t] [e] и [p]. Звук [t] относится к так называемым зубным согласным; это означает, что звук производится воздухом, нарушающим контакт между языком и верхними зубами. Звук [t] практически невозможно произносить медленно. Глухой звук [p] относится к «взрывным согласным»; он образуется при открытии блокированного голосового тракта (перекрытого губами в случае [p]). Это тоже быстрый звук. Гласный звук [e] образуется за счет резонанса голосовых связок при открытом рте. Он относится к долгим гласным звукам, то есть длится гораздо дольше, чем согласные [t] и [p], однако его длительность может изменяться в широких пределах. Звук [s] относится к свистящим согласным; он возникает при прохождении воздуха через щель между сжатыми зубами. Его длительность обычно меньше, чем у долгих гласных звуков, таких как [e], но тоже может изменяться (звук [s] можно произнести быстро, а можно протянуть).

В нашей работе по распознаванию речи мы установили, что для распознавания звуковых образов этот тип информации должен быть закодирован. Например, слова steep и step (произносится «стэп» — «шаг», «этап») достаточно похожи. Хотя звуки [e] в слове step и [e] в слове steep звучат немного по-разному (имеют разные резонансные частоты), нельзя достоверно различить эти два слова лишь на этом основании. Гораздо надежнее основываться на длительности звучания гласных в этих двух словах: [e] в слове step звучит короче, чем [e] в слове steep.

Эту информацию можно закодировать с помощью двух параметров — ожидаемой величины (в данном случае длительности) и степени ее вариабельности. В нашем примере звуки [t] и [p] в слове steep характеризуются очень малой ожидаемой длительностью и малой вариабельностью (это означает, что мы не ожидаем услышать долгих звуков [t] и [p]). Звук [s] характеризуется малой ожидаемой длительностью, но большей вариабельностью, поскольку этот звук можно протянуть. Наконец, звук [e] имеет большую ожидаемую длительность и высокую степень вариабельности.

В этом примере величина — это длительность, но длительность — лишь одна из нескольких возможных характеристик величины сигнала. В нашей работе по распознаванию знаков мы обнаружили, что для распознавания печатных букв важна соответствующая пространственная информация (например, ожидается, что точка над i будет значительно меньше палочки). На более высоком понятийном уровне новая кора имеет дело с самыми разными совокупностями информации, такими как уровень притягательности, иронии, удовольствия, расстройства, и множеством других. Мы можем найти сходство между еще более различающимися совокупностями, чем Дарвин, который связал размер геологических разломов с различиями между видами организмов.

Источником данных параметров для головного мозга является собственный опыт мозга. Когда мы родились, мы ничего не знали о фонемах (звуковых единицах языка), кроме того, разные языки очень сильно различаются по фонетическим характеристикам. Это означает, что многочисленные примеры образа записываются в виде параметров для каждого распознающего модуля (поскольку ожидаемое распределение величин входных сигналов определяется в результате множества экспозиций). В некоторых программах искусственного интеллекта такие параметры кодируются экспертами (например, лингвисты могут назвать ожидаемую длительность различных фонем). В ходе наших исследований мы поняли, что лучше заставить программу самостоятельно определить параметры на основе тренировочных данных (примерно так, как это делает мозг). Иногда мы использовали смешанный подход, то есть снабжали систему человеческой интуицией (для начальных установок параметров), а затем заставляли ее уточнить эти оценки путем обучения на реальных речевых примерах.

Что же делает распознающий модуль? Он вычисляет вероятность (основанную на предыдущем опыте) того, что тот образ, за распознавание которого он отвечает, действительно представлен активными входными сигналами. Каждый поступающий на модуль сигнал активен в том случае, если возбужден соответствующий распознающий модуль более низкого порядка (это означает, что произошло распознавание образа более низкого порядка). Каждый входной сигнал также кодирует наблюдаемую величину сигнала (в подходящем измерении — в единицах времени, каких-то физических величин или иных параметров), так что эти величины сравниваются модулем с соответствующими величинами предыдущих сигналов для расчета вероятности того, что это «правильный» образ.

Как мозг (и система искусственного интеллекта) рассчитывает общую вероятность присутствия образа (за распознавание которого отвечает соответствующий модуль) на основании: 1) входных сигналов (определенной величины), 2) предыдущих параметров величины (ожидаемая величина и ее вариабельность) каждого сигнала и 3) значимости каждого сигнала? Для определения этих параметров и их использования для изучения иерархии образов в 1980-х и 1990-х гг. я и некоторые другие ученые предложили математический метод, называемый методом скрытых моделей Маркова. Мы применили этот подход для распознавания и понимания человеческой речи. Я опишу его и седьмой главе.

В примере с распознаванием слов, идущем от образов низшего порядка к образам высшего порядка, мы видим, как строится иерархия информационного потока от отдельных элементов букв к целым буквам, а затем к словам. Далее процесс распознавания поднимается до уровня фраз и более сложных речевых конструкций. Если мы поднимемся выше еще на несколько десятков уровней, мы дойдем до таких концептуальных образов, как ирония или зависть. Хотя все распознающие модули функционируют одновременно, продвижение по этой иерархической лестнице должно занимать определенное время. Переход с одного уровня на другой занимает от сотых до десятых долей секунды. Эксперименты показывают, что узнавание такого образа средней сложности, каким является человеческое лицо, происходит за десятые доли секунды. Если образ сильно изменен, процесс распознавания может длиться целую секунду. Если бы мозг функционировал последовательно (как обычный компьютер) и распознавал все образы в иерархическом порядке, он должен был бы обрабатывать каждый образ низшего уровня и лишь затем переходить к образам следующих уровней. В таком случае он должен был бы совершать миллионы циклов распознавания при переходе от одного уровня к другому. Именно это происходит, когда мы моделируем данный процесс на компьютере. Не будем забывать, однако, что компьютеры функционируют в миллионы раз быстрее биологических систем.

Очень важно обратить внимание на то, что поток информации не только поднимается по иерархической лестнице, но и опускается по ней. Этот нисходящий поток информации чрезвычайно важен. Например, если мы читаем слева направо и уже увидели и узнали буквы А, Р, Р и L, модуль, ответственный за распознавание слова apple, предскажет, что, скорее всего, в следующей позиции окажется буква E. Он отправит сигнал вниз модулю, ответственному за распознавание буквы E, и сообщит: «будь внимателен, вероятно, очень скоро возникнет образ буквы E». Модуль, распознающий букву E, скорректирует пороговые параметры в соответствии с высокой вероятностью появления буквы E. И если на месте следующей буквы возникает образ, напоминающий E, но искаженный таким образом, что «в нормальных условиях» он не был бы воспринят как E, теперь распознающий модуль узнает в нем E, поскольку таковы были его ожидания.

Таким образом, новая кора предсказывает события. Необходимость предсказания будущего — одна из главных причин появления у нас новой коры. На высшем понятийном уровне мы постоянно осуществляем предсказания — кто сейчас войдет в дверь, что именно скажет этот человек в следующий момент, что мы увидим за углом, какими будут результаты наших действий и т. д. Эти предсказания непрерывно осуществляются в новой коре на всех уровнях иерархии. Мы часто путаем людей, предметы и слова из-за слишком низкого порогового значения для подтверждения ожидаемого образа.

Кроме положительных сигналов, существуют также отрицательные (ингибирующие) сигналы, указывающие на сниженную вероятность появления того или иного образа. Эти сигналы могут поступать с более низкого уровня иерархии (например, если я вижу у человека в очереди усы, понижается вероятность того, что это моя жена) или с более высокого уровня (например, я знаю, что моя жена отправилась в путешествие, поэтому человек в очереди — не она). Когда распознающий модуль получает ингибирующий сигнал, он повышает порог распознавания, но возбуждение все еще возможно (так что, если человек в очереди — действительно моя жена, я все-таки смогу ее узнать).

Давайте более подробно поговорим о том, как кодируются образы. Если образ — это лицо человека, данные о нем представляются как минимум в двух измерениях. Но мы не можем сказать, что первой подается информация, скажем, о глазах, потом о носе и т. д. То же самое относится и к восприятию звука. Музыкальная информация также имеет как минимум два измерения. Пьесу может исполнять не один, а несколько инструментов или голосов. Кроме того, одна нота, исполненная на сложном инструменте, таком как фортепьяно, содержит несколько частот. Голос человека одновременно раскладывается на множество составляющих с разной энергией и частотой. Так что звуковой образ в каждый конкретный момент времени может быть сложным, плюс растягиваться во времени. Тактильные сигналы тоже двумерные, поскольку кожа — двумерный чувствительный орган, и, опять-таки, возможно изменение этих сигналов к третьем, временном, измерении.

Таким образом, кажется очевидным, что образы передаются на распознающие модули новой коры в виде двумерных или трехмерных сигналов. Однако структура новой коры такова, что входные сигналы не могут иметь больше одного измерения.

Наши исследования в области создания искусственных систем распознавания образов (речевых и зрительных) показывают, что мы можем представлять (и действительно представляем) двумерные и трехмерные явления в виде одномерных списков. О том, как это происходит, я расскажу в седьмой главе, а теперь мы просто должны принять, что входной сигнал на каждый распознающий модуль представляет собой одномерный список, даже если сам образ не является одномерным.

Здесь я должен обратить ваше внимание на тот факт, что образы, которые мы научились распознавать (например, образ конкретной собаки или «собаки» вообще, музыкальную ноту или музыкальную пьесу), организованы в соответствии с тем же самым механизмом, что и наши воспоминания. Наши воспоминания на самом деле представляют собой организованные в виде списков образы (и каждый пункт в каждом списке соответствует отдельному образу в иерархии новой коры), которые мы выучили и распознали под действием соответствующего стимула. Воспоминания хранятся в новой коре, чтобы быть узнанными.

Единственное исключение из этого правила относится к низшему понятийному уровню, на котором входные сигналы образа несут специфическую сенсорную информацию (например, изображение, поступающее от зрительного нерва). Однако даже этот образ низшего уровня в значительной мере трансформируется в более простые образы к моменту его поступления в кору головного мозга. Списки образов, составляющих воспоминание, организованы в хронологическом порядке, и мы можем «вспомнить наши воспоминания» только в этом порядке, вот почему нам бывает трудно обратить нашу память вспять.

Воспоминание возникает в ответ на какую-либо мысль или другое воспоминание (что одно и то же). Действие этого механизма запуска воспоминания можно пронаблюдать на примере восприятия образа. Если мы различили буквы А, Р, Р и L, образ слова APPLE предсказывает, что мы сейчас увидим букву E, и запускает образ E, который теперь является ожидаемым. Таким образом, наша новая кора «думает», что видит букву E, еще до того, как мы ее увидели на самом деле. Если такое конкретное взаимодействие в коре привлекло наше внимание, мы будем думать о букве E до того, как увидим ее, и даже если ее не увидим. Аналогичный механизм запускает воспоминания.

Обычно существует целая цепочка подобных связей. Даже если нам кажется, что мы понимаем, какие воспоминания (то есть образы) вызвали в памяти старые воспоминания, следует понять, что воспоминания (образы) не имеют языковых или визуальных ярлыков. Вот почему иногда кажется, что старые воспоминания возникают внезапно. Возможно, они хранились, не активируясь, годами и были запущены по тому же механизму, как страничка в Интернете активируется по ссылке. И, подобно страничке в Интернете, которая может остаться «сиротой», если больше нет других страниц, дающих на нее ссылку, то же может происходить и с нашими воспоминаниями.

Наши мысли активируются направленным или ненаправленным образом в соответствии с описанными выше кортикальными связями. При ненаправленной активации эти связи действуют самостоятельно, то есть мы не пытаемся направить их в какую-то определенную сторону. Например, по такому принципу осуществляются некоторые виды медитации (в частности, практикуемая мной трансцендентальная медитация). Так же устроены сны.

При направленном способе мышления мы пытаемся пойти более упорядоченным путем, вызывая воспоминание (например, какую-то историю) или решая проблему. Однако и в одном, и в другом случае нам приходится пробираться сквозь списки образов, хранящихся в нашей новой коре. Таким образом, общий ход нашей мысли — весьма разупорядоченный процесс, ярко отраженный Джеймсом Джойсом в его манере «потока сознания».

Когда мы мыслим, используя наши воспоминания (истории или образы) — касаются ли они встреченной на прогулке молодой мамы с ребенком в коляске или первого знакомства с собственной женой, — эти воспоминания состоят из последовательностей образов. Поскольку образы не помечены словами, звуками или картинками, при попытке вспомнить какое-то событие нам приходится восстанавливать изображения в голове, поскольку никаких реальных изображений не существует.

Если бы мы захотели «прочесть» чьи-то мысли и точно описать, что же происходит в новой коре, было бы чрезвычайно сложно интерпретировать воспоминания этого человека — вне зависимости от того, были бы это хранящиеся в коре образы, ожидающие того момента, когда их вызовут в качестве воспоминаний, или те, которые в данный момент активно обрабатываются в виде текущих мыслей. Мы бы «увидели» одновременную активацию миллионов распознающих модулей. Через сотую долю секунды мы бы обнаружили, что активирован другой набор примерно такого же числа модулей. Каждый такой образ был бы списком других образов, а каждый из тех — списком третьих и так далее до самых примитивных образов на самом нижнем уровне. Было бы чрезвычайно сложно определить, что означают образы высоких порядков, если не скопировать всю информацию на каждом уровне новой коры. Таким образом, каждый образ в коре имеет какое-то значение исключительно в свете всей информации, находящейся ниже него на иерархической лестнице. Более того, другие образы того же уровня и более высоких уровней тоже важны для интерпретации конкретного образа, поскольку обеспечивают контекст для его интерпретации. Поэтому истинное чтение мыслей требовало бы не только поиска активированных аксонов в голове человека, но и анализа всей новой коры со всеми воспоминаниями, что помогло бы интерпретировать активацию аксонов.

Когда речь идет о нас самих, мы «знаем», что означают наши мысли или воспоминания, но они не существуют в виде легко объяснимых мыслей или наборов изображений. Если мы хотим поделиться ими с другими людьми, нам нужно облечь их в речевую форму. Эту задачу тоже выполняет новая кора с помощью распознающих модулей, натренированных на образах, которыми мы пользуемся для речевого общения. Язык сам по себе обладает строгой иерархией и эволюционировал таким образом, чтобы использовать иерархическую природу новой коры, которая, в свою очередь, отражает иерархическую природу реальности. Врожденная способность человека познавать иерархическую структуру языка, о которой писал Ноам Хомский[35], отражает структуру новой коры. В статье 2002 г. Хомский называет рекурсию уникальной особенностью человеческой речи[36]. Согласно Хомскому, рекурсия — это способность соединить мелкие элементы в более крупный элемент, а затем использовать этот более крупный элемент в качестве составной части еще одной структуры, и так до бесконечности. Действуя по такому принципу, мы можем выстраивать сложные структуры предложений, фраз и абзацев из ограниченного набора слов. Хотя Хомский в этой статье не говорил о структуре мозга, описанная им функция — именно то, что делает новая кора.

Низшие виды млекопитающих активно используют новую кору в своей каждодневной жизни. Люди приобрели дополнительные способности благодаря значительному увеличению размера коры в связи с формированием устного и письменного языка. Одни люди владеют этими способностями лучше, другие хуже. Если мы вынуждены пересказать какую-то историю много раз подряд, мы начнем заучивать фразы в виде набора отдельных предложений. Но даже в этом случае наши воспоминания являются не прямой последовательностью слов, а скорее языковыми структурами, которые мы должны переводить в специфические фразы при каждом пересказе. Вот почему всякий раз мы пересказываем историю чуточку иначе (если только не заучиваем точную последовательность слов как единый образ).

При описании специфических мыслительных процессов нельзя забывать об избыточности коры. Как я уже говорил, важные элементы нашей жизни, вне зависимости от того, относятся ли они к категории ощущений, речи или воспоминаний, записаны в нашей голове не по одному разу. Каждый важный образ на каждом уровне повторяется множество раз. В некоторых случаях это простые повторы, а иногда — те же образы, но в другом ракурсе. Именно поэтому мы можем узнать знакомое лицо в разной ориентации и при разной освещенности. Избыточность характерна для каждой ступени иерархической лестницы, что позволяет распознавать различные вариации образов и понятий.

Итак, если бы мы захотели изучить процессы в нашей новой коре, например, в тот момент, когда смотрим на любимого человека, мы бы обнаружили множество возбужденных аксонов распознающих модулей всех уровней — от модулей, распознающих самые простые чувственные образы, до многих других, распознающих изображение близкого человека. Мы бы также обнаружили возбуждение многих других клеток, реагирующих на различные аспекты ситуации: движения человека, его слова и т. д. Таким образом, картина гораздо шире, чем просто упорядоченное перемещение по иерархической лестнице.

Компьютерная симуляция одновременного возбуждения множества распознающих модулей новой коры.

В первой главе я уже писал о том, что нам удается распознать образ, даже если он представлен не целиком или в искаженном виде. Первая способность, называемая самоассоциацией, заключается в умении ассоциировать образ и его часть. Структура каждого распознающего модуля позволяет реализовать эту функцию.

В процессе распознавания каждый сигнал поднимается от распознающего модуля более низкого уровня к модулю более высокого уровня, и эта связь имеет определенный «вес», указывающий на важность этого конкретного элемента в общем образе. Более важные элементы имеют больший вес при распознавании образа. Таким образом, бородка Линкольна, бачки Пресли и знаменитый высунутый язык Эйнштейна, по-видимому, имеют большой вес в тех образах, с которыми у нас ассоциируются эти знаменитости. Распознающие модули рассчитывают фактор вероятности, учитывающий параметр значимости элемента. Таким образом, общая вероятность распознавания снижается, если один или несколько элементов отсутствуют, но порог узнавания все же может быть преодолен. Как я уже говорил, расчет общей вероятности присутствия образа сложнее, чем расчет просто взвешенной суммы, в которой величина параметров тоже учитывается.

Если распознающий модуль получил сигнал от модуля более высокого уровня об «ожидании» образа, пороговое значение понижается (то есть его легче достичь). В альтернативном варианте такой сигнал может просто прибавляться к остальным входным сигналам, компенсируя недостающий элемент. Это происходит на всех уровнях, так что такой образ, как лицо, находящийся на несколько уровней выше базового, может быть распознан даже при отсутствии нескольких элементов.

Способность распознавать трансформированные образы называется инвариантностью и реализуется четырьмя способами. Во-первых, важные превращения образа происходят до того, как сигналы попадают в новую кору. О передаче сигнала от кожи, глаз и ушей мы поговорим в разделе «Сенсорное восприятие».

Второй способ основан на избыточности информации, хранящейся в новой коре. Особенно если речь идет о важных или распространенных вещах, мы многократно встречаемся с разными вариантами и ракурсами одного и того же образа. Поэтому в новой коре независимо хранится и обрабатывается множество вариантов таких образов.

Третий и самый мощный способ заключается в способности объединять два списка. В одном может содержаться набор трансформаций, которые способны происходить с определенной категорией образов. Новая кора применит этот список возможных трансформаций к другому образу. Именно так мы понимаем речевые приемы типа метафор и сравнений.

Например, мы постепенно узнаём, что некоторые фонемы в разговорной речи могут выпадать (например, «кода» вместо «когда»). Если затем мы слышим другое слово (например, «всегда»), то узнаём его, даже если в нем отсутствует одна из фонем («вседа»), поскольку уже знакомы с явлением выпадения некоторых фонем. Другой пример. Мы знаем, что какой-то актер любит подчеркивать (увеличивать) размеры части лица (например, носа). Это позволяет нам узнать знакомое лицо, с которым проделан такой же трюк, даже если раньше с этим лицом подобные модификации не производились. Некоторые варианты актерского грима подчеркивают те самые черты, которые распознаются распознающими модулями новой коры. На этом же строится прием карикатуры.

Четвертый метод основан на величине параметров и позволяет одному модулю кодировать множество примеров образа. Например, мы много раз слышали слово steep. Модуль, ответственный за распознавание этого слова в речи, может кодировать множество примеров его произношения с разной длительностью [E]. Если все модули, распознающие слова с [E], обладают этим общим свойством, такая вариабельность должна быть зарегистрирована в самом образе [E]. Однако разные слова с этим звуком (а также со многими другими фонемами) могут различаться по параметру ожидаемой вариабельности. Например, слово peak (читается «пик») не содержит фонемы [E], как в слове steep.

До сих пор мы говорили о том, как мы распознаём (сенсорно-перцептивными методами) образы и вызываем в памяти последовательности образов (наши воспоминания о вещах, людях или событиях). Однако, когда мы родились, ничего этого в нашей новой коре не было. При формировании мозга новая кора девственно чиста. Она обладает способностью учиться и, следовательно, создавать связи между распознающими модулями, но все эти связи появляются только с опытом.

Процесс обучения начинается еще до нашего рождения — одновременно с биологическими процессами в развивающемся мозге. У месячного зародыша уже есть головной мозг, хотя он пока еще напоминает мозг рептилии, поскольку в процессе внутриутробного развития зародыш в ускоренном темпе проходит все этапы эволюции. К третьему триместру беременности мозг плода — уже очевидно человеческий мозг с человеческой новой корой. В этот период плод набирается определенного опыта, и его новая кора обучается. Он слышит звуки, особенно сердцебиение матери, кстати, это одна из возможных причин, объясняющих ритмичность музыки во всех человеческих культурах. Музыка является составной частью культуры всех известных на сегодня человеческих цивилизаций, чего нельзя сказать о других видах искусства, например о живописи. Кроме того, музыкальные ритмы сравнимы с ритмом нашего сердца. Конечно, музыкальные ритмы сильно различаются, иначе было бы неинтересно, но и ритмы сердца тоже различаются. Между прочим, абсолютно регулярное биение сердца является симптомом заболевания. Через 26 недель после зачатия глаза плода начинают открываться, а через 28 недель — практически постоянно открыты. Внутри матки мало интересного, но новая кора плода начинает распознавать образы света и темноты.

Таким образом, опыт новорожденного ребенка весьма ограничен. Новая кора может учиться и у старого мозга (мы поговорим об этом в четвертой главе), но, в общем, ребенку предстоит многое узнать, начиная от распознавания самых примитивных звуков и форм и заканчивая метафорами и сарказмом.

Обучение играет важнейшую роль в формировании человеческого разума. Если бы мы смогли создать идеальную модель человеческой новой коры (что и планируется сделать в рамках проекта Blue Brain) и всех других отделов мозга, которые нужны для его функционирования (таких как гиппокамп и таламус), такой мозг мало на что был бы способен — как и мозг новорожденного ребенка (за исключением того, чтобы делать этого ребенка милым, поскольку это важнейшее условие выживания).

Обучение и распознавание происходят одновременно. Мы начинаем обучаться сразу, и как только мы изучили образ, мы сразу же начинаем его узнавать. Новая кора постоянно пытается определить смысл поступающих в нее сигналов. Если какой-то иерархический уровень не справляется со своей задачей и не может полностью идентифицировать образ, сигналы направляются на уровень более высокого порядка. Если же распознавание не происходит ни на одном из уровней, образ воспринимается как новый. Отнесение образа к категории новых образов не обязательно означает, что новыми являются все его элементы. Если мы смотрим на картину какого-то художника и видим на ней кошачью морду со слоновьим хоботом, мы узнаем все элементы, но понимаем, что этот комбинированный образ является новым, и запоминаем его. На более высоких понятийных уровнях иерархии новой коры, воспринимающих контекст (например, что данная картина является плодом творчества конкретного художника и что мы пришли на новую выставку его работ), будет зарегистрирован необычный комбинированный образ слонокота, а все детали контекста сохранятся в виде дополнительных воспоминаний.

Новые вспоминания вроде морды слонокота записываются в доступном распознающем модуле. В этом процессе задействован гиппокамп, и о том, как все происходит на самом деле, мы поговорим в следующей главе. В рамках обсуждаемой модели новой коры достаточно сказать, что неопознанные образы сохраняются в виде новых образов и связаны с составляющими их образами более низкого уровня. В частности, морда слонокота записывается несколькими способами: регистрируется новое расположение черт, а также имя художника, ситуация, возможно, наше воспоминание о том, как мы смеялись, впервые увидев картину.

Успешно распознанные воспоминания также могут сформировать новый образ, позволяющий дополнительно увеличить избыточность информации. Если же образы распознаны недостаточно хорошо, они, скорее всего, сохраняются как варианты распознанного образа в новом ракурсе.

Каким же методом в целом можно определить, какие образы сохраняются? На языке математики проблема формулируется так: как оптимальным образом представить входные сигналы, которые уже встречались ранее, чтобы не превышать доступной емкости новой коры? Некоторая избыточность необходима, но было бы нерационально заполнять все отпущенное для хранения информации пространство (то есть всю новую кору) повторяющимися образами, поскольку в таком случае сокращается разнообразие запоминаемых образов. Например, образ звука [и] мы встречали бесконечное число раз. Это простой образ звуковой частоты, который, несомненно, представлен в коре с очень большой избыточностью. Мы можем заполнить всю кору повторами образа звука [и], однако полезная избыточность имеет пределы, которые в случае такого распространенного образа, конечно же, были достигнуты.

Подобная математическая проблема оптимизации решается с помощью так называемого линейного программирования, позволяющего наилучшим образом использовать ограниченные ресурсы (в нашем случае — ограниченное число распознающих модулей) для представления всех примеров, на которых отрабатывалась модель. Метод линейного программирования был разработан для систем с одноразмерными входными параметрами, и это еще одна причина, по которой она оптимально подходит для описания линейной последовательности входных сигналов. Мы можем использовать этот математический подход для создания компьютерных программ, и хотя реальный мозг ограничен имеющимися физическими связями, которые он распределяет между распознающими модулями, метод тем не менее очень похожий.

Важным результатом подобной оптимизации является то, что постоянно встречающиеся образы распознаются, но не приводят к возникновению стойких воспоминаний. На утренней прогулке я пережил множество впечатлений, распознаваемых на всех иерархических уровнях, — от простых видимых углов и теней до более сложных объектов, таких как фонарные столбы, почтовые ящики, люди, животные и растения. Скорее всего, ни один из них не был уникален, и распознанные мной образы уже давно достигли оптимального уровня избыточности. В результате у меня не осталось практически никаких воспоминаний об этой прогулке. Те немногие детали, которые я запомнил, по-видимому, были вытеснены записанными поверх них новыми образами, зарегистрированными мозгом во время следующих прогулок, а эту конкретную прогулку я запомнил лишь по той причине, что написал о ней в книге.

Один важный аспект касательно функционирования нашей новой коры и попыток ее моделирования заключается в трудности одновременного постижения образов, относящихся сразу ко многим понятийным уровням. Вообще говоря, мы можем одновременно осваивать один, максимум два уровня. Если процесс обучения проходит стабильно, мы можем переходить на следующий уровень. Мы можем продолжать более тонкую настройку нижних уровней, но сфокусированы на следующем более высоком уровне абстракции. Это справедливо как в самом начале жизни, когда новорожденный ребенок осваивает основные формы и предметы, так и впоследствии, когда мы осваиваем новые материи — один уровень сложности за раз. То же самое можно сказать и о компьютерном моделировании новой коры. Если машине представлять материал в порядке увеличения абстрактности — за один раз один уровень, машины способны обучаться точно так же, как обучается человек (хотя пока не воспринимают такого множества понятийных уровней).

Выходные сигналы от каких-то распознающих модулей могут идти обратно к образам более низкого уровня или возвращаться к тем же самым образам, что объясняет мощную рекурсивную способность человеческого мозга. Отдельный элемент образа может быть точкой принятия решений для другого образа. Это особенно полезно для списков, в состав которых входят действия: например, нужно взять новый тюбик зубной пасты, если закончился старый. Такие условные зависимости существуют на всех уровнях. Каждый, кто пытался создать компьютерную программу, знает, что условные зависимости — обязательный элемент для описания последовательности действий.

Чтобы суммировать все то, что мы узнали о функционировании новой коры, вернитесь, пожалуйста, к диаграмме «Распознающий модуль новой коры» в начале данной главы (см. рис. 8).

А. Дендриты входят в модуль, распознающий конкретный образ. Даже если образы кажутся двумерными или трехмерными, они представляются в виде одномерных последовательностей сигналов. Чтобы произошло распознавание, образ должен быть представлен в виде такой последовательности. Каждый дендрит связывается с одним или несколькими аксонами распознающих модулей более низкого понятийного уровня, распознавших более простые образы, являющиеся частью данного образа. Для каждого входного сигнала может существовать несколько модулей более низкого уровня, способных генерировать сигналы. Необходимое для распознавания образа пороговое значение вероятности может быть достигнуто даже в том случае, если получены не все входные сигналы. Модуль рассчитывает вероятность присутствия образа, за распознавание которого он отвечает. Этот расчет основан на параметрах «значимости» и «величины» сигналов (см. ниже).

Обратите внимание, что одни дендриты передают сигналы в модуль, а другие — из модуля. Если все дендриты, входящие в распознающий модуль, сигнализируют о том, что распознаны все образы более низкого уровня, за исключением одного или двух, распознающий модуль отправит нисходящие сигналы в модули, ответственные за распознавание этих оставшихся неузнанными образов, с указанием высокой вероятности того, что образ скоро будет распознан и что эти модули более низкого порядка должны быть к этому готовы.

Б. Когда распознающий модуль узнаёт соответствующий образ (на основании активации всех или большинства входных дендритов), активируется выходной аксон этого распознающего модуля. Этот аксон, в свою очередь, может сообщаться со всей сетью дендритов, ведущих ко многим распознающим модулям более высокого порядка, для которых данный образ является входным сигналом. Сигнал и его величина учитываются распознающими модулями следующего уровня.

В. Если распознающий модуль более высокого уровня получает положительные сигналы ото всех или от большинства составляющих образов, за исключением сигнала от данного конкретного распознающего модуля, распознающий модуль более высокого уровня может послать нисходящий сигнал этому модулю, указывая на большую вероятность «ожидания» соответствующего образа. Этот сигнал заставляет распознающий модуль понизить пороговые параметры, в результате чего он с большей вероятностью передает по своему аксону положительный сигнал (что означает, что соответствующий образ распознан), даже если некоторые из входных сигналов отсутствуют или сомнительны.

Г. Ингибирующие сигналы снизу понижают вероятность распознавания модулем соответствующего образа. Это может происходить в результате распознавания на более низком уровне образов, несовместимых с образом, за который отвечает данный распознающий модуль (например, распознавание усов снижает вероятность того, что увиденное мной лицо принадлежит «моей жене»).

Д. Ингибирующие сигналы сверху тоже могут снижать вероятность распознавания образа соответствующим модулем. Это может происходить при распознавании образа более высокого порядка сложности, который несовместим с образом, распознанным данным модулем.

E. Каждому сигналу соответствует ранее определенный набор параметров, таких как значимость, ожидаемая величина и ожидаемая вариабельность. Распознающий модуль рассчитывает общую вероятность присутствия образа на основании значений всех этих параметров для входных сигналов. Оптимальный математический метод решения данной задачи называется методом скрытых моделей Маркова. Если такие модели организованы иерархическим образом (как в новой коре или в математических моделях, воспроизводящих ее функции), мы называем их иерархическими скрытыми моделями Маркова.

Распознавание корой одних образов запускает распознавание следующих. Частично распознанные образы посылают нисходящие сигналы, полностью распознанные образы — восходящие сигналы. Эти распознанные новой корой образы являются языком мышления. Как и разговорный язык, язык мышления имеет иерархическую структуру, но не является «языком» в обычном понимании. Поначалу наши мысли не выражены словами, однако, поскольку речь тоже формируется в новой коре в виде иерархических образов, у нас бывают и мысли, основанные на языковых образах. Однако по большей части мысли выражаются неязыковыми образами.

Как я уже отмечал ранее, даже если бы мы умели регистрировать активацию образов в новой коре живого человека, мы все равно не смогли бы определить значение этих образов, если бы не имели доступа к полной иерархической системе вышестоящих и нижестоящих образов. Это сильно затрудняет доступ к мыслительному процессу другого человека. Достаточно сложно понять содержание наших собственных мыслей, а для понимания мыслей другого человека требуется овладеть его новой корой. Конечно же, пока нам это недоступно. Пока нам приходится использовать способность другого человека выражать свои мысли с помощью речи (а также других средств, включая жесты). Учитывая недостаточную способность людей справляться с этой задачей, нет ничего удивительного в том, что мы зачастую плохо понимаем друг друга.

У нас два способа мышления. При ненаправленном способе мышления мысли подталкивают друг друга нелогичным образом. Иногда, когда мы заняты чем-то отвлеченным, например сгребаем опавшие листья или просто идем по улице, у нас неожиданно возникают воспоминания о том, что мы делали несколько лет или десятилетий назад. Мы не можем немедленно восстановить в памяти те события, не прибегая к множеству других воспоминаний, которые помогают нам воссоздать более слаженную картину. Если нам удается воссоздать визуальное изображение давно забытой сцены, это происходит в настоящий момент, поскольку память не хранит визуальные образы или изображения. Как я уже говорил, не всегда очевидно, какие стимулы вызывают у нас в голове появление подобных мыслей. Последовательность мыслей, вызвавших воспоминание, может быть немедленно забыта. Но если даже нам удастся ее восстановить, это окажется нелинейная, кружная последовательность ассоциаций.

Второй способ — направленное мышление, которое мы используем для решения задач или формулировки логичного ответа. Например, так мы готовимся кому-то что-то сказать или формулируем в уме фразу, которую собираемся написать (например, в книге о разуме). Когда мы обдумываем подобную проблему, мы расчленяем ее на иерархические составляющие. Например, чтобы написать книгу, нужно написать отдельные главы. Каждая глава строится из разделов, разделы состоят из параграфов, параграфы — из предложений, в которых сформулированы идеи. Каждая идея построена из нескольких элементов в определенной конфигурации. Все элементы идеи и все связи между элементами тоже должны быть произнесены. Кроме того, наша новая кора действует по определенным правилам. Если мы выполняем письменную работу, нужно постараться избегать ненужных повторений, обеспечить читателю возможность следить за ходом изложения, использовать грамматические и стилистические правила и т. д. Следовательно, писатель должен создать в своей голове образ читателя, и этот образ также является иерархическим. При направленном мышлении мы продвигаемся по спискам новой коры, каждый из которых, в свою очередь, состоит из подсписков, а те — из еще более простых наблюдений. Помним также, что элементы списков могут содержать условные зависимости, так что наши мысли и действия зависят от оценок, сделанных в ходе мыслительного процесса.

Кроме того, каждая направленная мысль запускает иерархический путь ненаправленного мышления. Происходит постоянный наплыв воспоминаний, связанных как с нашим чувственным опытом, так и с нашими попытками направленного мышления. Наш мыслительный опыт сложен и запутан и состоит из наплывов образов, изменяющихся сотни раз в секунду.

Сны — пример ненаправленных мыслей. В них есть некий смысл, поскольку одни мысли запускают другие в соответствии с реальными связями между образами, хранящимися в новой коре. Неосмысленные элементы снов мы пытаемся зафиксировать с помощью нашей способности к конфабуляции (фантазии). Как я расскажу в девятой главе, больные с расщепленным мозгом (при поражении мозолистого тела, связывающего между собой полушария мозга) прибегают к конфабуляциям (с помощью левого полушария, контролирующего речевой центр) для объяснения того, что делает с полученными сигналами правое полушарие, к которому у левого полушария нет доступа. Мы постоянно прибегаем к конфабуляциям для объяснения исхода различных событий. Хотите яркий пример — просто прослушайте дневные комментарии по поводу состояния финансовых рынков. Вне зависимости от того, как изменяется ситуация на рынках, всегда можно найти причины этих изменений. И примеров подобных комментариев можно привести множество. Если бы комментаторы действительно понимали ситуацию, они не тратили бы время на составление подобных комментариев.

Конечно же, за конфабуляции тоже отвечает новая кора; они возникают в тех случаях, когда мы встречаемся с некоторыми трудностями при пересказе каких-то историй или объяснении каких-то фактов. Мы заполняем свой рассказ недостающими или забытыми подробностями, и он становится более осмысленным. Вот почему истории в устах разных рассказчиков, возможно, имеющих разные намерения, изменяются со временем. Однако с появлением письменного языка у нас появилась возможность фиксировать окончательную версию истории и предотвращать подобные вариации.

Истинное содержание сна в том виде, в каком мы его запоминаем, опять-таки представляет собой последовательность образов. Образы составляют основу истории, а мы дополняем ее конфабуляциями, ограниченными существующими образами. Эта фантазия и есть та версия сна, которую мы можем пересказать или вспомнить. Пересказывая сон, мы запускаем каскад образов, дополняющих наш сон в том виде, в каком мы увидели его изначально.

В этом заключается одно из ключевых различий между нашими мыслями во сне и при бодрствовании. В процессе жизни мы узнаём, что существуют действия и даже мысли, недопустимые в реальном мире. Например, мы узнаём, что не можем немедленно осуществить свои желания. Закон запрещает вытаскивать деньги из кассы в магазине или вступать в связь с любым человеком, который просто показался физически привлекательным. Мы узнаём, что какие-то мысли недопустимы ввиду культурных ограничений. Когда мы приобретаем профессиональные навыки, мы учимся мыслить таким способом, который признаётся и вознаграждается в нашей профессии, и привыкаем избегать того образа мыслей, что может нарушать нормы и методы профессии. Многие из этих табу имеют смысл, поскольку поддерживают социальный порядок и способствуют прогрессу. Но они могут и тормозить прогресс, усиливая непродуктивный консерватизм. Именно такой консерватизм преодолел Эйнштейн, когда в своих мысленных экспериментах попытался прокатиться на световом луче.

Культурные правила закрепляются в новой коре с помощью старого мозга, особенно миндалевидной железы. Каждая наша мысль запускает другие мысли, и некоторые из них связаны с определенной опасностью. Например, мы узнаём, что нарушение культурных норм даже в нашей частной жизни, может при вести к остракизму, и новая кора понимает, что это опасно для нашего благополучия. Если у нас рождается подобная мысль, начинает работать миндалевидная железа, вызывая страх, и мысль прерывается.

Однако во сне табу ослаблены, и нам часто снится нечто запрещенное в культурном, сексуальном или профессиональном плане. Как будто наш мозг понимает, что во сне мы не являемся реальными действующими лицами. Об этом писал Фрейд, который также отмечал, что мы прячем опасные мысли, по крайней мере, когда пытаемся их вспомнить, так что проснувшийся мозг продолжает быть защищенным.

Ослабление профессиональных табу может быть полезным для творческого решения проблем. Каждый вечер перед тем, как идти спать, я думаю о какой-либо специфической задаче. Это запускает последовательность мыслей, которая продолжается во сне. Во сне я могу обдумывать — видеть во сне — решение задачи, не ограничивая себя теми профессиональными табу, что действуют днем. Утром между сном и пробуждением я могу вспомнить эти мысли; такое состояние иногда называют «осознанными сновидениями»[40].

Всем известно, что Фрейд писал о возможности понять психологию человека путем интерпретации его снов. О различных аспектах этой теории существует обширная литература, но основное положение о возможности изучения самих себя путем анализа собственных мыслей вполне осмысленно. Наши сны создаются в новой коре, поэтому отражают ее содержимое и имеющиеся в ней связи. Ослабление мыслительных запретов, действующих при бодрствовании, тоже полезно для анализа содержимого коры, к которому в противном случае мы не имели бы прямого доступа. Резонно предположить также, что образы, формирующие наши сны, важны для нас и поэтому являются ключом к пониманию наших скрытых страхов и желаний.

Как я уже говорил ранее, в 1980–1990-х гг. я руководил группой исследователей, пытавшихся применить метод иерархических скрытых моделей Маркова для распознавания и понимания человеческой речи. Эта работа предшествовала появлению широко распространенных сегодня коммерческих систем, распознающих и понимающих нашу речь (автомобильных навигационных систем, Сири в айфонах и многих других). Созданная нами технология строилась практически по тем же принципам, что реализуются при мысленном распознавании образов. Она также была основана на иерархии образов, при которой каждый более высокий уровень отличался от нижестоящего уровня большей абстрактностью. Например, в системе распознавания речи основные образы звуковой частоты формировали нижние уровни, за ними следовали фонемы, затем слова и фразы (часто распознававшиеся так, как будто были словами). Некоторые системы распознавания речи могут понимать речевые команды и в таком случае включают в себя еще более высокие иерархические уровни, содержащие такие структуры, как именные и глагольные группы. Каждый распознающий модуль умеет распознавать линейную последовательность образов с нижестоящего понятийного уровня. Каждый входной сигнал характеризуется значимостью, величиной и вариабельностью величины. Существуют также и нисходящие сигналы, указывающие на ожидание образа низшего уровня. Подробнее я расскажу об этих исследованиях в седьмой главе.

В 2003 и 2004 гг. создатели карманного персонального компьютера Джеф Хокинс и Дайлип Джордж сформировали иерархическую модель коры, названную временной иерархической памятью. В соавторстве с писательницей Сандрой Блейксли Хокинс описал эту модель в книге «Об интеллекте» (On Intelligence). Хокинс доказывает универсальность алгоритма действия коры и ее иерархической организации в виде списков. Между моделью Хокинса и моделью, которую предлагаю вам я в своей книге, есть несколько существенных различий. Как следует из названия модели, Хокинс настаивает на временной (основанной на времени) природе списков. Другими словами, списки составляются всегда в одном и том же направлении — вперед во времени. Наличие временного направления у элементов двумерных образов, таких как печатная буква «А», он объясняет движением глаз. Он объясняет, что мы визуализируем изображения при помощи саккад — очень быстрых непроизвольных движений глаз. Таким образом, информация поступает в новую кору не в виде двумерных наборов данных, а скорее в виде списков организованных во времени элементов. Это правда, что наши глаза совершают очень быстрые движения, однако они не всегда видят элементы образов (таких как буква «А») в последовательном временном порядке. Например, глаза не обязательно сначала регистрируют верхний угол буквы «А», а затем ее нижнюю часть. Кроме того, мы способны распознать зрительный образ, видимый лишь на протяжении нескольких десятых миллисекунды, а за это время саккадные движения глаз просто не успевают его просканировать. Верно, что распознающий модуль новой коры сохраняет образ в виде списка и что список этот хранится в соответствии с определенным порядком, только порядок этот не обязательно временной. Он действительно может быть временным, но также может быть пространственным или понятийным, как я объяснял выше.

Но самое главное различие между моделями заключается в наборе параметров, с помощью которых я характеризую каждый сигнал, входящий в распознающий модуль, в частности параметров величины и ее вариабельности. В 1980-х гг. мы пытались распознавать человеческую речь без учета информации подобного рода. Тогда лингвисты уверяли нас, что информация о длительности сигнала не играет решающей роли. Такой подход используется в словарях, в которых произношение каждого слова передается в виде последовательности фонем. Например, слово steep записывается как последовательность звуков [s], [t], [E] и [p] без указания ожидаемой длительности каждой фонемы. В результате, если созданная нами программа, способная распознавать фонемы, встречает в речи эту специфическую последовательность четырех фонем, она сможет распознать слово. Созданная по такому принципу программа работала, но недостаточно хорошо, чтобы справляться с большим набором слов, распознавать речь нескольких говорящих или слова, произнесенные без пауз. Качество программы выросло в значительной степени, когда мы с помощью иерархических скрытых моделей Маркова ввели для каждого входного сигнала параметр распределения величины.

Старый мозг — тот, который имели наши предки еще до того, как стали млекопитающими, — никуда не исчез. Он по-прежнему решает многие задачи, такие как стремление к удовольствию и уход от опасности. Однако эти задачи модулируются новой корой, которая у человека является доминирующей частью мозга как по массе, так и по активности.

Животные жили и выживали, не имея новой коры, причем не млекопитающие и сегодня без нее обходятся. Мы можем воспринимать новую кору в качестве мощного сублиматора: наше примитивное желание избежать встречи с опасным хищником сегодня трансформируется новой корой в стремление решить поставленную задачу так, чтобы угодить начальству. Охота, возможно, подменяется написанием книг (например, о мозге), а задача воспроизводства — стремлением к популярности или страстью к оформлению домашнего интерьера (впрочем, последнее обычно не скрывают).

Новая кора способна помочь нам решить эти проблемы по той причине, что прекрасно моделирует окружающий мир, отражая его истинно иерархическую природу. Но задачи перед нами ставит старый мозг. Конечно, как любой умный чиновник, новая кора часто переформулирует проблемы, прежде чем их решать. Учитывая это, давайте все же рассмотрим процессы обработки информации, происходящие в старом мозге.

Хотя нам кажется, что глаза воспринимают изображение с высоким разрешением, на самом деле зрительный нерв посылает в мозг лишь набор очертаний и указаний относительно объектов, попадающих в поле нашего зрения. А затем мы воображаем себе окружающий мир на основании воспоминаний, хранящихся в новой коре, которая с очень низкой скоростью интерпретирует серию образов, поступающих по параллельным каналам. Профессор молекулярной и клеточной биологии из Калифорнийского университета в Беркли Фрэнк С. Верблин и докторант Ботон Роска опубликовали в журнале Nature статью, где показали, что зрительный нерв содержит от 10 до 12 выходных каналов, через каждый из которых проходит лишь небольшое количество информации о конкретной ситуации[62].

Зрительная система человека.

Так называемые ганглионарные клетки посылают информацию лишь о контурах предметов (контраст). Другая группа клеток детектирует только протяженные области одинакового цвета, а третья группа воспринимает исключительно фон за интересующим нас предметом.

Семь из двенадцати изображений низкого порядка, которые зрительный нерв направляет в мозг.

«Хотя нам кажется, что мы видим мир во всем объеме, на самом деле мы получаем лишь подсказки, контуры в пространстве и времени, — говорит Верблин. — Эти 12 изображений мира составляют всю информацию о том, что нас окружает, и на основании этих 12 изображений, что чрезвычайно мало, мы воссоздаем все богатство видимого мира. Мне любопытно, почему природа отобрала эти 12 простых картинок и как их может быть достаточно, чтобы снабдить нас всей информацией, в которой мы нуждаемся».

Такой способ передачи информации в области искусственного интеллекта называют разреженным кодированием. При создании искусственных систем мы обнаружили, что наилучшие результаты получаются, если отбросить большую часть поступающей информации и оставить лишь самые заметные детали. В противном случае новая кора (биологическая или искусственная) не справляется с обработкой информации.

Слуховая система человека.

Ллойд Уатт и его исследовательская группа из компании Audience Inc.[63] тщательно смоделировали процессы обработки звуковой информации, поступающей от улитки человеческого внутреннего уха через подкорку в отделы новой коры. Ученые разработали технологию, позволяющую разложить звук на 600 частотных полос (60 на октаву). Это уже близко к значению 3000 полос — именно так оценивается способность человеческого уха (для сравнения: коммерческие звукораспознающие системы используют от 16 до 32 полос). Применяя два микрофона, а также детальную (и обладающую высоким спектральным разрешением) модель обработки звуковой информации, ученые создали коммерческую технологию (с чуть более низким спектральным разрешением, чем в лабораторной модели), которая эффективно удаляет фоновые шумы при разговоре. Эта система теперь широко применяется во многих мобильных телефонах и является впечатляющим примером коммерческого продукта, основанного на понимании способности человеческого слухового аппарата фокусироваться на одном конкретном источнике звука.

Упрощенная схема обработки слуховой информации в подкорке и новой коре (модель AUudience, Inc., рисунок (с модификациями) взят из статьи L. Watts, Reverse-Engineering the Human Auditory Pathway, in J. Liu et al. (eds.), WCCI 2012; Berlin: Springer-Verlag, 2012, p.49).

Входные сигналы от собственного тела человека (по оценкам — сотни мегабит в секунду), включая сигналы от нервных клеток кожи, мышц, внутренних органов и других зон, направляются в верхнюю часть спинного мозга. Это не только тактильная информация, но и данные о температуре, уровне кислотности (например, о содержании молочной кислоты в мышцах), перемещении пищи по пищеварительному тракту и о многом другом. Эта информация обрабатывается стволом мозга и средним мозгом. Важнейшие клетки, называемые нейронами первого слоя, создают карту тела, отражающую его текущее состояние; ее можно сравнить с дисплеем, на котором авиадиспетчеры отслеживают движение самолетов. Отсюда информация поступает в загадочный отдел мозга, называемый таламусом. И это тема нашего следующего раздела.

От среднего мозга сенсорная информация далее проходит через заднее вентромедиальное ядро таламуса (ВМЯ; участок мозга размером с лесной орех), в котором формируются сложные реакции организма, такие как «какой ужасный вкус», «что за вонь» или «это прикосновение возбуждает». Постепенно обработанная информация собирается в двух отделах новой коры, называемых островками мозга. Эти структуры размером с небольшой палец локализованы на правой и левой стороне коры. Артур Крейг из Неврологического института Барроу в Финиксе (Аризона) определяет ВМЯ и островки как «систему, представляющую меня в материальном мире»[64].

Таламус выполняет множество функций, в частности считается местом, откуда предварительно обработанная сенсорная информация направляется в новую кору. Кроме тактильной информации, поступающей через ВМЯ, обработанная информация от зрительного нерва (которая, как было сказано выше, уже подверглась существенной трансформации) направляется в участок таламуса, называемый латеральным коленчатым ядром, откуда поступает в зону VI новой коры. Звуковая информация идет через медиальное коленчатое ядро таламуса, а затем достигает первичной слуховой коры. Вся сенсорная информация (возможно, за исключением обонятельной информации, которая передается через обонятельные луковицы) проходит через специфические участки таламуса.

Проведение тактильного сигнала в теле человека.

В каждом полушарии мозга содержится гиппокамп — маленькая структура в форме подковы, расположенная в медиальных височных отделах мозга. Его основная функция состоит в запоминании новых событий. Поскольку сенсорная информация проходит через новую кору, именно она решает, что данная информация является новой и ее нужно представить гиппокампу. Это происходит в том случае, если новая кора не может распознать определенный набор черт (например, новое лицо) или если уже знакомая ситуация приобрела новые характеристики (например, если на лице вашей жены появились накладные усы).

Гиппокамп запоминает эти ситуации, хотя, по-видимому, делает это с помощью отсылок к новой коре. Таким образом, сохраняемые в гиппокампе воспоминания также фиксируются в новой коре в виде образов низкого порядка. У животных, не имеющих новой коры, при модуляции чувственного опыта гиппокамп просто запоминает поступающую сенсорную информацию, которая, однако, подвергается предварительной обработке (например, в зрительном нерве).

Хотя гиппокамп использует новую кору (если она есть) в качестве сверхоперативной памяти, его собственная память (отсылки к новой коре) не имеет иерархического строения. Таким образом, животные, не имеющие новой коры, также могут запоминать информацию с помощью гиппокампа, но их воспоминания не являются иерархическими.

Емкость гиппокампа ограничена, поэтому хранящиеся в нем воспоминания недолговечны. Гиппокамп отсылает определенные последовательности образов на долгосрочное хранение, вновь и вновь переправляя их в новую кору. Таким образом, гиппокамп нужен нам для запоминания новых данных и нового опыта (хотя исключительно моторные функции, по-видимому, усваиваются другим путем). Человек с двусторонними повреждениями гиппокампа сохранит имеющиеся воспоминания, но не сможет усваивать новый материал.

Нейробиолог Теодор Бергер и его коллеги из Университета Южной Калифорнии создали модель гиппокампа крысы и успешно провели эксперименты по имплантации искусственного гиппокампа. В статье, опубликованной в 2011 г., они описали блокирование определенных навыков крыс с помощью лекарственных препаратов. Используя искусственный гиппокамп, крысы быстро вновь обучались утерянным навыкам. Описывая возможность контроля имплантированного органа, Бергер писал: «Когда переключатель включен, крысы вспоминают; когда он выключен, они забывают». В другом эксперименте искусственный гиппокамп работал одновременно с настоящим. В результате повысилась способность крыс воспринимать новую информацию. Бергер писал: «Эти комплексные экспериментальные модели впервые показали, что… нейронные имплантаты способны в реальном времени идентифицировать процесс кодирования и манипулировать им, восстанавливая и даже улучшая когнитивные мнемонические процессы»[67]. Гиппокамп — из тех отделов мозга, которые в первую очередь повреждаются при болезни Альцгеймера, поэтому одна из целей данного исследования заключается в создании нейронных имплантатов, которые могли бы сглаживать первую фазу повреждений в ходе развития заболевания.

Есть два способа поймать летящий мяч. Можно одновременно решить комплекс уравнений, описывающих поведение мяча, наклон вашего тела в соответствии с положением мяча и движения вашего тела, плеча и руки в пространстве и во времени.

Головной мозг использует другой подход. Он упрощает проблему, сводя множество уравнений к простой экспериментальной модели, исследуя лишь пространство, в котором мяч оказывается в поле нашего зрения, и скорость его перемещения. Тем же способом он контролирует и движение руки, делая в основном линейные предсказания относительно положения мяча и руки. Цель заключается в том, чтобы рука и мяч встретились в какое-то время в каком-то месте. Если кажется, что мяч движется слишком быстро, а рука чересчур медленно, мозг заставит руку двигаться быстрее навстречу мячу. Такое разрешение Гордиева узла сложных математических проблем называют «основными функциями» мозга, и происходит этот процесс в мозжечке — области мозга размером с кулак, расположенной в основании ствола мозга[68].

Мозжечок — отдел старого мозга, который когда-то контролировал практически все движения гоминидов. Он по-прежнему содержит половину всех нейронов мозга, но поскольку основная часть из них — сравнительно небольшие нейроны, на мозжечок приходится лишь около 10 % всей массы мозга. Это еще один отдел, характеризующийся повторяемостью своих структур. Мы мало знаем о том, как строение мозжечка закодировано в геноме, поскольку он представляет собой сочетание нескольких нейронов, повторяющихся миллиарды раз. Подобно новой коре, мозжечок имеет равномерную структуру[69].

Со временем новая кора взяла под свой контроль большую часть нашей мышечной деятельности, используя тот же алгоритм распознавания образов, который она применяет для узнавания и обучения. Функцию новой коры при выполнении движений мы вправе называть реализацией образов. Новая кора использует хранящиеся в мозжечке воспоминания для записи тонких набросков движений, таких как подпись или характерные элементы художественной манеры в музыке или танце. Изучение роли мозжечка в обучении детей письму показало, что клетки Пуркинье в мозжечке контролируют последовательность движений, причем каждая клетка чувствительна к определенной последовательности[70]. Поскольку большая часть наших движений теперь контролируется новой корой, даже довольно серьезные повреждения мозжечка приводят лишь к незначительной неловкости или неточности движений.

Новая кора также может обращаться к мозжечку за помощью для расчета основных функций в реальном времени, чтобы предсказать результат действий, которые мы никогда не делали, но собираемся совершить, а также реальных или возможных действий других людей. Это еще один пример врожденной предсказательной способности мозга.

Ученые достигли значительных успехов в моделировании поведения мозжечка, а именно его способности динамическим образом реагировать на сенсорные стимулы, используя те основные функции, о которых я говорил выше, как в восходящих (биохимических) моделях, так и в нисходящих моделях, основанных на математических расчетах функции всех повторяющихся единиц мозжечка[71].

Итак, новая кора хороша для решения различных проблем, но что же является нашей главной проблемой? Проблема, которую всегда приходилось решать в ходе эволюции, заключается в выживании вида. А выживание вида подразумевает выживание каждого из нас, и каждый из нас использует свою новую кору, чтобы интерпретировать эту задачу миллиардами разных способов. Животным для выживания нужно добывать себе пищу и при этом не стать пищей для кого-нибудь другого. А еще им необходимо воспроизводиться. Уже на самых ранних этапах эволюции мозга возникли ощущения удовольствия и страха, которые способствовали реализации этих важнейших целей и сопутствующих им задач. Постепенное изменение среды и конкурирующих видов приводило к соответствующим модификациям. С появлением иерархического мышления удовлетворение насущных потребностей стало более сложным процессом, поскольку должно было соответствовать широкому кругу идей внутри других идей. Однако, несмотря на значительное влияние новой коры, старый мозг все еще жив и по-прежнему использует такие мотивации, как удовольствие и страх.

С ощущением удовольствия связан участок мозга, называемый прилежащим ядром. В знаменитых экспериментах 1950-х гг. было показано, что крысы, способные напрямую стимулировать этот небольшой участок мозга (нажимая на рычаг, активировавший имплантированные электроды), предпочитали это занятие всем другим, включая секс и еду, доводя себя до истощения и смерти[73]. У человека ощущение удовольствия связано и с другими отделами мозга, такими как вентральный паллидум (бледный шар) и, конечно же, сама новая кора.

Удовольствие регулируется такими химическими веществами, как дофамин и серотонин. Я не буду подробно рассказывать об их действии, скажу только, что мы унаследовали их от наших древнейших предков, существовавших еще до появления млекопитающих. Задача новой коры заключается в том, чтобы сделать нас хозяевами страха и удовольствия, а не их рабами. Однако, учитывая широкое распространение различных зависимостей, приходится признать, что новая кора не всегда справляется с этой задачей. В частности, дофамин является нейромедиатором, участвующим в реакции удовольствия. Когда мы переживаем приятный момент — выигрываем в лотерею, получаем одобрение коллег, обнимаем любимого человека или просто заставляем друга улыбнуться новой шутке, — у нас в организме происходит выделение дофамина. Иногда мы, как те крысы, что умирали от голода, стимулируя свои центры удовольствия, тоже стремимся прийти к удовольствию по короткому пути, что далеко не всегда хорошо.

Например, азартные игры могут стимулировать выброс дофамина, особенно при выигрыше, который, в свою очередь, зависит от удачи. В принципе, азартные игры могут служить для повышения уровня дофамина, но, учитывая, что шансы исходно против вас (иначе модель игорного бизнеса не могла бы работать), регулярная игра вас разорит. Все другие зависимости чреваты аналогичными опасностями. Одна врожденная мутация гена дофаминового D2-рецептора связана с очень сильным ощущением удовольствия при первом контакте с вызывающим привыкание веществом или опытом, однако, как многие знают (но не всегда помнят), способность этих веществ вызывать удовольствие при продолжительном использовании постепенно ослабевает. Другая генетическая мутация приводит к тому, что в организме человека не происходит нормального выброса дофамина, что также может привести к поиску других источников удовольствия и развитию зависимостей. Эта незначительная часть населения с подобными генетическими нарушениями создает огромную социальную и медицинскую проблему для общества в целом. Даже те, кто избегает серьезной зависимости, вынуждены балансировать между дофаминовым вознаграждением и желанием избежать его негативных последствий.

Серотонин — еще один нейромедиатор, который играет важнейшую роль в регуляции настроения. При высоком уровне серотонина человек ощущает моральный подъем и удовлетворение. Но серотонин выполняет и другие функции, включая модуляцию синаптического напряжения, аппетита, сна, сексуального влечения и пищеварения. Такие антидепрессанты, как селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (которые повышают уровень доступного для рецепторов серотонина), порой оказывают серьезное побочное действие (например, подавление либидо). В отличие от нормальных процессов в новой коре, в ходе которых распознавание образов и активация аксонов влияют лишь на небольшую часть нейронных цепей новой коры, эти вещества воздействуют на обширные области мозга или даже на всю нервную систему в целом.

Каждое полушарие мозга человека содержит миндалину (миндалевидное тело), состоящую из нескольких небольших долей. Это еще одна часть старого мозга, принимающая участие в различных эмоциональных реакциях, главной из которых является страх. У животных, стоящих на эволюционной лестнице ниже млекопитающих, некоторые предпрограммированные сигналы опасности поступают непосредственно на миндалины, запускающие реакции типа «борьба или бегство». У человека функция миндалин зависит от ощущения опасности, которое должно быть передано новой корой. Например, неудовольствие вашего начальника может стартовать подобную реакцию, вызывая у вас страх возможной потери работы (а может быть, и нет, если у вас есть запасной вариант). Если миндалины «решают», что вам грозит опасность, реализуется древний механизм: миндалины дают сигнал гипофизу выделить адренокортикотропный гормон, который, в свою очередь, стимулирует высвобождение гормона стресса кортизола из надпочечников, что приводит к приливу энергии к мышцам и нервной системе. Надпочечники также производят адреналин и норадреналин, которые подавляют функцию пищеварительной, иммунной и репродуктивной системы (поскольку в экстренной ситуации другие приоритеты). Повышается кровяное давление, а также уровень сахара, холестерина и фибриногена (который способствует свертыванию крови) в крови. Учащаются дыхание и сердцебиение. Даже зрачки расширяются и повышается острота зрения — так легче обнаружить врага или найти путь к отступлению. Все это чрезвычайно полезно, если вы сталкиваетесь с реальной опасностью, например с крупным хищником. Однако хорошо известно, что в современном мире частая активация механизма «борьба или бегство» может приводить к хроническим проблемам со здоровьем в форме повышенного артериального давления, высокого уровня холестерина и т. д.

Система регуляции уровня таких нейромедиаторов, как серотонин, и таких гормонов, как дофамин, весьма сложная и запутанная, и мы могли бы посвятить ей всю оставшуюся часть книги (замечу, что этой теме посвящено множество книг), но следует заметить, что скорость обработки информации в этой системе гораздо ниже, чем в новой коре. В функционировании этой системы участвует лишь несколько веществ, а их концентрация в головном мозге изменяется очень медленно и достаточно равномерно, тогда как новая кора состоит из сотен триллионов быстро изменяющихся связей.

Нужно сказать, что наши эмоциональные реакции происходят и в старой, и в новой части мозга. Мыслительные процессы осуществляются в новой коре, но чувства — продукт действия обеих частей мозга. Поэтому любая эмуляция человеческого поведения требует моделирования функции обеих частей. Но если мы хотим исследовать лишь познавательные способности человека, нам достаточно рассмотреть только новую кору. В таком случае мы можем заменить старый мозг прямой мотивацией небиологической новой коры. Например, в случае с Ватсоном была сформулирована задача: получить правильные ответы на вопросы «Джеопарди!» (однако для выбора стратегии использовалась другая программа, которая понимала суть игры). Задача новой версии Ватсона, созданной для медицинских целей совместными усилиями Nuance и IBM, заключается в том, чтобы помочь лечить людей. Перед будущими системами могут быть поставлены такие задачи, как полностью искоренять болезни или бороться с бедностью. В значительной мере система таких функций, как удовольствие и страх, для человека уже устарела, поскольку старый мозг эволюционировал задолго до того, как возникло даже самое примитивное человеческое общество. Во многом наш старый мозг аналогичен мозгу рептилий.

Между новым и старым мозгом человека идет постоянная борьба. Старый мозг пытается установить свой порядок, оперируя в рамках системы удовольствия и страха, тогда как новая кора пытается понять сравнительно простые алгоритмы старого мозга и научиться манипулировать ими для собственных нужд. Вспомним, что миндалины самостоятельно не могут оценить опасность — в мозге человека они опираются на сигналы новой коры. Этот человек друг или враг? Сторонник или предатель? Решить это может только новая кора.

Поскольку мы уже не участвуем в смертельных схватках с врагами и не охотимся, чтобы прокормиться, наша древнейшая мотивация, по крайней мере отчасти, уступила место творческим задачам. В следующей главе мы как раз и обратимся к теме любви и творчества[74].

Наши эмоции также рождаются в новой коре, но формируются под влиянием разных отделов мозга — от миндалин в старом мозге до таких новых в эволюционном плане структур, как веретенообразные нейроны, которые, по-видимому, играют ключевую роль в формировании сложных эмоций. В отличие от структур новой коры с регулярным и рекурсивным строением, веретенообразные нейроны характеризуются чрезвычайно нерегулярной формой и связями. Это самые крупные нейроны головного мозга человека, пронизывающие мозг на всем его протяжении. Они плотно переплетены между собой за счет сотен тысяч связей в разных отделах новой коры.

Как было сказано выше, островки мозга помогают обрабатывать сенсорные сигналы, но они также играют важную роль в формировании сложных эмоций. Именно отсюда выходят веретенообразные клетки. Исследования с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии показывают, что эти клетки наиболее активны тогда, когда человек испытывает такие эмоции, как любовь, гнев, печаль и сексуальное влечение. Например, в ситуации, когда кто-то другой разглядывает вашего партнера или когда вы слышите плач своего ребенка.

Веретенообразные клетки имеют длинные выросты, называемые апикальными дендритами и способные связывать между собой отдаленные отделы новой коры. Такое «глубокое» связывание, посредством которого некоторые нейроны соединяют несколько отделов мозга, усиливается по мере продвижения по эволюционной лестнице. Нет ничего удивительного в том, что веретенообразные клетки, участвующие в регуляции эмоций и моральных суждений, обладают такой способностью образовывать связи, поскольку эмоциональные реакции возникают у нас при осмыслении самых разнообразных тем и событий. Наши сложные эмоции испытывают влияние всех перцептивных и когнитивных областей мозга, с которыми связаны веретенообразные клетки. Важно подчеркнуть, что эти клетки не занимаются рациональным решением проблем, и поэтому мы не можем рациональным образом контролировать свою реакцию на музыку или состояние влюбленности. Однако остальная часть мозга усиленно пытается придать смысл нашим загадочным сложным эмоциям.

Веретенообразных клеток в мозге не так много — около 80 тыс., из них примерно 45 тыс. сосредоточено в правом полушарии и 35 тыс. — в левом. Это небольшое неравенство отчасти объясняет, почему эмоциональное восприятие является прерогативой правого полушария мозга.

У горилл примерно 16 тыс. веретенообразных клеток, у карликовых шимпанзе бонобо — 2100, а у обыкновенных шимпанзе — 1800. У других млекопитающих этих клеток нет совсем.

Антропологи полагают, что веретенообразные клетки впервые появились от 10 до 15 млн лет назад у какого-то еще неизвестного предка гоминидов (предшественников человека) и быстро размножились примерно сотню тысяч лет назад. Интересно, что эти клетки отсутствуют у новорожденных детей, но начинают появляться в возрасте около четырех месяцев, и численность их значительно увеличивается от одного года до трех. Способность детей понимать моральные аспекты вопросов и переживать такие сложные эмоции, как любовь, развивается в этот же период.

Вольфганг Амадей Моцарт (1756–1791) в пять лет сочинил менуэт, а в шесть лет играл для императрицы Марии Терезии в императорском дворце в Вене. Он умер в возрасте 35 лет, но успел создать 600 музыкальных произведений, включая 41 симфонию, и считается величайшим европейским композитором-классиком. Смело можно сказать, что у него был музыкальный талант.

Что это означает в контексте нашей беседы о теории мысленного распознавания образов? Понятно, что часть того, что мы называем талантом, является продуктом влияния среды и окружающих людей. Моцарт родился в музыкальной семье. Его отец, Леопольд, служил композитором и капельмейстером в придворной капелле князя-архиепископа Зальцбурга. Юный Моцарт с самого детства был погружен в музыку, и отец начал учить его игре на скрипке и клавишных инструментах всего в трехлетнем возрасте.

Однако только влияние среды не может полностью объяснить гениальность Моцарта. Понятно, что какой-то вклад вносит сама природа. В какой же форме это проявляется? Как мы обсуждали в четвертой главе, в результате биологической эволюции отдельные участки новой коры были оптимизированы для обработки определенных типов образов. Безусловно, основной алгоритм распознавания образов один и тот же во всех модулях новой коры, но, поскольку некоторые типы образов проходят через определенные участки коры (например, лица — через веретенообразную извилину), эти участки лучше справляются с обработкой соответствующих образов. Существует множество параметров, определяющих реализацию общего алгоритма в каждом модуле. Например, насколько точное совпадение требуется для распознавания конкретного образа? Как этот порог изменяется, если модуль более высокого порядка посылает сигнал о том, что данный образ «ожидается»? Как учитываются параметры величины сигнала? Эти и другие факторы по-разному определяются в разных отделах коры для преимущественной обработки определенного типа образов. В нашей работе, связанной с созданием искусственного интеллекта, мы обратили внимание на это явление и имитировали эволюцию, направленную на оптимизацию этих параметров.

Если отдельные участки мозга могут быть оптимизированы для обработки разных типов образов, это означает, что мозг разных людей может различаться по способности заучивать, распознавать и создавать определенные типы образов. Например, мозг одного человека может иметь врожденную способность к музыке за счет лучшего распознавания ритмических образов или лучшего понимания геометрического строения гармонии. По-видимому, абсолютный слух (способность распознать и воспроизвести звук без помощи эталона), связанный с музыкальными способностями, имеет генетическую природу, однако его нужно развивать. Таким образом, абсолютный слух — продукт и природы, и воспитания. Генетические основы абсолютного слуха, по-видимому, связаны не с новой корой, а с процессом предварительной обработки слуховой информации, а вот развитие абсолютного слуха происходит в новой коре.

Степень человеческого таланта зависит от многих других навыков вне зависимости от того, идет ли речь о гениях или о вариабельности в общей популяции. Важную роль играют многие способности новой коры — например, способность контролировать сигналы страха, направляемые миндалинами, а также такие черты, как уверенность в себе, организаторские способности и умение убеждать других людей. Еще одна очень важная черта, о которой я уже говорил выше, заключается в смелости следовать идее, идущей вразрез с общепринятыми теориями. Все те, кого мы считаем гениями, проводили собственные мысленные эксперименты таким путем, который исходно не был понят или оценен их современниками. Талант Моцарта получил признание при жизни, но истинное почитание пришло позже. Он умер нищим, был зарыт в общей могиле, а его гроб провожали лишь двое музыкантов.

Важнейший аспект творчества — поиск хороших метафор. Новая кора — великолепный аппарат для поиска метафор, который наделяет человека уникальными творческими способностями. Каждый из 300 млн распознающих модулей новой коры распознаёт и определяет образ, а также дает ему «имя» — в данном случае это просто определенный аксон, выходящий из данного распознающего модуля и возбуждающийся при обнаружении данного образа. Этот образ (или символ) становится частью другого образа. И каждый из этих образов по сути является метафорой. Модули могут активироваться до 100 раз в секунду, так что мы теоретически можем распознавать до 30 млрд метафор в секунду. Конечно, в каждом цикле активируются не все модули, но все же мы действительно способны распознавать миллионы метафор за одну секунду.

Естественно, одни метафоры лучше, другие хуже. Дарвин понял, что догадка Чарлза Лайеля о роли постепенных изменений ландшафта под действием струйки воды была прекрасной метафорой для описания того, как малые эволюционные изменения могут приводить к значительным различиям, определяющим разнообразие видов. Мысленные эксперименты, подобные экспериментам Эйнштейна, с помощью которых он пытался понять истинное значение экспериментов Майкельсона — Морли, также являются метафорами в том смысле, что «символизируют что-то другое», если следовать определению из «Американского словаря английского языка» издательства Мерриам — Уэбстер. Вы можете найти какую-нибудь метафору у Шекспира в Сонете 73?

Для описания происходящих с ним изменений поэт широко использует метафоры. Его возраст — это осень, когда на деревьях остался всего «один-другой багряный лист», когда стихли птицы и «умолк веселый свист». Его возраст подобен сумеркам, когда «поблек на западе закат и купол неба, отнятый у нас, подобьем смерти — сумраком объят». Он — лишь отблеск того огня, который «гаснет в пепле прошлых дней». Весь сонет — метафора, хотя одни фразы являются более яркими метафорами, чем другие.

Поиск метафор заключается в распознавании образов при изменении деталей и контекста — то, чем мы занимаемся постоянно в нашей каждодневной жизни. Значащие метафоры часто обнаруживаются на стыках разных дисциплин. Следовательно, деятельность, направленная против этой важнейшей способности к творчеству, является движением к еще большей специализации в рамках отдельных наук (и не только наук). Вот что писал американский математик Норберт Виннер (1894–1964) в своей знаменитой книге «Кибернетика», опубликованной в год моего рождения (1948):

«Ниже мы увидим, что существуют области научной работы, исследуемые с разных сторон чистой математикой, статистикой, электротехникой и нейрофизиологией. В этих областях каждое понятие получает особое название у каждой группы специалистов и многие важные исследования проделываются трижды или четырежды. В то же время другие важные исследования задерживаются из-за того, что в одной области неизвестны результаты, уже давно ставшие классическими в смежной области. Именно такие пограничные области науки открывают перед надлежаще подготовленным исследователем богатейшие возможности. Но изучение таких областей представляет и наибольшие трудности для обычного метода массового наступления с разделением труда»[81].

Техника борьбы с возрастающей специализацией, которую сам я использовал в своей работе, состояла в том, чтобы соединить усилия многих экспертов (например, в исследованиях по распознаванию речи участвовали лингвисты, психоакустики и специалисты по распознаванию образов, а также, естественно, компьютерщики) и стимулировать каждого из них объяснять всем другим членам коллектива свои методы и свою терминологию. Затем мы отбросили всю эту терминологию и разработали общую. Нам всегда удавалось найти метафоры из одной дисциплины, которые разрешали проблемы в другой дисциплине.

Можно сказать, что мышь, пытающаяся найти путь к побегу, спасаясь от домашнего кота в какой-то новой ситуации, занимается творчеством. Наш с вами творческий потенциал несоизмеримо больше, чем у мыши, и происходит на гораздо более высоком уровне абстракции, поскольку мы являемся обладателями гораздо более развитой новой коры, способной к более сложным иерархическим построениям. Таким образом, один из способов повышения творческого потенциала заключается в эффективной сборке более объемной новой коры.

Одна из возможностей — совместная деятельность многих людей. Это рутинная практика, заключающаяся в общении между людьми, занятыми решением общей задачи. Недавно для усиления этой практики в области математики и других дисциплин стали применяться возможности работы в интерактивном режиме в реальном времени[82].

Следующим шагом, конечно же, будет увеличение объема самой новой коры за счет ее небиологического эквивалента. Это будет высшее достижение творчества: создание способности создавать! В итоге небиологическая новая кора сможет быстрее работать и быстрее находить метафоры, вдохновлявшие Дарвина и Эйнштейна. Она будет систематически эксплуатировать все пограничные зоны между экспоненциально расширяющимися областями знаний.

Некоторые беспокоятся о том, что станет с людьми, которые не примут участия в этом расширении разума. Я хочу заметить, что этот дополнительный разум будет главным образом находиться в облаке (в экспоненциально расширяющейся компьютерной инфраструктуре, к которой мы подключаемся для интерактивного общения), где уже теперь сосредоточена большая часть имеющегося в нашем распоряжении «машинного разума». Когда вы используете поисковую систему, узнаёте голос в телефоне, консультируетесь с виртуальным помощником типа Сири или используете телефон для перевода информации на другой язык, «разум» заключен не в том устройстве, с которым вы имеете дело, а в облаке. И наша расширенная новая кора тоже будет там. Возможно, мы станем обращаться к этому разуму путем прямого контакта через нервные клетки, а может быть, так, как мы это делаем сейчас, — через вспомогательные устройства. Мне кажется, что все мы сможем расширить свои творческие способности вне зависимости от того, решимся мы напрямую подсоединиться к этому расширенному разуму или нет. Мы уже передали облаку значительную часть нашей персональной, социальной, исторической и культурной памяти и в итоге поступим так же и с нашим иерархическим мышлением.

Осуществленный Эйнштейном прорыв в науке объясняется не только тем, что он использовал метафоры в своих мысленных экспериментах, но и тем, что у него хватило смелости верить в эти метафоры. Он смог отступиться от традиционных теорий, не сумевших объяснить его эксперименты, и выдержать насмешки современников за те нелепые объяснения, которые он выдвигал на основе своих метафор. Эти качества — вера в метафору и убежденность — мы тоже сможем программировать в нашей небиологической новой коре.

Если вам лично не довелось пережить любовного экстаза, вы наверняка о нем слышали. Значительная часть всего мирового искусства — книг, музыки, танца, картин, телевизионных передач и фильмов — вдохновляется именно историями зарождающейся любви.

Недавно к изучению этого вопроса подключилась и наука, и теперь мы можем идентифицировать биохимические изменения в организме влюбленного человека. Уровень дофамина повышается, что создает ощущение счастья и восхищения. Уровень норадреналина тоже взлетает, что повышает частоту сердечных сокращений и вызывает общее возбуждение. Эти вещества, а также обладающий стимулирующим действием фенилэтиламин вызывают эйфорию, прилив энергии, способствуют концентрации внимания, потере аппетита и непреодолимой тяге к предмету обожания. Проведенные недавно в Университетском колледже Лондона исследования показали, что при влюбленности падает уровень серотонина, как при обсессивно-компульсивном расстройстве, что вполне объясняет маниакальное состояние человека в начале влюбленности[84]. Высокий уровень дофамина и норадреналина объясняют краткосрочную сосредоточенность, эйфорию и страстное стремление к любимому человеку.

Как видно, биохимические процессы при влюбленности очень напоминают таковые при реакции борьбы или бегства. Вообще говоря, это практически одно и то же состояние, за тем исключением, что здесь мы стремимся к кому-то или к чему-то. Циник сказал бы, что мы бежим к опасности, а не убегаем от нее. Такие же изменения наблюдаются и в ранней фазе развития зависимости. Очень точно это состояние описано в песне группы Roxy Music под названием Love is the Drug («Любовь — это наркотик»; герой песни хочет получить следующую «дозу» любви). Исследования религиозного экстаза демонстрируют те же самые явления; можно сказать, что человек влюбляется в Бога или в какой-то иной объект поклонения.

В начале романтической любви эстроген и тестостерон, безусловно, играют роль в сексуальном поведении людей, но если бы единственной целью любви в эволюционном плане было воспроизведение, романтический аспект вовсе не понадобился бы. Как писал психолог Джон Уильям Мани (1921–2006), «страсть похотлива, любовь лирична». Фаза любовного экстаза сменяется фазой привыкания, которая затем переходит в долгосрочную связь. Все эти процессы тоже стимулируются химическими веществами, включая окситоцин и вазопрессин. Сравним, к примеру, два родственных вида мышей-полевок — степную и горную. Они очень похожи, вот только у степных полевок есть рецепторы окситоцина и вазопрессина, а у горных полевок их нет. Степные полевки заводят моногамные отношения, выбирая себе партнера на всю жизнь, а горные вступают в однократные, «случайные» связи. Ясно, что для полевок рецепторы окситоцина и вазопрессина играют решающую роль в характере их любовных отношений.

Для людей эти гормоны тоже важны, но ведущую роль, как и во всей нашей жизни, играет новая кора. У полевок есть новая кора, но эта плоская структура размером с почтовую марку может помочь им только в поиске партнера на всю жизнь (или на одну ночь) и руководить обычными жизненно важными функциями. У нас кора достаточно велика, чтобы снабдить нас «лирическими» эмоциями, о которых говорит Мани.

В эволюционной перспективе любовь существует для того, чтобы удовлетворять нужды новой коры. Если бы у нас не было коры, сексуального влечения оказалось бы вполне достаточно для обеспечения воспроизводства. Любовный экстаз превращается в привыкание, в зрелую любовь и перерастает в долгую связь. Это, в свою очередь, необходимо хотя бы для того, чтобы обеспечить благоприятную среду для подрастающих детей в тот период, когда их собственная новая кора обучается и «взрослеет». Обучение в богатой среде — важнейший принцип действия новой коры. Кроме того, окситоцин и вазопрессин играют ключевую роль в установлении связи между родителями (главным образом матерью) и ребенком.

В ходе развития любовной истории объект любви начинает занимать значительную часть нашей новой коры. После десятилетий совместной жизни в новой коре существует виртуальный образ любимого человека, так что мы всегда можем предсказать, что он сейчас скажет или сделает. Образы в нашей новой коре состоят из мыслей и картинок, отражающих сущность этого человека. Когда мы его теряем, мы буквально теряем часть самого себя. И это не просто метафора — все распознающие модули, заполненные образами любимого человека, внезапно меняют свое содержимое. Казалось бы, распознающие модули можно считать ценнейшим хранилищем виртуального образа любимого человека внутри нас самих, но дело в том, что эти образы вдруг перестают вызывать радость, а начинают порождать грусть.

Эволюционные основы любви и фаз ее развития еще не до конца понятны. Мы давно отделили занятия сексом от их биологической функции: мы можем иметь детей, не занимаясь сексом, и уж точно можем заниматься сексом, не производя детей. Занятия сексом выполняют плотскую и в каком-то смысле коммуникационную функцию. Но мы по-прежнему влюбляемся, и совсем не по той причине, что хотим иметь детей.

Аналогичным образом, с античных времен существовала потребность изображать любовь и ее всевозможные формы с помощью самых разных видов искусства. Наша способность воспроизводить этот извечный человеческий опыт — о любви и о чем-то еще — как раз и определяет уникальность нашего вида.

Новая кора — величайшее творение природы. А стихи о любви и все другие плоды нашего творчества — величайшие достижения новой коры.

Крыса строит гнездо для своего потомства, даже если никогда в жизни не видела других крыс[86]. Паук плетет паутину, гусеница вьет кокон, а бобер строит плотину, даже если никто из сородичей никогда не показывал им, как это делается. Но это не означает, что этим навыкам они не учились. Это означает, что животные учились этому не на протяжении одной жизни, а на протяжении тысяч жизней. Эволюция поведения животных представляет собой процесс обучения, но это обучение происходит не на уровне отдельных особей, а на уровне целых видов, а его результаты записываются в ДНК.

Чтобы оценить эволюцию новой коры, представьте себе, что процесс ее обучения (иерархическим знаниям) сократился от тысячелетий до месяцев (и даже меньше). Даже если миллионам животных какого-то вида млекопитающих не удавалось решить определенную проблему (требующую иерархического подхода), одно из них вдруг неожиданно находило такое решение. И постепенно этот новый метод копировался и распространялся во всей популяции.

Теперь, осуществляя переход от биологического к небиологическому разуму, мы ускоряем процесс обучения еще в тысячи или миллионы раз. После того как цифровая новая кора усваивает какую-то информацию, она может передать ее через минуты или даже секунды. Вот лишь один пример. В моей первой компании Kurzweil Computer Products (KCP, теперь это Nuance Speech Technologies), основанной в 1973 г., мы потратили несколько лет на то, чтобы обучить компьютеры распознавать печатные буквы на отсканированных документах; эта технология называлась омнифонтовым распознаванием знаков (распознаванием знаков любого типа). Эта технология продолжала развиваться на протяжении 40 с лишним лет, и сегодня Nuance производит программу под названием OmniPage. И теперь, если нужно, чтобы ваш компьютер смог распознавать печатные буквы, не нужно учить его этому несколько лет, как это делали мы. Вы просто загружаете выученную компьютером информацию в виде компьютерной программы. В 1980-х гг. мы начали заниматься распознаванием речи, и эта технология, которая также развивалась на протяжении нескольких десятилетий, теперь лежит в основе функционирования Сири (виртуальный помощник в вашем айфоне). И вновь, если нужно, вы за секунды можете включить те знания, что исследовательские компьютеры осваивали на протяжении десятилетий.

Когда-нибудь мы создадим искусственную новую кору, которая будет обладать всеми возможностями биологического аналога. Зачем это нужно? Электронные схемы действуют в миллионы раз быстрее биологических. В первую очередь мы используем этот выигрыш в скорости, чтобы компенсировать некоторый недостаток параллельности в работе современных компьютеров, но в конце концов искусственная новая кора сможет действовать намного быстрее своего биологического аналога, и скорость ее работы будет возрастать и дальше.

При усилении биологической новой коры искусственным аналогом не нужно беспокоиться о том, сколько дополнительных единиц новой коры может физически поместиться в нашем теле или мозге, поскольку большая часть этой структуры будет находиться в облаке, как и большая часть используемых сегодня компьютерных систем. Я уже писал, что, по моим оценкам, в нашей биологической новой коре содержится около 300 млн распознающих модулей. Больше в наш череп вместить невозможно — даже после появления у нас в ходе эволюции крупного лба и с учетом того, что новая кора занимает до 80 % всего объема мозга. Но, когда наше мышление будет происходить в облаке, исчезнут природные ограничения, и мы сможем использовать миллиарды или триллионы распознающих модулей — столько, сколько нужно и сколько будет позволять закон ускорения отдачи.

Чтобы обучить искусственную новую кору новым навыкам, понадобится еще множество итераций, как и в случае биологической коры, но, когда одна какая-то цифровая кора в какой-то момент и в каком-то месте усваивает знания, она способна не медленно обменяться этими знаниями с любой другой искусственной корой. И каждый из нас сможет иметь персональное расширение своей новой коры в облаке, как сегодня имеет хранилище персональных данных.

Наконец, и это очень важно, мы сумеем сохранять цифровую часть нашего разума. Как мы уже поняли, в нашей новой коре содержится информация, которая, страшно подумать, никак не сохраняется. Конечно, эту информацию можно записать. Возможность передать хотя бы часть нашего разума некоему носителю, который переживет наше биологическое тело, безусловно, является важным шагом вперед, но значительная часть содержащейся в нашем мозге информации по-прежнему теряется.

Один из подходов к созданию искусственного мозга состоит в точной имитации биологического мозга. Например, докторант из Гарварда Дэвид Делримпл (род. в 1991 г.) планирует воспроизвести головной мозг нематоды (круглого червя)[87]. Делримпл выбрал нематоду по той причине, что у нее достаточно простая нервная система, состоящая примерно из 300 нейронов, которую он планирует воспроизвести на молекулярном уровне. Он также собирается создать компьютерную модель тела нематоды в соответствующей реальности окружающей среде, так что эта виртуальная нематода сможет (виртуально) добывать себе пищу и делать всякие другие вещи, которые обычно делают нематоды. Делримпл считает, что эта работа станет первым полным воссозданием головного мозга биологического животного в форме виртуального мозга виртуального животного. Являются ли такие виртуальные нематоды (да и биологические нематоды) существами сознательными — вопрос спорный, однако в своей борьбе за пропитание, в процессах пищеварения, попытках избежать хищников и в воспроизведении они должны опираться на определенный осознанный опыт.

На другой границе спектра исследований, в рамках проекта «Голубой мозг» Генри Маркрама, планируется проектирование человеческого мозга, включая всю новую кору, а также такие отделы старого мозга, как гиппокамп, миндалины и мозжечок. Имитация будет осуществляться на разных уровнях детализации, вплоть до полной имитации на молекулярном уровне. Как я рассказывал в четвертой главе, Маркрам открыл существование ключевого модуля из нескольких десятков нейронов, многократно повторяющегося в структурах новой коры, и показал, что именно эти модули, а не отдельные нейроны отвечают за процесс обучения.

Развитие идей Маркрама происходило по экспоненциальному закону. В 2005 г. — в первый год реализации проекта — было осуществлено моделирование действия одного нейрона, а в 2008 г. его научная группа моделировала активность целой колонки новой коры головного мозга крысы, состоящей из 10 тыс. нейронов. К 2010 г. исследователи смогли осуществить моделирование 100 колонок, что в сумме составляло около миллиона клеток (Маркрам назвал эту группу клеток мезоцепью). Одна из проблем заключается в том, что мы не имеем возможности проверить точность этого моделирования. Чтобы это сделать, с помощью данной модели нужно продемонстрировать процесс обучения, о чем я расскажу ниже.

К концу 2014 г. Маркрам планировал создать модель целого мозга крысы, состоящую из 100 мезоцепей; эта система включает 100 млн нейронов и примерно 1 трлн синапсов. В своем выступлении на конференции TED (Technology Entertainment Design) в 2009 г. в Оксфорде Маркрам заявил: «Нет ничего невозможного в том, чтобы создать головной мозг человека, и мы сделаем это через 10 лет»[88]. Но теперь он планирует решить эту задачу к 2023 г.[89]

Маркрам и его коллеги строят свою модель на детальном анатомическом и электрохимическом анализе нейронов. С помощью созданного ими автоматического устройства, которое они назвали «пэтч-кламп-роботом»[90], они анализируют состояние специфических ионных каналов, нейромедиаторов и ферментов, отвечающих за электрохимическую активность каждого нейрона. По утверждению Маркрама, эта автоматическая система проделала тридцатилетний объем работы за шесть месяцев. Именно на основании этого анализа они сформулировали идею «кубиков лего», составляющих основную функциональную единицу новой коры.

Реальный и прогнозируемый прогресс в развитии проекта «Голубой мозг»[91].

Важный вклад в развитие метода внесли нейрофизиолог Эд Бойден из Массачусетского технологического института, профессор Крейг Форест из отдела механики Технологического университета Джорджии и его студент Сухаса Кодандарамайах.

Они создали автоматическую систему, способную сканировать нервную ткань с точностью до одного микрометра, не повреждая тонкие мембраны нейронов. «Это то, что может делать робот, но не может человек», — прокомментировал Бойден.

Наконечник «пэтч-кламп робота», созданного в Массачусетском технологическом институте, сканирует нервную ткань.

Говорят, что после моделирования поведения одной колонки новой коры Маркрам заявил: «Теперь нам остается только масштабировать процесс»[92]. Масштабирование, безусловно, важный фактор, но есть и еще один — обучение. Если «Голубой мозг» должен «говорить, мыслить и вести себя во многом как человек», о чем Маркрам говорил в интервью на ВВС в 2009 г., его новая кора должна иметь значительное содержание[93]. Но, как может подтвердить всякий, кто пытался беседовать с новорожденным ребенком, чтобы достичь этой цели, мозг должен очень многому научиться.

Для решения подобной задачи в такой модели, как «Голубой мозг», существуют две очевидные возможности. Первая состоит в обучении искусственного мозга таким же способом, как обучается мозг человека. Вначале вы имеете систему, соответствующую мозгу новорожденного ребенка, обладающую способностью усваивать иерархические знания и заранее заданной способностью трансформировать сенсорные сигналы. Однако для обучения небиологического мозга нужен такой же контакт, как между новорожденным ребенком и развивающим его взрослым человеком. Проблема заключается в том, что создание такого мозга ожидается не ранее начала 2020-х гг. Однако функционирование в реальном времени будет слишком медленным, поскольку исследователям придется подождать десять или двадцать лет, пока мозг достигнет интеллектуального уровня взрослого человека, хотя, конечно, производительность компьютеров продолжает неуклонно возрастать.

Второй подход заключается в том, чтобы скопировать образы, содержащиеся в новой коре одного или нескольких взрослых людей, обладающих достаточными знаниями, чтобы нормально пользоваться речью и вообще вести себя как развитый взрослый человек. В данном случае проблема заключается в том, чтобы найти неинвазивный и недеструктивный метод сканирования с достаточным временным и пространственным разрешением и скоростью, чтобы провести эту процедуру быстро и без потерь. Мне кажется, этот метод «загрузки информации» не будет реализован до 2040-х гг.

Но есть еще и третья возможность, которую, как мне кажется, и следует использовать при развитии таких моделей, как «Голубой мозг». Можно упростить молекулярные модели путем создания функциональных эквивалентов на разных уровнях специфичности, используя различные методы — от моего собственного функционального алгоритмического метода (описанного в этой книге) до практически полных молекулярных моделей. При этом в зависимости от степени упрощения можно повысить скорость обучения в несколько сотен или даже тысяч раз. Для такой модели искусственного мозга можно разработать обучающую программу, которая будет осваиваться достаточно быстро. А затем упрощенную модель можно заменить полной молекулярной моделью, сохраняя накопленные знания. После этого можно начать моделирование процесса обучения полной молекулярной модели на гораздо более низкой скорости.

Американский специалист в области информатики Дхармендра Модха и его коллеги из корпорации IBM на клеточном уровне создали модель участка человеческой зрительной коры, состоящий из 1,6 млрд виртуальных нейронов и 9 трлн синапсов, что по размеру эквивалентно новой коре кота. Эта система работает в 100 раз медленнее, чем суперкомпьютер IBM BlueGene/P, состоящий из 147 456 процессоров. Эта работа была удостоена премии Гордона Белла, которая вручается Ассоциацией вычислительной техники (ACM).

Задача таких моделей, как «Голубой мозг» или новая кора Модха, заключается в уточнении и подтверждении функциональной модели. Модель человеческого искусственного разума в принципе будет использовать именно такие алгоритмы. Однако молекулярные модели помогают усовершенствовать эти алгоритмы и более полно изучить наиболее важные детали. В ходе наших экспериментов 1980-х и 1990-х гг., посвященных созданию технологии распознавания речи, нам удалось усовершенствовать наши алгоритмы, когда мы поняли суть реальных превращений, происходящих в слуховом нерве и некоторых участках новой коры. Даже если наша функциональная модель безупречна, понимание ее функционирования в биологическом мозге даст важную информацию о функции и дисфункции человеческого организма.

Для создания моделей мозга нам нужна очень подробная информация о функционировании настоящего мозга. Группа Маркрама собирает собственные данные. Сбору подобной информации и ее передаче широкой научной общественности посвящено несколько крупномасштабных проектов. Например, в результате сканирования головного мозга мышей лаборатория в Колд-Спринг-Харбор получила 500 терабайт информации, которую выложила для общественного доступа в июне 2012 г. Этот проект позволяет пользователям изучать мозг таким же образом, как программа Google Earth позволяет изучать поверхность планеты. Вы можете перемещаться внутри мозга и при более сильном приближении рассматривать отдельные нейроны и их контакты. Вы можете выделить отдельную связь и следовать по ней вдоль всего мозга.

Шестнадцать отделов Национального института здоровья США объединились и выделили 38,5 млн долларов на реализацию проекта под названием «Коннектом человека»[94]. Проект выполняется под руководством Университета Вашингтона в Сент-Луисе, Университета Миннесоты, Гарвардского университета, Массачусетского генерального госпиталя и Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе и направлен на создание трехмерной карты связей нейронов в головном мозге человека. С этой целью применяются различные неинвазивные технологии сканирования, включая новые варианты МРТ, магнитоэнцефалографию (МЭГ — измерение магнитных полей, образующихся в результате электрической активности мозга) и диффузионную трактографию (анализ пучков нервных волокон в головном мозге). Как я расскажу в десятой главе, пространственное разрешение неинвазивных методов сканирования мозга увеличивается с невероятной скоростью. Одними из первых результатов проекта были данные Ван Видена и его коллег из Массачусетского генерального госпиталя о том, что в головном мозге существует регулярная сеть нейронов, напоминающая структуру возбуждения нейронов новой коры, о которой я рассказывал в четвертой главе.

Специалист в области компьютерной нейробиологии из Оксфордского университета Андерс Сэндберг (род. в 1972 г.) и шведский философ Ник Востром (род. в 1973 г.) разработали детальный план эмуляции головного мозга, в котором определены подходы к моделированию головного мозга человека (и других существ) на разном уровне детализации — от сложных функциональных моделей до имитации действия отдельных молекул[95].

Схема эмуляции активности человеческого мозга (Andrs Sandberg, Nick Bostrom, Whole Brain Emulation: A Roadmap).

Этот план не дает временных ориентиров, но описывает требования, которые должны быть выполнены для воссоздания различных типов мозга с разной степенью детализации в плане сканирования, моделирования, хранения информации и вычислений. Авторы проекта указывают на неизбежный экспоненциальный рост информации во всех этих направлениях, который позволит осуществить моделирование человеческого мозга с высокой степенью детализации.

[96]

В 1964 г., когда мне было 16 лет, я написал письмо профессору Фрэнку Розенблатту из Корнельского университета с просьбой рассказать о машине под названием Mark 1 Perception. Профессор создал эту машину за четыре года до того, и она, как было заявлено, обладала свойствами человеческого мозга. Розенблатт пригласил меня к себе, чтобы опробовать машину.

Система Perception была построена на основе электронных моделей нейронов. На вход в систему подавались двумерные значения. В случае речевых образов одно измерение соответствовало частоте, а второе — времени, так что каждое значение демонстрировало интенсивность частоты в данный момент. В случае зрительных образов каждая точка представляла собой пиксел в двумерном массиве. Входные сигналы случайным образом поступали на модельные нейроны первого уровня. Все связи характеризовались синаптическим потенциалом, отражающим их значимость, который исходно устанавливался случайным образом. Каждый нейрон суммировал поступающие к нему сигналы. Если суммарный сигнал превышал некое пороговое значение, нейрон возбуждался и посылал выходной сигнал на следующий контакт. Если суммарный сигнал был меньше порогового значения, нейрон не возбуждался и выходной сигнал равнялся нулю. Выходные сигналы всех нейронов случайным образом поступали на нейроны следующего уровня. Таких уровней в системе Mark 1 Perception существовало три, и каждый из них мог быть организован в различной конфигурации. Например, какой-то уровень мог иметь обратную связь с предыдущим. На высшем уровне в результате случайного выбора выходных сигналов одного или нескольких нейронов формировался ответ (алгоритм действия сетей нейронов подробно описан в приложении[97]).

Поскольку возбуждение нейронов и величина синаптического потенциала сначала выбирались случайным образом, ответы такой необученной сети нейронов тоже были случайными. Таким образом, важнейшим элементом в моделировании нейронной сети является обучение, как и в головном мозге млекопитающего, который она имитирует. Сначала нейронная сеть ничего не знает. Ее учитель (это может быть человек, компьютерная программа или, возможно, другая, более зрелая нейронная сеть, которая уже получила какие-то знания) вознаграждает обучающуюся сеть, когда та генерирует правильный ответ, и наказывает, если ответ неправильный. Эта обратная связь используется обучающейся сетью для корректировки силы межнейронных контактов. Контакты, приводящие к правильным ответам, становятся прочнее, а те, что формируют неправильный ответ, напротив, ослабевают.

Со временем нейронная сеть организуется таким образом, что может выдавать правильные ответы безо всякой подсказки. Эксперименты показывают, что нейронные сети могут обучаться даже у ненадежных учителей. Если учитель вносит исправления лишь в 60 % случаев, обучающаяся нейронная сеть все равно выучит урок так, что точность ответов приблизится к 100 %.

Однако достаточно скоро стало очевидно, что Perception может усвоить лишь ограниченный объем материала. Когда я посетил профессора Розенблатта в 1964 г., я попытался слегка изменить входные данные. Система была натренирована на распознавание печатных букв и делала это достаточно точно. Она довольно хорошо выполняла задачу самоассоциации (узнавала букву, если я закрывал ее часть), но не справлялась с инвариантностью (путалась при изменении размера буквы или шрифта).

Во второй половине 1960-х гг. нейронные сети стали невероятно популярными, и «коннекционизму» была посвящена как минимум половина исследований в области искусственного интеллекта. Между тем, более традиционный подход к созданию искусственного интеллекта состоял в попытках программирования решений специфических задач, таких как распознавание инвариантных свойств печатных букв.

В том же 1964 г. я посетил Марвина Минского, одного из основоположников исследований в области искусственного интеллекта. Хотя он сам выполнил несколько пионерских исследований по изучению нейронных сетей еще в 1950-х гг., он был недоволен активным развитием исследований в этом направлении. Считалось, что нейронные сети не нуждаются в программировании, поскольку обучаются решать задачи самостоятельно. В 1965 г. я поступил в Массачусетский технологический институт. Минский был моим научным руководителем, и я разделил его скептицизм в отношении идеи коннекционизма.

В 1969 г. Минский и Сеймур Пейперт — основатели лаборатории искусственного интеллекта при Массачусетском технологическом институте — написали книгу Perceptrons[98], в которой излагалась проблема персептрона, заключавшаяся в том, что такие персептроны, как Mark 1, не способны определить является ом изображение связанным. Эта книга вызвала бурю гнева. Человек может очень легко определить, является ли образ цельным (связанным), и для компьютера эта задача не представляет никакой сложности. Тот факт, что персептроны не могут этого сделать, многими был воспринят как полный провал.

Суть книги, однако, интерпретировалась шире, чем подразумевали авторы. Теорема Минского и Пейперта применима только к определенному типу нейросетей, называемых упреждающими сетями (к которым, в частности, относится персептрон Розенблатта), но другие типы нейронных сетей не имеют этого ограничения.

И все же книга отчасти способствовала ослаблению интереса к нейронным сетям в 1970-х гг. Исследования возобновились в 1980-х гг. в попытках использовать «более реалистичные модели» биологических нейронов и избежать ограничений, накладываемых теоремой Минского — Пейперта. Тем не менее способность новой коры решать ключевую проблему инвариантности по-прежнему не поддавалась воспроизведению в рамках коннекционизма.

Два изображения с обложки книги «Перцептроны» (авторы Марвин Мински и Сеймур Паперт). Верхнее изображение: неподключенный образ (темный участок состоит из двух разъединенных частей. Внизу: образ подключенный.

В начале 1980-х гг. я начал заниматься проектом, посвященным другой классической проблеме распознавания образов — пониманию человеческой речи. Сначала мы использовали классический подход, заключающийся в прямом программировании знаний о фундаментальных единицах речи, называемых фонемами, и лингвистических правилах связывания отдельных фонем в слова и фразы. Каждая фонема характеризуется определенными частотными параметрами. Например, мы знаем, что такие гласные, как «и» и «а», характеризуются определенными резонансными частотами, называемыми формантами, причем каждой фонеме соответствует определенное соотношение формант. Свистящие звуки, как [з] и [с], характеризуются шумовым импульсом, охватывающим несколько частот.

Спектр трех гласных звуков. Слева направо: звук [i], как в слове «appreciate», [и], как в «acoustic», и [а], как в «ah». По оси Y отложены звуковые частоты. Чем темнее полосы, тем больше энергии соответствует этой частоте.

Мы регистрировали речь в виде звуковых волн, которые затем конвертировали в частотные полосы, используя частотные фильтры. Результат такой трансформации (спректрограмма) выглядит следующим образом.

Фильтры имитируют функцию улитки человеческого уха на начальном этапе биологического процесса восприятия звука. Компьютерная программа сперва идентифицировала фонемы на основании распознанных частот, а затем на основании характерных последовательностей фонем идентифицировала слова.

Кое-что у нас получилось. Мы смогли натренировать нашу систему на распознавание речи конкретного человека, пользовавшегося небольшим набором слов (несколько тысяч). Далее мы попытались научить ее распознавать десятки тысяч слов, речь разных людей и непрерывную речь (без пауз между словами), но столкнулись с проблемой инвариантности. Разные люди произносят одну и ту же фонему по-разному: в устах одного человека фонема «и» может звучать, как «а» у другого человека. Даже один и тот же человек не отдает себе отчета в том, как он произносит отдельные фонемы. Характер звучания часто зависит от соседних фонем. Некоторые фонемы полностью исчезают. Произношение слов (то есть сочленение фонем) также весьма вариабельно и зависит от контекста. Те лингвистические правила, которые мы заложили в нашу программу, не смогли учесть чрезвычайную вариабельность разговорной речи.

Спектр слова «hide» («хайд» — прятать). Горизонтальные линии соответствуют формантам — частотам с наиболее высокой энергией.

Тогда мне стало ясно, что распознавание образов и понятий человеческим мозгом имеет иерархическую природу. Это совершенно очевидно для человеческой речи, состоящей из сложных иерархических структур. Но что лежит в основе этой структуры? Это был первый вопрос, который я задал себе, собираясь заниматься созданием автоматических систем распознавания разговорной человеческой речи. Звук проникает в ухо как вибрация воздуха и под действием примерно 3000 внутренних волосковых клеток внутри ушной улитки превращается во множество полос различной частоты. Каждая волосковая клетка настроена на восприятие определенной частоты (звуковые частоты мы воспринимаем как тона), и каждая действует как частотный фильтр, испуская сигнал, когда улавливает звук своей или близкой резонансной частоты. Таким образом, выходящий из улитки уха звук составлен примерно из 3000 отдельных сигналов, каждый из которых характеризуется изменяющейся во времени интенсивностью узкой звуковой полосы (конечно, эти полосы перекрываются).

Даже при условии множественных повторов структур мозга мне кажется совершенно невероятным, что мозг обрабатывает 3000 отдельных звуковых сигналов. У меня вызывала большое сомнение столь низкая эффективность эволюции. Теперь мы знаем, что еще до того, как звуковые сигналы попадают в новую кору, в слуховом нерве происходит очень значительное сокращение объема информации. В наших искусственных системах распознавания речи мы тоже применяли фильтры (сначала 16, а потом 32; больше, как оказалось, использовать бессмысленно). Таким образом, в нашей системе в каждый момент времени входной сигнал был представлен 16 числами. И нам предстояло свести эти 16 потоков данных к единому потоку, сохранив при этом информацию, необходимую для распознавания речи.

С этой целью мы использовали математический метод, называемый векторным квантованием. Итак, представьте себе, что в любой момент времени звук (выходящий из уха к мозгу) представлялся компьютерной программой в виде набора из 16 чисел — выходные сигналы, прошедшие 16 частотных фильтров (в человеческом ухе было бы 3000 чисел, соответствующих выходным сигналам из 3000 волосковых клеток). На языке математики каждый подобный набор чисел (3000 в биологической системе или 16 в компьютерной модели) называют вектором.

Для простоты рассмотрим процесс векторного квантования для вектора из двух чисел. Каждый вектор можно представить себе в виде точки в двумерном пространстве.

Если у нас имеется множество таких векторов, при нанесении их на график мы можем заметить формирование определенных кластеров.

Для идентификации кластеров нужно решить, сколько их будет. В нашей работе мы обычно допускали существование 1024 кластеров, которые могли пронумеровать и обозначить 10-разрядным двоичным числом (поскольку 2¹⁰ = 1024). Наша выборка векторов представляет необходимое нам разнообразие. Сначала мы предполагали, что первые 1024 вектора образуют одноточечные кластеры. Затем мы рассматривали 1025-й вектор и находили ближайшую к нему точку. Если это расстояние больше самого маленького расстояния между двумя любыми точками из 1024, мы считаем эту точку началом нового кластера. Тогда мы «схлопываем» два ближайших кластера в единый кластер (при этом у нас по-прежнему остается 1024 кластера).

После добавления 1025-го вектора один из наших кластеров содержит более одной точки. Мы продолжаем действовать таким же образом, все время сохраняя 1024 кластера. Когда мы добавим все точки, мы можем представить каждый многоточечный кластер в виде геометрического центра точек этого кластера.

Кластер точек; мы можем его изобразить в виде единственной точки, соответствующей геометрическому центру всей этой группы точек.

Мы повторяем этот процесс до тех пор, пока не учтем все точки из нашей выборки. Обычно мы укладываем в 1024 (2¹⁰) кластера миллионы точек (мы также работали с 2048 (2¹¹) и с 4096 (2¹²) кластерами). Каждый кластер можно представить в виде единственного вектора, расположенного в геометрическом центре всех точек кластера. Таким образом, сумма расстояний от всех точек кластера до центральной точки минимальна.

В результате применения данного метода вместо миллионов точек, с которыми мы начинали работать, у нас остается всего 1024 точки, оптимальным образом распределенные в пространстве. Неиспользованные части пространства не принадлежат ни одному кластеру.

Далее мы нумеруем наши кластеры (в данном случае приписываем им номера от 0 до 1023). Этот номер является сокращенным, «квантованным» представлением кластера, вот почему данный метод называется методом векторного квантования. Любой новый входящий вектор будет характеризоваться номером кластера, центр которого расположен ближе всего к этому новому вектору.

Теперь мы можем рассчитать расстояние от центра каждого кластера до центра всех других кластеров. Тем самым мы получаем расстояние от этого нового входящего вектора (представленного квантованным значением — номером кластера, к которому новый вектор расположен ближе всего) до всех других кластеров. Поскольку все точки характеризуются только номерами ближайших кластеров, мы знаем расстояния между конкретной точкой и всеми другими возможными точками.

Я описал суть метода в применении к двумерным векторам, но работа с 16-мерными векторами осуществляется по совершенно аналогичной схеме. Мы выбираем векторы с 16 числами, соответствующими 16 различным частотным полосам, так что каждая точка в нашей системе располагается в 16-мерном пространстве. Нам трудно вообразить пространство, распространяющееся более чем в трех измерениях (ну максимум в четырех, если мы добавим шкалу времени), но у математиков нет таких ограничений.

Применение данного метода позволило нам решить четыре задачи. Во-первых, мы значительно понизили уровень сложности системы. Во-вторых, мы представили 16-мерные данные в виде одномерных. В-третьих, мы усовершенствовали свою способность находить инвариантные черты, поскольку выделяем те участки звукового пространства, которые содержат наибольшее количество информации. Большинство комбинаций частот является физически невозможным или очень маловероятным, поэтому нет смысла выделять одинаковое пространство для вероятных и маловероятных комбинаций входных сигналов. Этот метод позволяет ограничить набор данных равновероятными возможностями. Четвертое достижение заключается в том, что мы можем использовать одномерные распознающие модули, даже если исходные данные являются многомерными. Это самый эффективный подход к использованию имеющихся в настоящее время вычислительных ресурсов.

Метод векторного квантования позволил нам упростить данные таким образом, чтобы выделить ключевые признаки, но нам по-прежнему нужно было научиться представлять иерархию инвариантных признаков, чтобы оценивать новую информацию.

В начале 1980-х гг., когда я уже занимался проблемой распознавания образов на протяжении почти 20 лет, я знал, что одномерное представление данных — самый мощный, эффективный и надежный способ получения инвариантных результатов. В то время мы мало знали о функционировании новой коры, но на основании своих исследований в области распознавания образов я предположил, что мозг, возможно, редуцирует многомерные данные (поступающие от глаз, ушей или кожи) до одномерных, особенно когда речь идет об иерархии понятий в новой коре.

Организация информации в речевых сигналах, как оказалось, представляет собой иерархию образов: каждый образ складывается из линейной последовательности элементов. Каждый элемент образа может быть составлен из образов более низкого порядка или представлять собой базовую единицу сигнала (соответствующую нашим с вами квантованным векторам).

Эта ситуация полностью соответствует модели новой коры, о которой я рассказывал ранее. Таким образом, человеческая речь является продуктом иерархической организации линейных образов. Если бы мы умели анализировать эти образы в мозге говорящего человека, мы могли бы просто сопоставлять каждое новое высказывание с образами в мозге и понимать, что же человек говорит. К сожалению, у нас нет прямого доступа к головному мозгу — мы имеем лишь то, что слышим. Конечно же, в этом и заключается весь смысл разговорной речи — человек передает в словах часть своих мыслей.

Я задал себе вопрос: нет ли какого-то математического метода, который помог бы нам анализировать образы в мозге говорящего человека на основании произнесенных слов? Одной фразы, конечно, было бы недостаточно, но если бы у нас имелся большой набор образцов, возможно, мы смогли бы использовать эту информацию для «прочтения» образов в новой коре говорящего человека (или хотя бы сформулировать математический эквивалент, который позволил бы нам распознавать новые словосочетания).

Часто люди недооценивают мощь математического аппарата; подумайте, ведь поиск самой разной информации за считаные секунды с помощью поисковых программ основан на математическом подходе. Так вот, когда в начале 1980-х гг. я занимался проблемой распознавания речи, оказалось, что для решения стоявших перед нами задач практически идеально подходит так называемый метод скрытых моделей Маркова. Русский математик Андрей Андреевич Марков (1856–1922) создал математическую теорию иерархических последовательностей состояний. Модель основана на возможности перехода из одного состояния в другое по цепочке; если переход совершается успешно, следующее состояние характеризуется более высоким уровнем иерархии. Вам это ничего не напоминает?

Простой пример одного слоя в скрытой модели Маркова. Символы от S₁ до S₄ обозначают «скрытые» состояния системы. Параметры переходов P_i,j соответствуют вероятности перехода из состояния S₁ в состояние S_j. Эти вероятности определяются системой путем обучения на тренировочных данных и в рабочем порядке. Новая последовательность (например, новая последовательность звуков) соотносится со значениями P_i,j для определения вероятности воспроизведения моделью этой последовательности.

В модели Маркова учитываются вероятности переходов из каждого состояния в следующее. В ней рассматривается ситуация, когда система следует такой иерархической линейной цепи состояний, но их невозможно проанализировать напрямую — отсюда название «скрытые модели Маркова». На самом нижнем иерархическом уровне подаются сигналы, и это все, что мы можем видеть. Марков предложил математический метод расчета, показывающий, что вероятность каждого перехода должна быть основана на значении выходного сигнала. Этот метод в 1923 г. усовершенствовал знаменитый английский математик Норберт Винер (1894–1964). В результате стало возможным определять связь между звеньями в цепи Маркова; в частности, все связи, характеризующиеся очень низкой вероятностью, стали считаться несуществующими. Именно так действует и человеческая новая кора: если какие-то связи не используются или используются очень редко, они воспринимаются как маловероятные и со временем исчезают. В нашем случае наблюдаемым выходным сигналом является речевой сигнал, издаваемый говорящим человеком, а состояния в цепи Маркова и связи между ними описывают иерархическую организацию новой коры.

Я задумал систему, в которой мы могли бы собирать образцы человеческой речи, применять метод скрытых моделей Маркова для выявления иерархии состояний с их связями и вероятностями (модель новой коры), а затем использовать эту иерархическую сеть для распознавания новых словосочетаний. Для создания системы, способной распознавать речь разных людей, следовало натренировать скрытые модели Маркова на образцах речи многих людей. Добавляя элементы иерархии для воспроизведения иерархической природы языковой информации, мы получили бы в чистом виде иерархические скрытые модели Маркова (ИСММ).

Мои коллеги в компании Kurzweil Applied Intelligence весьма скептически отнеслись к этому плану, учитывая сходство этой модели с самоорганизующимися нейронными сетями, которые уже не были столь популярны и не помогли нам серьезно продвинуться в наших предыдущих исследованиях. Я же указывал, что связи в системе нейронных сетей являются фиксированными и не адаптируются к входным сигналам — веса адаптируются, а связи нет. В системе скрытых моделей Маркова — при условии, что она правильно подготовлена, — исчезают неиспользуемые связи и происходит адаптация.

Я организовал небольшой изолированный проект, функционировавший вне общего направления исследований. Над проектом трудился я сам, один программист, работавший неполный день, и один инженер-электрик (который должен был создать базу частотных фильтров). К огромному удивлению коллег, наш проект оказался весьма успешным и позволил создать систему, с высокой точностью распознающую речь из большого набора слов.

После этого все последующие системы распознавания речи строились на иерархических скрытых моделях Маркова. Другие исследовательские группы, по-видимому, обнаружили достоинства этой модели независимо, и начиная с середины 1980-х гг. именно этот подход лег в основу большинства автоматизированных систем распознавания речи. Скрытые модели Маркова используются и для создания речи: не забывайте, что иерархическая организация нашей биологической новой коры важна не только для распознавания входных сигналов, но и для создания выходных сигналов, таких как речь или движение.

ИСММ также используются в системах, понимающих смысл предложений на более сложном понятийном уровне иерархии.

Состояния в скрытой модели Маркова и возможные переходы, необходимые для создания последовательности слов в разговорной речи.

Чтобы понять, как работает метод ИСММ, начнем с рассмотрения сети, состоящей из всех возможных состояний и переходов. Здесь важнейшую роль играет описанный выше метод векторного квантования, поскольку без него пришлось бы рассматривать слишком большое число вариантов.

Цифровая кора — модель биологической коры Вот возможный вариант упрощения исходной топологии.

Простая скрытая модель Маркова для распознавания двух слов разговорной речи.

Образцы словосочетаний обрабатываются по очереди. В каждом случае мы многократно изменяем вероятность переходов, чтобы как можно лучше отразить только что обработанный входной сигнал. В системах распознавания речи модели Маркова описывают вероятность обнаружения специфического звукового образа в каждой фонеме, взаимное влияние фонем и вероятный порядок фонем. Кроме того, система может включать и такие более сложные языковые закономерности, как порядок слов, составление фраз и т. д.

Наши первые системы распознавания речи были основаны на специфических правилах, описывающих структуру фонем и предложений, составленных и закодированных лингвистами, но новым системам на основе ИСММ не нужно было объяснять, что в английском языке 44 фонемы, каковы последовательности вероятных векторов для каждой фонемы и что одни последовательности фонем встречаются чаще других. Мы предоставили системе возможность самостоятельно обнаружить эти «правила» в процессе тысяч часов обработки транскрибированной человеческой речи. Преимущество этого подхода, в отличие от тренировки модели на заранее заданных правилах, заключается в том, что система находит вероятностные закономерности, о которых лингвисты порой даже не подозревают. Мы обратили внимание на то, что правила, усвоенные системой в автоматическом режиме при обработке предоставленных ей данных, не очень сильно отличаются от правил, сформулированных экспертами, но эти отличия могут быть чрезвычайно важными.

После тренировки системы мы приступаем к распознаванию речи, рассматривая альтернативные пути и выбирая наиболее вероятный путь с учетом реальной последовательности входных векторов. Другими словами, если мы видим последовательность состояний, которая с большой вероятностью соответствует данному словосочетанию, мы делаем вывод, что данное словосочетание задается этой кортикальной последовательностью. Такая основанная на ИСММ новая кора содержала метки слов и потому была способна предложить транскрипцию того, что слышала.

Мы смогли усовершенствовать систему путем дальнейших тренировок. Как говорилось выше, на всех иерархических уровнях нашей биологической новой коры процессы распознавания и обучения тоже происходят одновременно.

Еще один важный аспект разработки программы заключается в том, чтобы найти способ установить все те многочисленные параметры, которые контролируют функционирование системы распознавания. Среди этих параметров — допустимое число векторов для этапа векторного квантования, исходная топология иерархических состояний (до того, как в процессе тренировки ИСММ ликвидирует неиспользуемые состояния), порог распознавания на каждом иерархическом уровне, параметры, определяющие величину сигналов, и многое другое. Мы можем использовать интуитивный подход, но результаты будут далеки от оптимальных.

Мы называем данные параметры «Божьими параметрами», поскольку они устанавливаются до включения самоорганизующегося метода определения топологии скрытых моделей Маркова (или, в случае биологической новой коры, до того как человек начинает заучивать урок путем создания связей между нейронами новой коры). Возможно, название неправильное, поскольку эти исходные данные, записанные в ДНК, определены ходом биологической эволюции, хотя некоторые усматривают в этом процессе божий промысел (я, безусловно, считаю эволюцию духовным процессом и обращусь к этой теме в девятой главе).

Когда мы начали устанавливать «Божьи параметры» при моделировании иерархических систем обучения и распознавания, мы опять-таки обратились к природе и попытались оценить их путем моделирования процесса эволюции. Мы использовали так называемые генетические (эволюционные) алгоритмы, основанные на моделировании полового размножения и мутаций.

Я опишу этот процесс в упрощенном виде. Сначала мы определяли способ кодирования возможных решений данной проблемы. Если проблема заключалась в оптимизации исходных параметров какой-то цепи, мы определяли список всех параметров (приписывая каждому специфический объем информации (число битов)) этой цепи. Этот список является своеобразным генетическим кодом генетического алгоритма. Мы случайным образом создавали тысячи и более таких генетических кодов. Каждый код (который представляет собой один набор исходных параметров) рассматривается в качестве модельного организма («решения»).

Далее мы оценивали каждый модельный организм в модельной среде, используя описанный метод определения каждого набора параметров. Эта оценка — ключ к успеху генетического алгоритма. В нашем примере мы проверяли все программы, созданные на основе наших параметров, и оценивали их по определенным критериям (решена ли задача, как быстро она решается и т. д.). Лучшим организмам (лучшим «решениям») разрешалось выжить, а остальные были элиминированы.

Далее мы заставляли выжившие организмы размножаться до определенной численности «особей». Для этого мы имитировали половое размножение: иными словами, мы создавали потомство, в котором каждая особь наследовала одну часть генетического кода от одного родителя, а другую — от другого. Обычно в нашей системе нет никакой разницы между женскими и мужскими организмами, потомство может давать любая пара условных родителей, так что речь фактически идет об однополых браках. В этой связи данный процесс не столь интересен, как в природе. Для нас было важно только наличие двух родителей. По мере размножения наших модельных организмов мы допускали появление в их хромосомах случайных мутаций (изменений).

Итак, мы описали появление одного поколения модельных организмов. Далее мы повторяли все те же процессы для каждого следующего поколения: определяли, насколько улучшился дизайн (то есть рассчитывали среднее улучшение оценки для всех выживших организмов). Когда результаты оценки организмов из двух последовательных поколений практически переставали улучшаться, мы останавливали цикл и использовали лучшие образцы из последнего поколения[99].

Суть генетического алгоритма (ГА) заключается в том, что создатели программы не программируют решение, а позволяют ему сформироваться в результате многократных имитаций конкуренции и улучшений. Биологическая эволюция — процесс умный, но медленный, и мы попытались этот медленный процесс ускорить. Компьютер действует достаточно быстро, чтобы имитировать смену множества поколений за несколько часов или дней, а наши эксперименты длились несколько недель, так что мы могли наблюдать смену сотен тысяч поколений. Но этот многократно повторяющийся процесс мы должны были воспроизвести лишь однажды. Как только мы запустили процесс искусственной эволюции, достаточно быстро смогли применить полученные усовершенствованные правила к решению реальных проблем. В нашей системе распознавания речи мы использовали их для обнаружения исходной топологии сети и других критических параметров. Итак, мы использовали две самоорганизующиеся системы: ГА для симуляции биологической эволюции, что позволило определить специфический дизайн коры, и ИСММ для симуляции организации коры, определяющей процесс обучения у человека.

Еще одно важное требование для успешного применения ГА заключается в обеспечении надежного метода оценки всех возможных решений. Эта оценка должна быть быстрой, поскольку в каждом поколении приходится анализировать тысячи возможных вариантов. Метод ГА прекрасно подходит для нахождения точного аналитического значения в задачах с очень большим числом переменных. Например, при проектировании моторов приходится учитывать более сотни переменных и удовлетворять десяткам различных условий. Использование инженерами General Electric метода ГА при создании реактивного двигателя позволило добиться более точного соответствия необходимым требованиям, чем применение традиционных методов.

При использовании ГА, однако, следует с особым вниманием относиться к тому, о чем вы собираетесь спросить. Этот алгоритм был разработан для решения статистической задачи о стопке брусков, для которой он позволяет найти идеальное решение, но за тысячи ходов. Программисты забыли включить в программу функцию минимизации операций.

Проект «Электрическая овца» Скотта Дрейва — основанная на генетическом алгоритме программа, которая умеет рисовать. Функция оценки использует в качестве оценщиков многие тысячи людей. Рисунки изменяются во времени — вы можете увидеть их на сайте electricsheep.org.

В системах распознавания речи сочетание генетических алгоритмов и скрытых моделей Маркова дало возможность получить отличные результаты. Симуляция эволюции с помощью ГА в значительной степени улучшила производительность сетей ИСММ. Эволюция позволила достичь результата, который намного превзошел исходный вариант, основанный на нашей интуиции.

Далее мы экспериментировали, вводя в систему небольшие изменения. Например, мы создавали некоторые пертурбации (случайные небольшие изменения) входного сигнала. Другое изменение состояло в том, что мы заставляли соседние марковские цепи «протекать» друг в друга: результаты одной модели влияли на «соседние» модели. В то время мы не отдавали себе в этом отчета, однако производимые нами изменения действительно напоминали процессы, происходящие в структурах биологической коры.

В первую очередь такие изменения снижали эффективность системы (точность распознавания). Однако если мы повторяли эволюционный процесс (то есть перезапускали генетический алгоритм) при наличии подобных изменений, это позволяло адаптировать систему и оптимизировать ее к данным условиям. Обычно это приводило к восстановлению эффективности. Если затем мы удаляли внесенные изменения, эффективность вновь падала, поскольку система эволюционировала для их компенсации. Адаптированная система становилась зависимой от внесенных изменений.

В частности, небольшие случайные изменения на входе позволяли повысить эффективность системы (после повторного проведения ГА). Причина заключается в проблеме так называемой сверхподгонки, характерной для самоорганизующихся систем. Существует опасность, что такая система в основном будет настроена на специфические примеры, которые использовались для ее обучения. Внесение случайных изменений на входе позволяет добиться большей инвариантности данных для обучения системы. Но этот метод работает только в том случае, если в новых условиях мы вновь запускаем генетический алгоритм.

Тут возникает дилемма в нашем понимании функционирования биологических кортикальных цепей. Например, было подмечено, что иногда происходит «протечка» кортикальных контактов, что объясняется самой природой биологических связей: электрохимические свойства аксонов и дендритов зависят от электромагнитного воздействия соседних контактов. Представьте, что нам удастся провести эксперимент с реальным мозгом, в котором подобная возможность устранена. Сделать это трудно, но не невозможно. Представьте, что в результате подобного эксперимента мы обнаружили, что кортикальные цепи работают менее эффективно. Нам пришлось бы заключить, что это явление — очень умное эволюционное приспособление, необходимое для достижения максимальной эффективности функции новой коры. А еще пришлось бы признать, что иерархические модели, описывающие восходящие потоки образов и нисходящие предсказательные сигналы, на самом деле гораздо сложнее, поскольку должны учитывать еще и взаимное влияние контактов.

Однако этот вывод не обязательно верен. Вернемся к нашему эксперименту с имитацией новой коры на основе иерархических скрытых моделей Маркова, в котором предусмотрим модификацию, напоминающую взаимное влияние нейронов. Если мы в этой системе повторим эволюционный процесс, эффективность системы восстановится (поскольку эволюция адаптируется к изменениям). Если же мы устраним взаимное влияние нейронов, эффективность вновь понизится. В биологической системе эволюция («настоящая» биологическая эволюция) действительно «прогонялась» при наличии подобного фактора. Таким образом, биологическая эволюция выбрала такие параметры системы, которые зависят от данных факторов, и их изменение негативно скажется на эффективности системы, если только мы не «перезапустим» эволюционный процесс. В компьютерном мире сделать это несложно — здесь эволюционный процесс занимает дни или недели, но в природе для этого потребовались бы десятки тысячелетий.

Так каким же образом мы можем установить, является ли какой-то характерный признак строения биологической новой коры жизненно важной инновацией, внесенной биологической эволюцией (то есть этот признак важен для нашего уровня интеллекта), или это лишь артефакт строения, от которого система теперь зависит, но без которого вполне могла бы развиваться дальше? Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно просто запустить имитацию эволюционного процесса при наличии и при отсутствии этих деталей строения (например, при наличии и при отсутствии протечки контактов). Более того, мы можем проследить и за биологической эволюцией, наблюдая за колонией микроорганизмов, у которых процесс воспроизводства измеряется часами, но со сложными организмами, такими как человек, проделать такой эксперимент не представляется возможным. Это еще один из многих недостатков биологии.

Вернемся к нашим экспериментам по распознаванию речи. Мы обнаружили, что результаты получаются лучше, если мы запускаем эволюцию (то есть ГА) независимо в исходной системе для 1) иерархических скрытых моделей Маркова для внутренней структуры фонем и для 2) ИСММ для структуры слов и фраз. На обоих уровнях использовались ИСММ, но метод ГА создавал вариации на стыке этих двух уровней. Метод позволил моделировать такие явления, как размывание фонем, что часто случается при сочленении некоторых слов.

Вероятно, подобные явления происходят в различных отделах биологической новой коры, и в зависимости от типов образов, которые они обрабатывают, в них эволюционировали небольшие различия. Хотя все эти отделы используют один и тот же базовый алгоритм, у биологической эволюции было достаточно времени для тонкой настройки структуры каждого отдела, позволяющей оптимально обрабатывать образы соответствующего типа. Однако, как я уже отмечал ранее, нейробиологи и неврологи обнаружили в этих областях значительную пластичность, подтверждающую идею общего неокортикального алгоритма. Если бы фундаментальные принципы функционирования всех отделов коры кардинально различались, подобная взаимозаменяемость отделов коры была бы невозможна.

Используя описанную комбинацию методов самоорганизации системы, мы добились больших успехов. Наши системы распознавания речи впервые смогли разбирать непрерывную речь, состоящую из относительно неограниченного набора слов. Была достигнута высокая точность распознавания речи разных людей, говоривших с разным акцентом и на разных диалектах. Сейчас, когда я пишу эту книгу, последним достижением является программа под названием Dragon Naturally Speaking (версия 11.5) для PC компании Nuance (ранее Kurzweil Computer Products). Тем, кто сомневается в возможностях систем распознавания речи, я советую испытать этот продукт — через несколько минут настраивания на ваш голос при практически непрерывной речи и почти неограниченном наборе слов точность распознавания часто достигает 99 %. Dragon Dictation — более простое, но тоже удивительное бесплатное приложение для айфона, не требующее голосового тренинга. Персональный помощник Сири, установленный на современных айфонах, использует ту же самую технологию распознавания речи, содержащую дополнительный модуль, воспринимающий разговорную речь.

Высокая эффективность подобных систем — заслуга математиков. Вместе с математиками мы моделируем процессы, происходящие в новой коре говорящего человека (хотя у нас нет прямого доступа к его головному мозгу), что является ключевым этапом в распознавании того, что произносит говорящий, и (в случае таких систем, как Сири) того, что эти выражения означают. Возникает вопрос: если бы мы могли следить за тем, что происходит в новой коре говорящего, нашли бы мы корреляцию со связями и весами соответствующих иерархических скрытых моделей Маркова, рассчитанных нашей программой? Скорее всего, нам не удалось бы обнаружить точное соответствие — нейронные структуры в любом случае во многом отличаются от компьютерных моделей. Однако следует подчеркнуть, что между биологической системой и нашими попытками ее имитировать должны существовать важные математические соответствия — в противном случае эти модели не работали бы так хорошо.

ЛИСП (LISP, LISt Processor — процессор списков) — язык программирования, созданный пионером в области ИИ Джоном Маккарти в 1958 г. Как следует из названия, этот язык оперирует списками. Каждое утверждение в нем представляет собой список элементов, а каждый элемент — это либо еще один список, либо «атом» — неделимая единица, представляющая собой число или символ. Список внутри списка тоже может быть списком, так что ЛИСП способен на рекурсию. Кроме того, предложения являются рекурсивными, если один список содержит в себе другой, тот — третий и т. д. до тех пор, пока не будет определен исходный список. За счет такой структуры ЛИСП позволяет осуществлять иерархические построения. Список может быть условным, то есть «возбуждается» лишь в том случае, когда удовлетворяются все составляющие его элементы. Иерархию таких условий можно использовать для идентификации образов с возрастающим уровнем сложности.

ЛИСП был чрезвычайно популярен в среде специалистов в области ИИ в 1970-х и начале 1980-х гг. В начале данного периода поклонники этого языка считали, что он отражает способ работы человеческого мозга и что с его помощью можно легко и эффективно закодировать любой мыслительный процесс.

Возник даже «мини-бум» компаний по созданию «искусственного интеллекта», предлагавших программы-переводчики и другие программные продукты, однако в середине 1980-х гг. стало ясно, что сам по себе язык ЛИСП не может решить проблему создания разума, и инвестиционный пузырь лопнул.

Впрочем, нельзя сказать, что поклонники ЛИСП полностью заблуждались. На самом деле каждый распознающий модуль новой коры можно рассматривать как предложение на языке ЛИСП — в каждом модуле содержится список элементов, причем каждый элемент тоже может представлять собой список. Таким образом, новая кора действительно занимается обработкой списков символов, что очень сильно напоминает процесс, описываемый программой ЛИСП. Более того, новая кора одновременно обрабатывает 300 млн таких «предложений».

Однако программе ЛИСП не хватало двух очень важных элементов, одним из которых является возможность обучения. Программу строку за строкой кодировали программисты. Делались попытки автоматического кодирования программы с помощью нескольких разных методов, но этому подходу уделялось недостаточно внимания в рамках общей концепции языка. Напротив, новая кора программирует сама себя, наполняя свои «предложения» (списки) значимой информацией на основе собственного опыта и сигналов обратной связи. В этом и заключается основной принцип работы новой коры: каждый из ее распознающих модулей (которым соответствуют отдельные предложения на языке ЛИСП) способен составлять собственный список и связываться с «вышестоящим» и «нижестоящим» списком. Второй недостающий элемент — параметры величины сигнала. Можно создать вариант ЛИСП (на языке ЛИСП), который учитывал бы такие параметры, но в базовой структуре языка их нет.

ЛИСП соответствует исходной философии в сфере ИИ, которая состояла в поиске разумных решений проблем и их кодировании напрямую на языке программирования. Первая попытка создания самоорганизующейся системы, способной обучаться на собственном опыте, — нейронной сети — оказалась неудачной, поскольку не давала возможности модифицировать топологию системы в процессе обучения. Иерархические модели Маркова обладают такой возможностью за счет механизма отсечения неиспользуемых связей. На сегодня модель ИСММ и ее математические аналоги составляют важнейшую часть систем ИИ.

Следствием наблюдаемого сходства ЛИСП и структуры списков в новой коре является аргумент, выдвигаемый теми, кто считает мозг слишком сложной структурой, не подвластной нашему пониманию. Эти люди подчеркивают, что в головном мозге имеются триллионы нервных контактов, и поскольку каждый из них спроектирован в специфическом месте, они эквивалентны триллионам строчек компьютерной программы. Как я уже писал, по оценкам, в новой коре содержится около 300 млн процессоров образов — или 300 млн списков, в которых каждый элемент списка связан с другим списком (или, на нижнем понятийном уровне, с поступающими извне базовыми образами). Но 300 млн строчек на языке ЛИСП — очень большое число, таких гигантских компьютерных программ пока не существует.

Однако не следует забывать, что эти списки на самом деле не определены в исходном плане нервной системы. Мозг сам их создает и автоматически осуществляет связи между ними на основе пережитого опыта. В этом основной секрет новой коры. Процессы, за счет которых происходит эта самоорганизация, значительно проще, чем 300 млн процессоров новой коры. Эти процессы определены в геноме. Как я расскажу в одиннадцатой главе, объем значимой информации (после обратимого сжатия) в геноме, относящейся к функции головного мозга, составляет примерно 25 млн байт, что эквивалентно менее чем миллиону строк программного кода. Причем в реальности алгоритм еще проще, поскольку большая часть из этих 25 млн байт генетической информации относится к биологическим нуждам нейронов, а не к их способности обрабатывать информацию. Но и с 25 млн байт информации мы в состоянии справиться.

Как я рассказывал в третьей главе, Джеф Хокинс и Дайлип Джордж в 2003–2004 гг. создали модель новой коры, которая включала в себя иерархические списки. Эта модель описана в книге Хокинса и Блейксли On Intelligence, опубликованной в 2004 г.[100] Более новую и очень элегантную версию теории иерархической временной памяти можно найти в докторской диссертации Дайлипа Джорджа (2008)[101]. Компания Numenta использовала эту модель в системе под названием NuPIC (Numenta Platform for Intelligent Computing) и включила в программы распознавания образов и извлечения данных для таких клиентов, как Forbes и Power Analytics Corporation. Проработав какое-то время с Numenta, Джордж занялся созданием новой компании, названной Vicarious Systems, при поддержке фонда Founder Fund (основанного Питером Тилем, также поддерживающим Facebook, и Шоном Паркером, первым президентом Facebook) и фонда Good Ventures, которым руководит сооснователь Facebook Дастин Московиц. Джордж сообщает о значительных успехах автоматического моделирования, усвоения и распознавания информации с высокой степенью иерархической сложности. Он называет свою систему «рекурсивной кортикальной сетью» и планирует использовать ее, среди прочего, для медицинской диагностики и робототехники. Метод иерархических скрытых моделей Маркова по своей математической природе очень близок к этим иерархическим системам памяти, особенно если мы позволяем ИСММ самостоятельно образовывать связи между распознающими модулями. Как было отмечено в третьей главе, ИСММ позволяет учитывать ожидаемое распределение величин всех входных сигналов в расчете вероятности соответствующего образа. Не так давно я организовал новую компанию, Patterns, Inc., которая будет заниматься созданием самоорганизующихся иерархических моделей новой коры на основе ИСММ и родственных методов для распознавания человеческой речи. Система, над которой мы работаем, будет постоянно читать различные материалы, включая «Википедию» и другие источники информации, а также слушать все, что мы говорим, и следить за всем, что мы пишем (конечно, если мы позволим). Задача заключается в создании помощника, способного отвечать на ваши вопросы — еще до того, как вы их сформулируете, — снабжать вас полезной информацией и направлять вас в течение дня.

1. Длинная утомительная речь, как пенистое украшение пирога[102].

2. Предмет детской одежды, возможно, во время путешествия на корабле.

3. Виновный в поедании воинов короля Хротгара на протяжении двенадцати лет; дело поручено воину Беовульфу[103].

4. Процесс постепенного развития в мозге или в организме при беременности[104].

5. Национальный День учителя и день дерби в Кентукки.

6. Он, по выражению Вордсворта, парит, но не улетает[105].

7. Слово из четырех букв, обозначающее железную накладку на копыте лошади и коробку для карт в казино.

8. В третьем акте оперы Верди, написанной в 1846 г., этот бич божий смертельно ранен своей любовницей Одабеллой.

Примеры из викторины «Джеопарди!», на все вопросы которой Ватсон дал правильные ответы: разглагольствование, фартук, Грендель, гестация, май, жаворонок, shoe (башмак, подкова). В ответ на 8-й вопрос Ватсон ответил: «Это Аттила?» Его попросили уточнить, тогда он сказал: «Это Аттила, гунн?» — что сочли правильным ответом.

Искусственный интеллект повсюду вокруг нас. Простое общение с кем-то по электронной почте или мобильному телефону основано на передаче информации с помощью разумных алгоритмов. Практически любой продукт, который мы сегодня используем, спроектирован при сотрудничестве человека и искусственного интеллекта и создан на автоматизированном заводе. Если бы все системы ИИ завтра объявили забастовку, наша цивилизация покачнулась бы: мы не смогли бы получить деньги в банке, да и сами деньги исчезли бы, коммуникации, транспорт и производство — все бы остановилось. К счастью, наши разумные машины пока еще не настолько разумны, чтобы выкинуть подобный фокус.

На сегодня новое в сфере ИИ — это потрясающие возможности доступных для широкой публики приложений. Например, подумайте о самодвижущихся автомобилях Google (которые уже пробежали более 200 тыс. миль по большим и малым городам): эта технология позволит уменьшить число аварий, повысит пропускную способность дорог, избавит людей от рутинной водительской заботы и даст множество других важных преимуществ. Сегодня машины без водителя могут с некоторыми ограничениями передвигаться по общественным дорогам Невады, однако их повсеместное широкое распространение ожидается не раньше конца десятилетия. А вот технологии, которые следят за дорогой и предупреждают водителей о возможной опасности, уже установлены на многих моделях автомобилей. Одна такая технология отчасти основана на успешной модели обработки зрительных образов в головном мозге, предложенной Томазо Поджо из Массачусетского технологического института. Эта система под названием Mobil Eye разработана бывшим аспирантом Поджо Амноном Шашуа. Система предупреждает водителя о таких опасностях, как возможное столкновение или наличие на дороге ребенка; она уже установлена на автомобилях марок Volvo и BMW.

В данном разделе книги я подробнее остановлюсь на технологии распознавания речи, на то у меня есть несколько причин. Нет ничего удивительного в том, что иерархическая структура языка отражает иерархическую структуру мышления. Разговорная речь стала нашей первой технологией, письменный язык — второй. Моя собственная работа в области ИИ в значительной степени связана с изучением языка. Наконец, язык — очень мощное орудие. Ватсон прочел сотни миллионов страниц электронных источников информации и овладел содержащимся там материалом. Когда-нибудь машины будут способны овладевать всей существующей в Интернете информацией, которая объединяет практически все знания, накопленные нашей цивилизацией.

Английский математик Алан Тьюринг (1912–1954) разработал тест, теперь носящий его имя, который основан на способности компьютера вести беседу на человеческом языке с помощью письменных сообщений[106]. Тьюринг полагал, что в языке отражается весь человеческий разум и что никакая машина не сможет пройти тест, просто овладев языковыми приемами. Хотя в тесте используется письменная речь, Тьюринг считал, что машина смогла бы пройти его лишь при условии, что будет обладать разумом, эквивалентным разуму человека. Критики утверждали, что истинный тест на наличие у машины «человеческого» разума должен включать в себя также зрительную и слуховую компоненты[107]. Поскольку многие из созданных мной систем ИИ обучают компьютер воспринимать и обрабатывать человеческую речь, форму букв и музыкальные звуки, возможно, вы предполагаете, что я встану на защиту этой более полной версии теста для оценки интеллекта. Однако я согласен с тем, что исходной версии теста Тьюринга вполне достаточно — добавление зрительных или слуховых сигналов на входе или на выходе на самом деле совсем не усложняет прохождение теста.

Не нужно быть экспертом в области ИИ, чтобы оценить эффективность Ватсона в игре «Джеопарди!» Хотя я достаточно хорошо понимаю методологию, заложенную в основу действия его ключевых подсистем, это не ослабляет мою эмоциональную реакцию на то, что он (оно?) может делать. Даже полное понимание принципов работы всех подсистем (которого нет ни у кого) не помогает предсказать реакцию Ватсона на конкретную ситуацию. Машина содержит сотни взаимодействующих между собой подсистем, каждая из них одновременно прорабатывает миллионы альтернативных гипотез, так что предсказать ответ всей системы невозможно. Анализ мыслительного процесса, происходящего «в голове» Ватсона за три секунды при ответе на вопрос викторины, у человека занял бы несколько столетий.

Что касается моей собственной истории, в конце 1980-х и в 1990-х гг. мы начали заниматься внедрением систем распознавания человеческой речи в некоторых областях. С одной из наших систем, названной Kurzweil Voice, можно было поговорить о чем угодно, и она могла применяться для редактирования документов. Например, вы могли попросить ее передвинуть в определенное место в тексте третий параграф с предыдущей страницы. В этой ограниченной сфере машина работала достаточно хорошо. Мы также создали систему, обладавшую медицинскими знаниями, которая позволяла врачам диктовать результаты обследования пациентов. Эта машина обладала довольно обширными знаниями в области радиологии и патологии, так что она могла задать врачу вопрос, если что-то в тексте было неясно, и направляла врача по ходу составления отчета. Эта система стала основой многомиллиардного бизнеса компании Nuance.

Понимание естественной речи, особенно в качестве приложения к автоматическим системам распознавания речи, теперь стало элементом серийной продукции. В то время, когда я писал эту книгу, автоматизированный персональный помощник Сири, установленный на модели айфона 4S, произвел фурор в мире сотовых телефонов. Вы можете спросить или попросить Сири практически обо всем, что должен знать и уметь каждый уважающий себя смартфон, например: «Где здесь поблизости индийский ресторан?», или «Сообщи моей жене, что я уже иду», или «Что думают люди о новом фильме Брэда Питта?» — и практически всегда Сири исполняет поручение. Сири может в некоторой степени поддерживать беседу на общие темы. Если вы спросите ее, в чем заключается смысл жизни, она ответит: «42». Поклонники фильма «Автостопом по галактике» знают, что это «ответ на главный вопрос о жизни, вселенной и всяком таком». На вопросы на знание (включая вопрос о смысле жизни) может ответить описанная ниже программа Wolfram Alpha. Существует уже целый мир «чат-ботов», которые нужны только для того, чтобы болтать. Если вы захотите поболтать с нашим чат-ботом по имени Рамона, зайдите на сайт KurzweilAI.net и кликните по ссылке Chat with Ramona.

Люди иногда жалуются, что Сири не может ответить на некоторые вопросы, но обычно это те же самые люди, что частенько недовольны и человеческим сервисом. Иногда я предлагаю решить вопрос совместными усилиями, и часто результат бывает лучше, чем они ожидали. Эти жалобы напоминают мне анекдот о собаке, которая играет в шахматы. На вопрос недоверчивого зрителя владелец собаки отвечает: «Да, это правда, она умеет играть, но слаба в эндшпиле». Тот факт, что широкая публика имеет возможность общаться со своими карманными компьютерами на разговорном языке, открывает новую эпоху. Очень часто люди недооценивают значение технологии первого поколения из-за ее ограничений. Но через несколько лет, когда технология уже хорошо работает, люди по-прежнему не признают ее значение, поскольку теперь она уже не нова. Поэтому следует сказать, что для продукта первого поколения Сири работает очень хорошо и, очевидно, будет работать еще лучше.

Сири использует технологию распознавания речи на основе иерархических моделей Маркова, разработанную компанией Nuance. Расширения для использования разговорной речи впервые были созданы в рамках проекта CALO[108], финансированного агентством DARPA[109]. Сири снабжена собственной технологией компании Nuance, кроме того, компания предлагает очень похожую технологию под названием Dragon Go[110].

Методы, используемые для понимания разговорной речи, очень напоминают иерархические скрытые модели Маркова, да и сами ИСММ часто применяются для данных приложений. Хотя иногда в подобных системах не указано, что они используют скрытые модели Маркова или иерархические скрытые модели Маркова, математические основы их функционирования практически идентичны. Все эти системы применяют иерархию линейных последовательностей, каждый элемент которых имеет вес, контакты самостоятельно адаптируются, а вся система в целом самостоятельно организуется в процессе обучения. Обычно обучение продолжается постоянно на протяжении всего времени работы системы. Этот подход отражает иерархическую структуру разговорного языка — это естественное восхождение по понятийной иерархической лестнице от звуков к словам и далее к словосочетаниям и сложным речевым построениям. Имеет смысл применять ГА для параметров, контролирующих конкретный алгоритм обучения в таких классах иерархических систем, и находить оптимальные элементы алгоритма.

За последнее десятилетие возникли новые способы создания подобных иерархических структур. В 1984 г. Дуглас Ленат начал реализацию проекта Cyc (от enCYClopedic) с целью разработки правил кодирования «бытовых знаний». Эти правила были организованы в виде сложной иерархической структуры, и каждое правило, опять же, включало в себя линейную последовательность утверждений. Например, одно такое утверждение может информировать, что у собаки есть лицо (морда). Далее Cyc выводит более общее правило о структуре лиц: на лице есть два глаза, нос и рот и т. д. Нам не нужно иметь отдельное правило для описания собачьей морды и отдельное — для кошачьей, но мы, конечно же, можем создать дополнительное правило, описывающее различие между кошачьей и собачьей мордой. В системе также реализуется следственный механизм: если есть правила, утверждающие, что кокер-спаниель — собака, что собака — животное и что животные потребляют пищу, то на вопрос, питается ли кокер-спаниель, система ответит утвердительно. За прошедшие с тех пор три десятилетия были затрачены тысячи человеко-лет трудов и написано и проверено более миллиона таких утверждений. Интересно, что язык, на котором пишут правила для Cyc (его называют CycL), практически идентичен языку ЛИСП.

Тем временем приверженцы альтернативной теории мыслительного процесса считают, что наилучший подход к пониманию разговорной речи и вообще к созданию разумных систем заключается в автоматизированном обучении системы на многочисленных примерах понятий и явлений. Мощный пример системы такого рода — программа-переводчик Google Translate, которая способна переводить с 50 языков на 50 языков. Это подразумевает 2500 направлений перевода, хотя в большинстве пар языков программа не переводит напрямую с первого языка на второй, а переводит сначала с первого языка на английский, а уже с него на второй язык. Это приводит к сокращению числа направлений перевода всего до 98 (и еще небольшого числа языковых пар, в которых перевод осуществляется напрямую). Данная программа перевода не использует грамматических правил, а создает обширные базы данных для всех пар на основе переведенных документов из программного продукта Rosetta stone («Розеттский камень»)[111]. Для шести официальных языков ООН[112] Google использует документы ООН, поскольку они всегда публикуются на шести языках. Для других языков применяются другие источники.

Результаты такой работы бывают весьма впечатляющими. DARPA организует ежегодные соревнования для выявления лучших автоматических систем перевода для различных пар языков, и Google Translate часто выигрывает эти соревнования для определенных пар, превосходя системы, напрямую разработанные лингвистами.

За последнее десятилетие было сделано два важных открытия, которые в значительной степени повлияли на развитие систем понимания разговорной речи. Первое имеет отношение к иерархическому строению систем. Несмотря на то что подход Google заключается в поиске ассоциаций между линейными последовательностями слов в разных языках, иерархическая структура языка неизбежно влияет на этот процесс. Системы, применяющие метод иерархического обучения (такие как иерархические скрытые модели Маркова), обеспечивают гораздо более высокую эффективность. Однако создание таких систем — далеко не автоматический процесс. Что верно для людей, которые за один раз осваивают один иерархический уровень понятий, то верно и для компьютеров, так что процессом обучения необходимо тщательно руководить.

Другое открытие заключается в том, что для усвоения основного массива знаний хорошо работают правила, сформулированные людьми. Для перевода коротких фрагментов текста такой подход часто обеспечивает более точный результат. Например, DARPA выше оценило переводы коротких текстов с помощью китайско-русского словаря, основанного на правилах, чем переводы Google Translate. Что же касается других элементов языка, к которым относятся миллионы редких фраз и заключенных в них понятий, тут точность переводов, основанных на правилах, непозволительно низкая. Если построить график точности понимания разговорной речи от количества данных, на которых обучалась система, системы, основанные на правилах, сначала показывают более высокую эффективность, но точность распознавания не поднимается выше 70 %. Напротив, статистические системы достигают точности 90 %, но для этого им нужно «изучить» очень большой массив данных.

Часто нам требуется обеспечить приемлемую эффективность при небольшом объеме обучающих данных, но предусмотреть повышение точности при дополнительных тренировках системы. Быстрое достижение средней эффективности позволяет перейти к автоматическому режиму сбора тренировочных данных при каждом использовании. Таким образом, в процессе применения системы происходит и ее обучение, что приводит к постепенному повышению точности результатов. Такое статистическое обучение должно быть полностью основано на принципе иерархии, что отражает структуру языка и принцип работы человеческого мозга.

Именно так работают Сири и Dragon Go: для определения наиболее общих и надежных явлений используются заранее сформулированные правила, а усвоение более редких элементов языка находится в руках конкретных пользователей. Когда создатели Cyc обнаружили, что достигли потолка эффективности при обучении системы на заранее сформулированных правилах, они также переключились на этот подход. Правила, определенные лингвистами, выполняют две важнейшие функции. Во-первых, они обеспечивают приемлемую начальную точность, так что систему можно допускать к широкому использованию, где она будет улучшаться автоматически. Во-вторых, они служат надежной основой для низших уровней понятий, от которых начинается автоматический подъем на более высокие иерархические уровни.

Как отмечалось выше, Ватсон является удивительным примером реализации комбинированного подхода, в котором сочетается настройка системы по предварительно сформулированным правилам и ее иерархическое статистическое обучение. Для создания системы, способной играть в «Джеопарди!» на разговорном языке, компания IBM объединила несколько лучших программ. С 14 по 16 февраля 2011 г. Ватсон соревновался с двумя ведущими игроками: Брэдом Раттером, выигравшим в эту викторину больше денег, чем кто-либо другой, и Кеном Дженнингсом, который удерживал звание чемпиона викторины рекордное время — 75 дней.

Точность систем распознавания разговорной речи как функция объема тренировочных данных. Наилучшие результаты получаются при сочетании заранее сформулированных правил для освоения «основного» языка и самостоятельной тренировки для освоения «деталей».

Для создания разума будем основываться на тех рассуждениях, которые я привел выше. Начнем с построения распознающего модуля, отвечающего всем необходимым требованиям. Далее создадим множество копий этого модуля — столько, сколько позволяют возможности компьютеров. Каждый модуль рассчитывает вероятность распознавания соответствующего образа. При этом он учитывает наблюдаемую величину каждого входного сигнала и соотносит ее с усвоенной им величиной и ее возможной вариабельностью. Если рассчитанная величина сигнала превосходит пороговое значение, распознающий модуль активирует соответствующий аксон. Пороговое значение и параметры, учитываемые при вычислении вероятности присутствия образа, относятся к числу параметров, которые оптимизируются с помощью генетического алгоритма. Поскольку для распознавания образа не требуется активизации всех входных сигналов, это обеспечивает самоассоциативное распознавание (то есть распознавание всего образа на основании отдельных частей). Также следует учесть возможность ингибирующих сигналов (означающих сниженную вероятность присутствия образа).

В результате распознавания образа распознающий модуль посылает сигнал дальше по аксону. Этот аксон связан с одним или несколькими другими распознающими модулями на более высоком понятийном уровне. Все распознающие модули следующего уровня, к которым приходит сигнал, воспринимают этот образ как входной сигнал. Когда большая часть образа распознана, каждый распознающий модуль отсылает сигналы и на более низкий концептуальный уровень; эти сигналы дают понять, что образ «ожидается». Каждый модуль имеет один или несколько каналов для доставки сигналов ожидания. Когда такой сигнал получен, порог распознавания этого образа в данном распознающем модуле понижается (распознавание облегчается).

Распознающие модули отвечают за связывание с другими распознающими модулями выше и ниже по иерархии. Заметим, что все эти контакты в компьютерном варианте действуют через виртуальные связи (которые, как в виртуальных сетях, представляют собой просто указатели), а не через реальные контакты. Данная система гораздо более гибкая, чем в биологическом мозге. В человеческом мозге новые образы должны быть «приписаны» к реальным распознающим модулям, а между аксонами и дендритами должны образовываться реальные связи. Обычно для этого используется существующая физическая связь, имеющая отношение к данному образу, и за счет дополнительного роста аксонов и дендритов осуществляется новое взаимодействие.

Еще один механизм в биологической новой коре млекопитающих заключается в постепенной ликвидации неиспользуемых нервных связей. Для того чтобы перенастроить распознающие модули новой коры на восприятие каких-то новых образов, необходима физическая реконфигурация связей. И вновь в компьютерном варианте эта задача решается гораздо проще. Мы просто присваиваем новым распознающим модулям новую информацию и программируем новые связи. Если цифровой коре нужно перенастроить ресурсы памяти на новый набор образов, она освобождает распознающие модули от старых образов и задает новые настройки. Такой своеобразный «сбор мусора» и перераспределение памяти являются стандартным свойством многих компьютерных систем. В цифровом мозге нам также следует создать резервную копию старых воспоминаний, прежде чем удалить их из активной коры, что в нашем биологическом мозге мы сделать не в состоянии.

Существует несколько математических методов, которые можно использовать для создания самоорганизующихся иерархических распознающих модулей. Лично я по нескольким причинам предпочитаю метод скрытых иерархических моделей Маркова. Я уже несколько десятилетий пользуюсь этим методом, начиная с самых первых систем распознавания речи и понимания разговорного языка, созданных в 1980-х гг. Да и если говорить в общем, ученые, занятые распознаванием образов, имеют больше опыта в применении данного метода, чем каких-либо других. Этот метод или аналогичные ему математические методы также широко применяются для понимания разговорной речи.

Следует сказать, что не все системы, действующие по принципу скрытых моделей Маркова, являются полностью иерархическими. В некоторых предусмотрено лишь несколько уровней иерархии, например при переходе от акустического состояния к фонеме и слову. Чтобы создать разум, мы позволим системе создавать столько новых уровней иерархии, сколько понадобится. Кроме того, не все системы на основе скрытых моделей Маркова являются самоорганизующимися. В некоторых запрограммированы фиксированные контакты, однако эти системы умеют эффективно удалять многие исходные связи, присваивая им нулевой вес. В наших системах, созданных в 1980-х и 1990-х гг., происходило автоматическое удаление контактов, вес которых был ниже определенного уровня, а также формирование новых контактов для лучшего соответствия тренировочным данным и обучения. Для оптимальной организации связей с новыми распознающими модулями мы можем использовать линейное программирование.

Наша цифровая новая кора будет характеризоваться определенной степенью избыточности, особенно это относится к часто встречающимся образам. Это обеспечивает надежное узнавание распространенных образов, а также является ключевым элементом в достижении инвариантного распознавания различных форм образа. Однако нам придется установить правила для ограничения избыточности, поскольку не следует отводить слишком много места для сохранения самых распространенных образов низкого порядка.

Правила, ограничивающие избыточность, порог распознавания и связь порога распознавания с ожидаемостью образа, — примеры общих параметров, которые влияют на эффективность таких самоорганизующихся систем. Сначала мы выберем их значения интуитивно, а затем оптимизируем с помощью генетического алгоритма.

Очень важный этап — обучение мозга, как биологического, так и компьютерного. Как я уже писал, иерархическая система распознавания образов (и цифровая, и биологическая) за один момент осваивает не больше двух иерархических уровней (а скорее один). Чтобы усовершенствовать систему, я начну с предварительно обученных иерархических сетей, которые уже научились распознавать человеческую речь, печатные буквы и структуры разговорного языка. Такая система сможет читать документы, написанные разговорным языком, но за один раз по-прежнему сможет осваивать примерно один понятийный уровень. Ранее усвоенные понятия создадут достаточно прочную основу для продвижения на следующие уровни. Система может вновь и вновь обращаться к уже прочитанным документам, достраивая новые понятийные уровни при каждом следующем прочтении. Так и люди глубже понимают текст, когда читают его повторно. В нашем доступе имеются миллиарды страниц информативного материала, такого как «Википедия».

Система также будет содержать модуль критического мышления, который станет осуществлять постоянное сканирование всех существующих образов и оценивать их совместимость с другими образами (идеями) цифровой новой коры. У биологической новой коры такой функции нет, вот почему люди иногда совмещают в своей голове совершенно несовместимые идеи. В случае обнаружения противоречивых данных модуль попытается найти решение, используя как кортикальные структуры самой системы, так и весь массив имеющихся литературных данных. Принятие решения может просто сводиться к установлению некорректности одной из идей (если она противоречит большинству имеющихся данных). В более конструктивном плане может быть выявлена идея более высокого понятийного уровня, которая позволяет разрешить кажущееся несоответствие путем объяснения обеих исходных идей. Система добавит это решение в виде нового образа и свяжет его с теми идеями, которые запустили поиск. Модуль критического мышления будет работать постоянно.

Кроме того, я предполагаю установить модуль, который вы являет нерешенные вопросы в различных дисциплинах. Этот модуль будет искать ответы на подобные вопросы во всех возможных источниках информации также на постоянной основе. Как я объяснял в начале книги, хранящаяся в новой коре информация состоит из глубоко угнездившихся друг в друге образов и, следовательно, является полностью метафорической. Мы можем использовать конкретный образ для поиска решения практически в любой несвязанной области.

В качестве примера вспомните метафору, которую я приводил в четвертой главе, связывая случайные движения молекул газа и случайность эволюционных изменений. Молекулы газа в банке движутся непредсказуемым образом, и все же через определенное время все они из этой банки выйдут. Я отмечал, что это наталкивает на важный вопрос об эволюции разума. Подобно молекулам газа, эволюционные изменения тоже происходят во всех направлениях, не имея какой-либо цели. Однако мы наблюдаем изменения в сторону усложнения и усовершенствования разума и в итоге — появление новой коры, способной осуществлять иерархическое мышление. Таким образом, можно наблюдать, как бесцельный и ненаправленный процесс (в термодинамическом плане) может привести к полезному результату (в плане биологической эволюции).

Я также уже писал о том, что догадка Чарлза Лайеля о роли небольших изменений горных пород под действием воды в формировании гигантских каньонов подтолкнула Чарлза Дарвина к аналогичным наблюдениям о роли малых изменений в формировании видов живых организмов. Поиск таких метафор будет еще одним непрерывным процессом в работе цифрового мозга.

Нам следует найти способ обрабатывать одновременно несколько списков, что эквивалентно структурному мышлению. Списком может быть определение ограничений, которым должно удовлетворять решение. Каждый шаг может запускать рекурсивный поиск в существующей иерархии идей или в доступной литературе. Кажется, человеческий мозг способен одновременно обрабатывать четыре таких списка (без помощи компьютера), но у цифровой коры таких ограничений быть не должно.

Мы также хотим усилить наш искусственный мозг такой способностью, которой блестяще владеют компьютеры: речь идет о способности управляться с огромными массивами данных, а также быстро и эффективно применять известные алгоритмы. Например, Wolfram Alpha сочетает в себе возможности множества научных методов и применяет их к тщательно подобранным данным. Такие системы продолжают совершенствоваться, учитывая заявление Вольфрама об экспоненциальном сокращении случаев отказов системы.

Наконец, нашему новому мозгу нужна цель. Цель выражается в виде набора задач. Когда речь идет о биологическом мозге, задачи определяются центрами удовольствия и страха, унаследованными от старого мозга. Эти примитивные двигатели созданы биологической эволюцией для того, чтобы вид мог выжить, но новая кора научила нас сублимировать их. Задача Ватсона состоит в ответах на вопросы «Джеопарди!» Еще одна просто формулируемая задача может заключаться в прохождении теста Тьюринга. Чтобы это сделать, цифровой мозг должен уметь по-человечески изложить свою вымышленную историю, чтобы претендовать на роль реального (биологического) человека. Он, кроме того, должен уметь скрывать свои способности, поскольку любую систему, которая обладает такими знаниями, как, скажем, Ватсон, очень легко отличить от человека.

Но интереснее то, что мы можем поставить перед нашим новым мозгом более амбициозную задачу, такую как создание лучшего мира. Конечно, на этом пути возникает множество вопросов: лучшего для кого? в каком плане? для людей как биологического вида? для всех сознательных существ? если так, то кого можно считать сознательным существом?

Если небиологический мозг получит такую же способность изменять мир, как биологический мозг (на самом деле значительно большую способность, чем невооруженный биологический мозг), нам необходимо предусмотреть его морально нравственное воспитание. Начать можно с золотого правила нравственности, установленного нашими религиозными традициями.

До сих пор мы рассматривали мозг как некую систему, способную осуществлять функции определенной сложности. Однако в таком ракурсе мы сами оставались вне поля зрения. Кажется, что мы живем в нашем мозге, что наша жизнь субъективна. Как объективный взгляд на мозг, которого мы придерживались до сих пор, связан с нашими ощущениями, с нашим существом, обладающим некоторым опытом?

Британский философ Колин Макгинн (род. в 1950 г.) пишет, что «сознание может довести даже самого утонченного мыслителя до бессвязного бормотания». Суть в том, что люди часто не понимают точного смысла этого термина.

Многие наблюдатели рассматривают сознание в качестве формы проявления личности, например способности обдумывать собственные мысли и объяснять их. Я предпочитаю определять сознание как способность думать о своем мыслительном процессе. Казалось бы, мы в состоянии оценить эту способность и применить данный тест для того, чтобы отличать сознательное от несознательного.

Однако выясняется, что применить этот подход достаточно сложно. Сознателен ли новорожденный ребенок? Сознательна ли собака? Они не могут описать свой мыслительный процесс. Некоторые люди полагают, что младенцы и собаки не являются сознательными существами именно по той причине, что не могут объясниться. А что можно сказать о компьютере по имени Ватсон? В определенном режиме он может объяснить, каким образом он пришел к тому или иному ответу. Поскольку у Ватсона есть модель собственного мышления, выходит, он является сознательным существом, а младенцы и собаки — нет?

Прежде чем глубже изучить этот вопрос, важно рассмотреть один его важный аспект: что говорит нам на эту тему наука и что остается в ведении философии? Одна точка зрения заключается в том, что философия занимается вопросами, для которых еще не выработан научный метод изучения. Если это так, то по мере прогресса науки, достаточного для разрешения определенного круга вопросов, философы переключаются на другие проблемы, пока наука не доберется и до них. В вопросах, касающихся сознания, такая точка зрения весьма популярна. В том числе она относится к вопросу о том, кто и что обладает сознанием.

Вот что пишет на эту тему философ Джон Серль: «Мы знаем, что мозг формирует сознание при помощи специфических биологических механизмов… Важно признать, что сознание — это биологический процесс, как пищеварение, лактация, фотосинтез или митоз… Мозг — это машина, точнее, биологическая машина, но все же машина. Так что на первом этапе нужно понять, как действует мозг, а затем создать искусственную машину, обладающую столь же эффективным механизмом формирования сознания»[130]. Люди часто удивляются, прочтя это высказывание, поскольку считают, что Серль трепетно защищает тайну сознания от таких редукционистов, как Рэй Курцвейл.

Австралийский философ Дэвид Чалмерс (род. в 1966 г.) придумал термин «трудная проблема сознания» для отражения сложностей, возникающих при попытках точно сформулировать эту неясную концепцию. Иногда емкое выражение вбирает в себя всю суть какого-либо направления мысли, так что оно становится эмблематичным (как выражение Ханны Арендт «банальность зла»[131]). Знаменитое выражение Чалмерса тоже прекрасно справляется с этой задачей.

При обсуждении проблем сознания очень легко соскользнуть на рассмотрение тех наблюдаемых и измеряемых атрибутов, которые мы связываем с сознанием, но при этом теряется сама суть идеи. Это концепция метакогнитивности (осмысление собственного мышления). Другие наблюдатели объединяют сознание и эмоциональный или моральный интеллект. Но и тут, опять же, наша способность выражать любовь, шутить или быть сексуально привлекательным — просто проявления нашей натуры, возможно, впечатляющие и разумные, но именно те, что можно наблюдать и измерить (даже если способы их оценки неочевидны). Понимание того, как мозг выполняет эти функции и что в нем в это время происходит, относится, в терминологии Чалмерса, к разряду «легких» проблем сознания. Конечно, эту проблему неправильно назвать «легкой»; она относится к числу самых сложных и важных научных вопросов современности. Однако «трудная» проблема Чалмерса настолько трудна, что ее практически невозможно сформулировать.

Чтобы продемонстрировать это разграничение, Чалмерс использует мысленный эксперимент с участием «зомби». «Зомби» из этого эксперимента действует абсолютно так же, как человек, но только не имеет субъективного опыта, то есть является существом несознательным. Чалмерс утверждает, что раз мы в состоянии выдумать зомби, то по крайней мере логически их существование возможно. Представьте себе, что вы на вечеринке, где присутствуют и зомби, и «нормальные» люди. Как вы их различите? Возможно, вы даже бывали на такой вечеринке.

Многие люди считают, что следовало бы расспросить «испытуемых» об их эмоциональных реакциях на события или идеи. Они полагают, что зомби проявят отсутствие субъективного опыта, так как затруднятся ответить на некоторые эмоциональные вопросы. Однако ответы такого рода просто не учитывают допущений мысленного эксперимента. В эксперименте мы можем встретить неэмоционального человека (подобный эмоциональный дефицит, например, бывает у людей с некоторыми формами аутизма), аватара или робота, не обладающего человеческими эмоциями, но они не зомби. Вспомним: в соответствии с определением Чалмерса, зомби совершенно нормально отвечает на вопросы и способен эмоционально реагировать, у него нет только субъективного опыта. Проблема в том, что идентифицировать зомби нам не удастся, поскольку по определению в его поведении не проявляются никакие признаки его натуры. Так что же это за разграничение без различий?

Чалмерс не пытается ответить на трудный вопрос, но предоставляет несколько возможностей. Одна возможность — это вариант дуализма, в рамках которого сознание существует в физическом мире не само по себе, а скорее как отдельная онтологическая реальность. В соответствии с этой формулировкой суть личности определяется процессами в головном мозге этой личности. Поскольку мозг — закрытая система, мы можем полностью объяснить действия человека, включая его мысли, через происходящие в мозге процессы. Тогда получается, что сознание относится к другому миру или отделено от физического мира. В рамках этой концепции разум (то есть сознательное свойство мозга) не способен влиять на мозг.

Другая рассмотренная Чалмерсом возможность логически не противоречит описанному выше варианту дуализма. Эта идея, которую часто называют панпротопсихизмом, подразумевает, что все физические системы обладают сознанием, хотя человек более сознателен, чем, скажем, электрический выключатель. Я, безусловно, согласен с тем, что у человеческого мозга есть гораздо больше тем для осознания, чем у выключателя.

Мое собственное мнение, которое, возможно, совпадает с неким течением в рамках панпротопсихизма, заключается в том, что сознание — это свойство, возникающее на уровне сложных физических систем. С этой точки зрения собака тоже обладает сознанием, хотя и меньшим, чем человек. И у муравья есть некий уровень сознания, но гораздо более низкий, чем у собаки. С другой стороны, можно считать, что колония муравьев обладает более высоким уровнем сознания, чем один муравей: большая группа муравьев, безусловно, более разумна, чем один муравей. Так мы приходим к выводу, что компьютер, успешно моделирующий сложный человеческий разум, должен обладать таким же сознанием, что и сам человек.

Еще один путь определения сознания заключается в том, чтобы охарактеризовать его через понятие «квалиа». Что такое квалиа? В соответствии с одним определением, это «осознанный опыт». Однако данная формулировка не позволяет нам продвинуться вперед. Давайте проведем такой мысленный эксперимент. Один нейробиолог полностью лишен способности различать цвета. Это не дальтонизм, при котором человек не различает оттенки, скажем, красного и зеленого (как я). Это такое состояние, когда человек живет в полностью черно-белом мире. (В крайней версии такого сценария человек вырос в черно-белом мире и никогда не видел никаких цветов. Короче говоря, в его мире цвета отсутствуют.) Однако этот человек активно изучал физические основы цвета и знает, что красный свет — это свет с длиной волны 700 нм, а также ему известна суть неврологических процессов в мозге человека, способного нормально воспринимать цвета. Он знает о цвете больше, чем обычно знают люди. Если бы вы захотели объяснить этому человеку, что же такое на самом деле «красный цвет», как бы вы поступили?

Возможно, вы прочли бы фрагмент из стихотворения «Красный» нигерийского поэта Олусейи Олусеуна:

Это действительно может помочь человеку представить себе, с чем ассоциируется красный цвет у других людей, и даже позволит поддержать беседу о цветах. («Да, я люблю красный цвет, он столь горяч и горд, столь опасно прекрасен…») И если этот человек захочет, он в принципе может убедить других людей в том, что у него есть личный опыт, связанный с красным цветом, но никакие в мире стихи не помогут ему этот опыт пережить.

Аналогичным образом, как вы объясните человеку, никогда не касавшемуся воды, что испытывает ныряльщик? Вам опять придется прибегать к стихам, но это не поможет обзавестись личным опытом. Именно этот опыт мы и называем словом квалиа.

Многие из тех, кто читает мою книгу, по собственному опыту знают, что такое красный цвет. Но откуда мне знать, не испытываете ли вы при виде красного цвета то же самое, что я испытываю при виде синего? Мы оба смотрим на красный предмет и утверждаем, что он красный, но это не ответ на вопрос. Может быть, я при этом испытываю то, что вы испытываете, когда смотрите на синий, просто мы оба выучили, что этот цвет называется красным. Мы опять можем прибегнуть к помощи стихов, но они лишь отражают ассоциации людей с тем или иным цветом и ничего не говорят о реальной природе квалиа. На самом деле слепые от рождения люди много читают о цветах, поскольку о цветах часто пишут, и поэтому у них есть некоторый собственный опыт, связанный с цветами. Как сравнить их опыт «красного цвета» с опытом зрячего человека? Это, по сути, тот же вопрос, что и вопрос о человеке, живущем в черно-белом мире. Удивительно, что столь распространенные в нашей жизни явления настолько сложны, что даже невозможно утверждать, что мы имеем один и тот же чувственный опыт (квалиа).

Другое определение квалиа — субъективный опыт. Однако это определение тоже ведет в тупик, как и наши попытки дать определение сознания, поскольку слова и выражения «ощущение», «личный опыт» и «сознание», по сути, являются синонимами. Что есть сознание и что есть квалиа — фундаментальные, возможно, последние вопросы философии (хотя есть еще более важный вопрос, связанный с определением личности, мы поговорим об этом в заключительном разделе данной главы).

Возвращаясь к теме сознания, постараемся точнее сформулировать волнующий нас вопрос. Он звучит так: кто или что обладает сознанием? В заглавии книги я использовал слово «разум», а не слово «мозг», поскольку разум — свойство сознательного мозга. Мы также можем сказать, что разум обладает свободой воли и идентифицирует себя. Утверждение, что эти вопросы относятся к разряду философских вопросов, не совсем очевидно. Я имею в виду, что эти вопросы не могут быть разрешены исключительно научными методами. Другими словами, нет таких фальсифицируемых[132] экспериментов, которые могли бы ответить на эти вопросы — без привлечения философских приемов. Если бы мы построили детектор сознания, Серль обязательно пожелал бы убедиться, что он испускает биологические нейромедиаторы. Американский философ Дэн Деннет (род. в 1942 г.) был бы более податлив, но, возможно, захотел бы установить, содержит ли система модель самой себя и своих возможностей. Эта точка зрения ближе к моей собственной, но в своей основе по-прежнему является философской.

Регулярно возникает идея связать сознание с каким-то измеряемым физическим параметром; Серль называет это «механизмом стимуляции сознания». Американский ученый, философ и анестезиолог Стюарт Хамерофф (род. в 1947 г.) писал, что «филаменты цитоскелета — это корни сознания»[133]. Речь идет об имеющихся во всех клетках (в том числе и в нейронах) тонких нитях, называемых микротрубочками, которые обеспечивают структурную целостность клетки и играют важную роль в ее делении. Книги и статьи Хамероффа на эту тему содержат подробные описания и уравнения, объясняющие возможную роль микротрубочек в информационных процессах в клетке. Но, чтобы перейти от микротрубочек к сознанию, нужно сделать очень смелый шаг, не менее смелый, чем религиозная идея о том, что высшее существо наградило сознанием (иногда именуемым душой) некоторых существ (главным образом человека). Идея Хамероффа подтверждается одним доказательством, заключающимся в том, что неврологические процессы, которые могли бы поддерживать данные клеточные перестройки, прекращаются под действием наркоза. Однако это наблюдение нельзя считать исчерпывающим доказательством, учитывая значительное количество процессов, которые останавливаются в этих условиях. Мы даже не знаем точно, обладает ли сознанием находящийся под наркозом человек. Нам известно только, что, проснувшись после наркоза, люди ничего не помнят. Однако даже это не совсем верно, поскольку некоторые люди достаточно отчетливо помнят какие-то события, происходившие, пока они были под наркозом, например разговоры врачей. Такие случаи «бодрствования под наркозом» в США отмечаются примерно 40 тыс. раз в год[134]. Но речь вообще-то не об этом, сознание и память — совершенно не одно и то же. Как я уже писал, если я пытаюсь вспомнить прошедший день во всех подробностях, я нахожу множество чувственных ощущений, но помню лишь некоторые вызвавшие их события. Означает ли это, что большую часть дня я был без сознания? Это очень хороший вопрос, и ответ на него совсем не очевиден.

Английский физик и математик Роджер Пенроуз (род. в 1931 г.) делает другой смелый шаг для объяснения происхождения сознания, но тоже связанный с микротрубочками, в данном случае как с носителями некоторых квантовых свойств. Суть его рассуждений мне не совсем ясна, но в целом сводится к тому, что, поскольку сознание является загадочным феноменом и квантовые явления тоже загадочны, между ними должна существовать какая-то связь.

Пенроуз начал свои исследования с изучения теоремы Тьюринга о неразрешимых задачах и теоремы Геделя о неполноте. Тьюринг утверждал (мы подробно обсуждали это в восьмой главе), что существуют алгоритмические задачи, которые можно сформулировать, но нельзя решить с помощью машины Тьюринга. Учитывая универсальность вычислительных способностей машины Тьюринга, приходится заключить, что эти «неразрешимые задачи» не под силу никакой машине. Теорема Геделя о неполноте приводит к тому же результату в приложении к формальной арифметике. Пенроуз же утверждает, что человеческий мозг способен решить эти неразрешимые задачи, то есть может делать вещи, которые такие детерминистские машины, как компьютеры, делать не в состоянии. Его мотивация, по крайней мере отчасти, заключается в том, чтобы поставить человека выше машины. Однако его главный тезис — о том, что человек может решить неразрешимые задачи Тьюринга и Геделя, — просто-напросто неверен.

Одна из таких неразрешимых задач, известная как задача про усердного бобра (Busy Beaver), заключается в следующем: нужно найти максимальное число единиц, которое машина Тьюринга с определенным числом состояний (n) может записать на своей ленте. Для ответа на вопрос нужно создать все возможные машины Тьюринга с n-состояниями (это конечное число, если значение n — конечное число) и определить максимальное число единиц, которые эти машины печатают на своей ленте, за исключением зациклившихся машин Тьюринга. Ответить на этот вопрос нельзя, поскольку при попытке моделирования всех этих машин наш симулятор зациклится при попытке симулировать машину, которая уже зациклилась. Тем не менее компьютеры решают эту задачу для некоторых значений n. Справляются с задачей и математики, но компьютеры решают задачу для гораздо большего числа n, чем не вооруженные вычислительной машиной люди. Вообще обычно компьютеры лучше людей решают неразрешимые задачи Тьюринга и Геделя.

Пенроуз связал эти «трансцендентные способности» человеческого мозга с квантовыми вычислениями, которые, с его точки зрения, там происходят. В соответствии с этой точкой зрения, квантовые явления в нейронах по какой-то причине доступны не компьютерам, а только человеческому мозгу. На самом деле многие электронные устройства используют квантовые явления (транзисторы применяют квантовое явление туннельного эффекта), а вот квантовые явления в головном мозге пока никто не обнаружил. Человеческие мыслительные возможности удовлетворительно объясняются классическими вычислительными методами, и в любом случае ничто не мешает нам применять квантовые вычисления в компьютерах. Однако ни одну из этих задач Пенроуз перед собой не ставил. Хамерофф и Пенроуз объединили свои усилия, когда критики заявили, что мозг — это не то место, где могут производиться квантовые вычисления.

Пенроуз нашел в нейронах подходящий элемент для осуществления квантовых вычислений — те самые микротрубочки, в которых, по мнению Хамероффа, происходит обработка информации. Таким образом, тезис Хамероффа — Пенроуза заключается в том, что микротрубочки нейронов совершают квантовые вычисления, что и является основой сознания.

Этот тезис подвергся критике, например со стороны шведско-американского физика и космолога Макса Тегмарка (род. в 1967 г.), который определил, что квантовые явления в микротрубочках могут продолжаться лишь 10^-13 с, что слишком мало и для того, чтобы произвести сколько-нибудь значимые вычисления, и для того, чтобы как-то повлиять на процессы в нейронах. Существует ряд задач, для решения которых квантовые вычисления имеют преимущества перед классическими методами, например для дешифровки кодов путем факторизации больших чисел. Однако известно, что человеческий мозг очень плохо справляется с такими задачами и не может соперничать даже с обычными компьютерными вычислениями, и это подтверждает, что мозг не имеет никаких способностей к квантовым вычислениям. Более того, если бы даже возможность квантовых вычислений в головном мозге существовала, она вовсе не обязательно имела бы отношение к сознанию.

На самом деле все подобные теории требуют сделать некий смелый шаг, некий «скачок веры». Когда дело касается вопросов сознания, руководящий принцип звучит так: «Ты должен верить». Таким образом, чтобы ответить на вопросы, кто и что обладает сознанием и что означает для нас собственное сознание, каждый из нас должен сделать этот шаг. Иначе по утрам мы не могли бы встать с постели. Однако следует быть честным в отношении того, что для каждого из нас подразумевает этот шаг.

А для каждого человека это особый шаг, хотя может показаться, что это не так. Личные философские представления любого человека о природе и источнике сознания определяют разногласия между людьми по таким вопросам, как права животных или допустимость абортов, и в будущем вызовут еще более серьезные разногласия по вопросу о правах машин. По моему мнению, когда машины смогут обсуждать с людьми вопросы субъективного опыта, люди согласятся с тем, что машины обладают сознанием. Машины овладеют самым разнообразным эмоциональным опытом, смогут заставлять нас смеяться и плакать и будут чрезвычайно недовольны, если мы станем утверждать что они не обладают сознанием. (Они будут очень умными, и нам не захочется, чтобы это произошло.) В итоге нам придется прийти к выводу, что они сознательны. Для меня смелый шаг заключается в том, чтобы признать, что, когда машины смогут убеждать нас в разговоре в наличии у них субъективного опыта, они на самом деле будут сознательными. Я пришел к этому выводу в результате следующего мысленного эксперимента. Представьте, что в будущем вы встретите существо (робота или аватара), эмоциональные реакции которого абсолютно естественны. Оно убедительно смеется над вашими шутками и само заставляет вас смеяться и плакать (не от физической боли). Оно убедительно рассказывает о своих страхах и желаниях. И во всех своих проявлениях кажется совершенно сознательным. Оно действительно похоже на человека. Сможете ли вы воспринимать это существо как сознательную личность?

Если вы скажете, что с большой вероятностью сумеете найти путь выявить небиологическую природу этого существа, значит, вы не учитываете условий этого эксперимента. А условия таковы, что такое существо совершенно убедительно. Учитывая данное условие, если бы это существо, как человек, испытывало страх, когда ему угрожают, думаю, вы сопереживали бы ему так же, как если бы речь шла о живом человеке. Лично для меня это так, и я думаю, что все люди, по крайней мере большинство, согласятся со мной — вне зависимости от того, какой точки зрения они сегодня придерживаются в философских спорах. И вновь ключевым словом здесь является слово «убедительно».

Понятно, что существуют разногласия по поводу того, когда мы встретим подобных существ и встретим ли вообще. Лично я считаю, что такие существа начнут появляться в 2029 г., а в 2030-х гг. станут обычным делом. Но вне зависимости от того, когда это произойдет, я думаю, что в итоге мы начнем относиться к ним как к сознательным существам. Посмотрите, как мы относимся к таким героям в книгах и в кино: R2D2 в «Звездных войнах», Дэвид и Тедди в «Искусственном разуме», Дейта в телевизионном сериале «Звездный путь: следующее поколение», Джонни 5 в «Коротком замыкании», Валли в одноименном мультфильме, добрый терминатор Т-800 в «Терминаторе-2», репликант Рейчел (которая даже не знает, что она не человек) в «Бегущем по лезвию», Бамблби[136] в фильмах и мультфильмах о трансформерах и Сонни в фильме «Я, робот». Мы симпатизируем этим героям, хотя и знаем, что это небиологические существа. Мы воспринимаем их как обладающих сознанием, как воспринимали бы на их месте живых людей. Мы сочувствуем им и переживаем, когда они попадают в трудные ситуации. Если мы сегодня так относимся к вымышленным небиологическим существам, то как же мы будем воспринимать реальных разумных существ, которым не посчастливилось возникнуть из биологического субстрата?

И если вы согласны сделать этот шаг и признать, что небиологические существа, убедительно доказывающие свой эмоциональный опыт, действительно обладают сознанием, то это означает следующее: сознание является свойством всего существа в целом, а не того субстрата, из которого оно состоит.

Существует концептуальный провал между наукой, требующей объективных измерений и соответствующих выводов, и сознанием, являющимся синонимом субъективного опыта. Понятно, что мы не можем задать существу вопрос: «У тебя есть сознание?» Если же мы заглянем в его «голову» (биологическую или какую-то другую), нам нужно будет принять философское решение: что же именно мы там ищем? Таким образом, вопрос о наличии сознания у того или иного существа не является научным. По этой причине некоторые наблюдатели переходят к вопросу, есть ли вообще у сознания какое-либо реальное основание? Английский писатель и философ Сьюзен Блэкмор говорит о «великой иллюзии сознания». Она признаёт существование мемы (идеи) сознания. Другими словами, сознание, безусловно, существует как идея, и многие структуры новой коры имеют дело с этой идеей, не говоря уже о том, сколько об этой идее сказано и написано. Но остается неясным, связана ли эта идея с чем-то реальным. Цель Блэкмор состоит не в том, чтобы опровергнуть существование сознания, а скорее в том, чтобы сформулировать проблемы, с которыми мы сталкиваемся при попытках определить суть этого понятия. Британский психолог и писатель Стюарт Сазерленд в «Международном словаре по психологии» пишет следующее: «Сознание — удивительный, но неуловимый феномен; невозможно сказать, что это такое, в чем его функция или почему оно появилось»[137].

Однако не стоит воспринимать этот вопрос как пустую философскую болтовню, которая, кстати сказать, началась две тысячи лет назад — с «Диалогов» Платона. Идея сознания лежит в основе нашей морали, а наше законодательство тесно связано с нашими моральными нормами. Если один человек лишает другого человека сознания (как при убийстве), мы считаем это действие аморальным и, за редкими исключениями, преступным. Однако исключения эти тоже связаны с сознанием. В частности, мы разрешаем полицейским или военным убивать сознательных людей, чтобы защитить превосходящих по численности других сознательных людей. Возможность различных исключений можно обсуждать, но суть от этого не меняется.

Насилие над человеком и причинение страданий также обычно рассматриваются как аморальное и незаконное поведение. Если я разрушу то, что принадлежит мне, возможно, это допустимо. Если я без вашего разрешения разрушу то, что принадлежит вам, это, скорее всего, недопустимо, но не потому, что пострадало ваше имущество, а потому, что пострадали вы как владелец. Но если в моей собственности находится сознательное существо, например животное, я как собственник этого животного не имею морального или юридического права делать с ним все, что захочу. В частности, существуют законы, запрещающие жестокое обращение с животными.

Поскольку наша законодательная система и моральные нормы основаны на защите сознательных существ и предотвращении их страданий, для принятия ответственных решений мы должны знать ответ на вопрос, кто же обладает сознанием. Потому этот вопрос — не просто тема для интеллектуальной беседы, что видно, например, из горячей дискуссии по поводу правомерности абортов. Замечу, что вопрос об абортах выходит за рамки темы сознания, поскольку противники абортов утверждают, что сам тот факт, что эмбрион в итоге станет сознательной личностью, является достаточным основанием для его защиты (то же относится и к людям, находящимся в коме). Поэтому вопрос заключается в том, в какой момент зародыш приобретает сознание.

Понимание сути сознания часто влияет на нашу реакцию в сложных вопросах. Если рассмотреть ту же тему абортов, мы заметим, что многие люди видят различие между приемом противозачаточных таблеток, предотвращающих имплантацию оплодотворенной яйцеклетки в матке в первые дни беременности, и абортом на более поздних сроках. Это различие связано с тем, что, с некоторой вероятностью, эмбрион на более поздних сроках беременности уже обладает сознанием. Трудно предполагать, что эмбрион в возрасте нескольких дней сознателен, если только не придерживаться позиции панпротопсихизма, но даже при такой точке зрения уровень сознания подобного эмбриона ниже, чем у самых примитивных животных. Аналогичным образом, мы совершенно по-разному относимся к проблеме жестокого обращения с высшими приматами по сравнению, например, с насекомыми. Сегодня мало кто беспокоится по поводу страданий, причиняемых нами компьютерным программам (зато мы часто жалуемся на муки, которые компьютерные программы доставляют нам), но если в будущем компьютерное обеспечение получит интеллектуальные, эмоциональные и моральные качества человека, на этом месте возникнет проблема.

Таким образом, моя позиция следующая: я считаю, что небиологические существа с абсолютно убедительными эмоциональными реакциями обладают сознанием, и предсказываю, что в будущем общество в целом сочтет их сознательными. Обратите внимание, что данное определение описывает иной круг существ, чем те, которые владеют человеческой речью и способны пройти тест Тьюринга. Эти существа должны в достаточной степени быть похожими на человека, так что они подходят под мое определение, и общество, я думаю, со мной согласится. Но под мое определение попадают и те существа, которые проявляют человеческие эмоциональные реакции, но не способны пройти тест Тьюринга, например маленькие дети.

Решает ли это философский вопрос о том, кто обладает сознанием? Хотя бы для меня самого и тех, кто согласен вместе со мной сделать этот смелый шаг? Ответ: не совсем. Мы рассмотрели лишь один частный случай, касающийся существ, обладающих человеческими реакциями. Даже если эти существа из будущего, которых мы обсуждаем, имеют небиологическую природу, мы рассматриваем их способность убедительно демонстрировать человеческие реакции, то есть данная позиция по-прежнему является человекоцентрической. Но что можно сказать о других формах разума, отличных от человеческого? Мы можем представить себе существование столь же сложного или гораздо более сложного разума, чем наш, у существ с совершенно иными эмоциями и мотивациями. Как понять, обладают они сознанием или нет?

Можно начать с обсуждения биологических существ, мозг которых сравним с мозгом человека, но поведение совсем иное. Британский философ Дэвид Кокберн (род. в 1949 г.) описывает поведение гигантского кальмара в момент опасности (возможно, как считает Кокберн, кальмар испугался человека с видеокамерой). Кальмар задрожал и съежился и, как пишет Кокберн, «реагировал так, что мне стало очевидно, что ему страшно. Потрясающим в этой последовательности реакций было то, что в поведении существа столь далекого от человека, с очевидностью отразилась человеческая эмоция страха»[138]. Кокберн убежден, что животное испытывало именно эту эмоцию и что большинство людей, посмотревших фильм, придет к такому же мнению. Если мы согласимся с его точкой зрения, мы вынуждены будем включить гигантских кальмаров в наш список сознательных существ. Однако это никуда нас не ведет, поскольку такой вывод по-прежнему основан на нашей способности сопереживания эмоций, которые знакомы нам самим. Мы по-прежнему смотрим на вещи с человекоцентрической точки зрения.

Если же покинуть мир биологических существ, мы обнаружим, что формы небиологического разума могут оказаться еще более разнообразными. Например, какие-то существа могут не бояться собственной гибели и не иметь нужды в обычных для людей и других биологических существ эмоциях. Может быть, они все же будут способны пройти тест Тьюринга, а может быть, попросту не захотят.

Нам нужны роботы, предназначенные для работы в опасных условиях и не имеющие инстинкта самосохранения. Пока такие машины не являются достаточно разумными или сложными, чтобы всерьез говорить об их чувствительности, но можно вообразить, что в будущем они станут столь же сложными, как люди. Что тогда?

Лично я могу сказать, что поломка устройства с таким сложным строением и способностью выполнять указания, необходимые для реализации его миссии, меня бы, безусловно, поразила и огорчила. Возможно, здесь мы слегка расширяем обзор, поскольку рассматриваем реакцию на поведение, отличное от нормального поведения людей и вообще всех биологических существ. Но и в данном случае я пытаюсь нащупать связь с теми признаками, которые характерны для меня самого и для других людей. Вообще говоря, мысль о существе, полностью посвящающем себя выполнению достойной задачи и пытающемся решить ее вне зависимости от собственного благополучия, не так уж чужда человеческому опыту. Нам нужны существа, способные защитить биологических людей или каким-то образом способствовать нашему процветанию.

Но что если такое существо имеет собственные задачи, отличные от человеческих, и не выполняет той миссии, которую мы считаем достойной? Можно попытаться оценить его способности другим путем. Если это существо действительно очень разумное, возможно, оно сильно в математике, и с ним можно поговорить на эту тему. Возможно, оно сможет оценить математические шутки.

Но если это существо не захочет общаться со мной, а у меня не будет достаточной возможности оценить его действия и решения, означает ли это, что оно лишено сознания? Я должен сделать вывод, что существа, которые не убедили меня своими эмоциональными реакциями или не пытались этого сделать, не обязательно являются несознательными. Сложно распознать существо с другим сознанием, не установив какого-либо эмпатического контакта, но это скорее проблема моей собственной ограниченности, чем проблема того существа. Поэтому действовать придется осторожно. Нам бывает сложно поставить себя на место другого человека, что уж говорить о понимании разума, который так сильно отличается от нашего собственного.

Вернемся к истории с гигантским кальмаром. Да, возможно, мы распознаём некоторые из его эмоций, но значительная часть его поведенческих реакций остается для нас тайной. Что значит быть гигантским кальмаром? Что он чувствует, когда проталкивает свое бесхребетное тело через небольшое отверстие? У нас просто слов таких нет, чтобы ответить на этот вопрос, учитывая нашу неспособность даже описать опыт, разделяемый многими людьми, такой как восприятие красного цвета или ощущение нашего тела, погружаемого в воду.

Но, чтобы отыскать тайну осознанного опыта, не нужно опускаться на дно океана, достаточно обратиться к самим себе. Я, например, знаю, что обладаю сознанием. Полагаю, что и ты, мой читатель, тоже. (Чего не могу сказать о людях, которые мою книгу не купили.) Но что же, собственно, я сознаю? Попробуйте и вы задать себе этот вопрос.

Давайте проведем один мысленный эксперимент (он годится для тех, кто водит машину). Представьте, что вы на скоростном шоссе и движетесь по левой полосе. Теперь закройте глаза, возьмитесь за воображаемый руль и сделайте такое движение, как будто перестраиваетесь на правую полосу.

Попробуйте проделать этот эксперимент, прежде чем читать дальше.

Вот вероятная последовательность ваших движений. Вы держите руль, проверяете, свободна ли правая полоса. Предположим, полоса свободна, тогда на короткое время вы поворачиваете руль вправо, а затем выправляете его. Дело сделано.

Это хорошо, что вы в воображаемой машине, поскольку только что вы пересекли все полосы шоссе и врезались в дерево. Наверное, следует предупредить, чтобы вы не пытались проделать этот трюк, двигаясь в настоящей машине (надеюсь, вы уже усвоили правило, что за рулем не следует закрывать глаза), но дело, в сущности, не в этом. Если вы поступили так, как я только что описал, — а практически каждый человек в мысленном эксперименте поступает именно так, — вы поступили неправильно. Если вы повернете руль вправо, а затем выровняете колеса, вы будете двигаться по диагонали к вашему исходному направлению движения. Вы свернете на правую полосу, как и хотели, но будете и дальше ехать вправо. После того как вы выехали на полосу справа от вас, нужно было повернуть руль влево и только потом выровнять колеса. Так вы заставите машину ехать вперед по новой полосе.

Если вы опытный водитель, вы проделывали этот маневр тысячи раз. Действовали ли вы при этом сознательно? Вы когда-нибудь обращали внимание на то, что на самом деле делаете, когда меняете полосу на шоссе? Надеюсь, вы читаете книгу не в больнице, поправляясь после автомобильной аварии, и, следовательно, умеете выполнять этот маневр. Но вы никогда не задумывались о том, что делаете, хотя делали это множество раз.

Когда люди рассказывают, что с ними происходило, они излагают последовательность событий и решений. Но в тот момент, когда мы впервые переживаем эти события, все воспринимается не так. Наш первичный опыт представляет собой последовательность образов высокого порядка сложности, и некоторые из них могут вызывать эмоции. Но мы запоминаем лишь незначительную часть этих образов, если вообще запоминаем. Даже если мы передаем нашу историю очень точно, мы прибегаем к конфабуляции, позволяющей восполнять недостающие подробности и превращать последовательность образов в связный рассказ. Мы не можем быть уверены в том, что наше исходное осознание опыта было именно таким, поскольку доступ к этому опыту проходит через воспоминания. Каждый текущий момент мгновенен, и события этого момента сразу становятся воспоминаниями, а чаще не становятся. Даже если опыт стал воспоминанием, он сохраняется, как указывает теория распознавания образов, в виде иерархической системы образов разной степени сложности. И как я уже неоднократно отмечал, практически весь наш опыт (в том числе опыт смены полосы на шоссе) мгновенно забывается. Таким образом, мы не можем сказать, что именно заключает в себе наш осознанный опыт.

На анализируемые нами вопросы о сознании и реальности можно взглянуть с двух точек зрения: точки зрения западного человека и восточного человека. Если придерживаться точки зрения западного человека, мы начнем рассмотрение с физического мира, в котором рождается информация. В результате миллиарда лет эволюции живые существа стали настолько сложными, что обзавелись сознанием. С точки зрения восточного человека, сознание — фундаментальная реальность, а физический мир существует лишь по той причине, что сознательные существа думают о нем. Другими словами, физический мир — это материализованные мысли сознательных существ. Безусловно, я упрощаю сложные и разнообразные философские течения, но эти две точки зрения составляют полюса философских взглядов на проблему сознания и его отношения к физическому миру.

Раздел между Востоком и Западом по вопросу о сознании нашел свое отражение и в направлениях мысли в области физики элементарных частиц. В квантовой механике положение частиц описывается так называемыми полями вероятности. Но любые попытки измерения состояния этих частиц с помощью приборов приводят к так называемому коллапсу волновой функции, что означает, что частица внезапно занимает фиксированное положение. Причем эти измерения осуществляются сознательным наблюдателем, поскольку иначе в них не было бы никакого смысла. Таким образом, частица приобретает определенные свойства (локализация, скорость) только тогда, когда за ней наблюдают. Можно сказать, что, пока за частицами никто не следит, им все равно, где находиться. Я называю такой взгляд буддистской школой квантовой механики, поскольку при этом подходе подразумевается, что частицы существуют только тогда, когда за ними наблюдает существо, обладающее сознанием.

Существует другая интерпретация квантовых свойств частиц, избегающая подобной антропоморфной терминологии. В данном случае соответствующее частице поле — это не поле вероятности, а скорее некая функция, которая в разных местах принимает разные значения. Следовательно, частица — это и есть поле. На параметры поля в разных участках накладываются определенные ограничения. В этом и заключается смысл слова «квантовый». В рамках данного подхода так называемый коллапс волновой функции — вовсе никакой не коллапс. Волновая функция никуда не девается. Просто дело в том, что измерительный прибор тоже состоит из частиц и их полей и взаимодействие поля анализируемой частицы с полями частиц прибора приводит к тому, что частица регистрируется в определенном месте. Но поле никуда не делось. Такова «западная» интерпретация квантовой механики, хотя следует заметить, что среди физиков всего мира более популярной является «восточная» интерпретация.

Это разделение «Восток — Запад» ярко проявилось в работах одного философа. Британско-австрийский философ Людвиг Витгенштейн (1889–1951) занимался философией языка и знания и изучал вопрос о том, что составляет наше реальное знание. Эту проблему он анализировал, находясь на полях сражений Первой мировой войны, и изложил свои мысли в «Логико-философском трактате» — единственной его книге, опубликованной при жизни. Книга имела необычную структуру и вышла в свет только в 1921 г. благодаря усилиям бывшего наставника Витгенштейна, британского математика и философа Бертрана Рассела (1872–1970). Труд этот стал Библией для известного философского направления, называемого «логическим позитивизмом» и занимающегося определением границ научного познания. Книга и возникавшие вокруг нее философские дискуссии повлияли на труды Тьюринга и способствовали возникновению информатики и лингвистики.

«Логико-философский трактат» предвосхищает представление о том, что все знания имеют иерархическое строение. Сама книга организована в виде вложенных друг в друга пронумерованных утверждений. Вот, к примеру, четыре первые фразы.

1. Мир есть все то, что имеет место.

1.1. Мир есть совокупность фактов, а не вещей.

1.11. Мир определен фактами и тем, что это все факты.

1.12. Потому что совокупность всех фактов определяет как все то, что имеет место, так и все то, что не имеет места[142].

Еще одно важное утверждение «Трактата», отразившееся позднее в работах Тьюринга, имеет номер 4.0.0.3.1 и гласит: «Вся философия — это критика языка».

И сам «Трактат», и направление логического позитивизма утверждают, что физическая реальность существует вне зависимости от нашего восприятия, но все, что мы можем узнать об этой реальности, определяется возможностями наших органов чувств (даже усиленных с помощью инструментов) и логических построений, основанных на этом чувственном опыте. Можно сказать, что Витгенштейн пытался описать методы и задачи науки. Заключительное, седьмое, утверждение его книги гласит: «О чем невозможно говорить, о том следует молчать». Таким образом, в своих ранних работах Витгенштейн рассматривает дискуссию на тему сознания как бесконечную и тавтологичную, а следовательно, лишенную смысла.

Однако в более поздних работах Витгенштейн изменил точку зрения и посвятил все свое время изучению проблем, которые прежде относил к разряду тех, что обходят молчанием. Его труды на эту тему были собраны и напечатаны в 1953 г., через два года после его смерти, в виде книги под названием «Философские исследования». Он критиковал свои ранние суждения, объявив их бесконечными и бессмысленными, и пришел к выводу, что изучения достойно все то, о чем он прежде не считал нужным говорить. Его поздние труды оказали глубокое влияние на экзистенциалистов, так что Витгенштейн является уникальной фигурой в современной философии, поскольку он сформировал две лидирующие и противоречащие друг другу философские школы.

О чем же «поздний» Витгенштейн считал нужным думать и говорить? О таких понятиях, как красота и любовь, которые, как он признал, наличествуют в виде идей в голове человека. Однако он считал, что они должны существовать в совершенном, идеальном мире и аналогичны идеальным «формам», о которых писал Платон в своих «Диалогах» (еще одна работа, проложившая путь, казалось бы, взаимоисключающим философским направлениям).

Мне представляется, что позиция французского философа и математика Рене Декарта охарактеризована неправильно. Его знаменитое изречение «Я мыслю, значит, я существую» обычно истолковывают как восхваление рационального мышления, в том смысле, что «я мыслю, то есть могу совершать логические построения, следовательно, я на что-то годен». Декарта, таким образом, считают основателем западной рациональной философии.

Однако, обдумывая высказывание Декарта в свете других его трудов, я прихожу к иному выводу. Декарта волновал вопрос «психического и телесного», а именно: как из физического вещества мозга возникает сознание? Учитывая это, мне кажется, он пытался довести рациональный скептицизм до экстремума, и на этом основании его утверждение можно перефразировать так: «Я мыслю, значит, существует мой субъективный опыт, следовательно, наверняка мы знаем только то, что нечто — назовем это „Я“ — существует». Он не был уверен в том, что физический мир существует, поскольку вся информация, каковой мы обладаем, составлена из нашего личного восприятия, которое может быть ошибочным или полностью иллюзорным. Однако мы точно знаем, что есть существо, владеющее этим опытом.

Я получил религиозное образование в унитарной церкви, где мы изучали все мировые религии. Мы, к примеру, шесть месяцев изучали буддизм, ходили на службы в буддистские храмы, читали их книги и беседовали с их религиозными лидерами. Потом переключались на другую религию, скажем, иудаизм. Главная идея состояла в том, что «к истине есть много путей», и так мы получили представление о толерантности и трансцендентности. Последняя идея подразумевает, что для разрешения кажущихся противоречий между различными традициями не требуется признавать, что одна из них верна, а другая ошибочна. Истину можно найти только путем объяснения, которое выходит за пределы этих кажущихся различий, особенно в таких фундаментальных вопросах, как смысл и цель.

И именно этот подход я бы применил к разрешению вопроса о справедливости «восточного» и «западного» понимания связи между сознанием и физическим миром. На мой взгляд, оба направления справедливы.

С одной стороны, глупо отрицать существование физического мира. Даже если мы живем в имитированном мире, как утверждает шведский философ Ник Востром (род. в 1973 г.), мы воспринимаем его как реальность. Если же мы допускаем существование физического мира и происходящую в нем эволюцию, мы видим, что именно в результате эволюции и появились сознательные существа.

С другой стороны, утверждения «восточной» перспективы (основа всего сознание, которое и является единственной важной реальностью) тоже трудно отрицать. Хотя бы сравните, как мы оцениваем сознательных и несознательных существ. Мы считаем, что последние не имеют собственной ценности, за исключением той, которую приписывают им сознательные существа. И даже если мы воспринимаем сознание как новое свойство сложных систем, мы не можем утверждать, что это просто еще один их атрибут (наряду с «пищеварением и лактацией», если цитировать Джона Серля). Это нечто поистине важное.

Для описания чрезвычайно важных вещей часто используют слово «духовный». Многим данная терминология, имеющая религиозные традиции, не нравится, поскольку подразумевает комплекс убеждений, с которыми эти люди не согласны. Но на самом деле само слово «дух» часто используют в качестве эквивалента слова «сознание».

Таким образом, эволюцию можно рассматривать как духовный процесс, в том смысле, что она создает духовность, то есть носителей сознания. Кроме того, эволюция ведет к усложнению, к накоплению знаний, к усилению разума, красоты, творчества и к способности выражать трансцендентные эмоции, такие как любовь. Заметим, что все эти определения люди используют для описания Бога.

Людям часто не нравятся дискуссии по поводу возможности существования сознания у машин, поскольку для них это означает понижение духовной ценности человека. Однако такая реакция отражает неправильное восприятие понятия «машина». Критики строят выводы на своих представлениях о современных машинах, но, как бы ни были сложны эти устройства, они пока не могут восприниматься в качестве сознательных существ. Однако, по моим прогнозам, они станут неотличимы от живого человека, которого мы считаем сознательным существом, и, следовательно, будут разделять все те духовные ценности, что мы связываем с сознанием. Это не унижение достоинства человека, а скорее возвышение нашей оценки (некоторых) машин будущего. Возможно, для этих существ понадобится выбрать другую терминологию, поскольку это будут совсем другие машины.

По мере того как мы учимся заглядывать внутрь мозга и расшифровывать его механизмы, мы открываем для себя его методы и алгоритмы. И мы не только понимаем их, но и воспроизводим эти «толкающие друг друга части мельницы», выражаясь словами немецкого математика и философа Вильгельма Лейбница (1646–1716). Более того, мы настолько сблизимся с создаваемыми нами инструментами, что различие между человеком и машиной начнет размываться, а потом и вовсе исчезнет. Этот процесс уже идет, хотя большинство машин, расширяющих наши возможности, пока еще находятся вне нашего тела и мозга.

Избыточность, как мы уже усвоили, является ключевой стратегией новой коры. Но в головном мозге есть и другой уровень избыточности, а именно наличие левого и правого полушария, которые хотя и не идентичны, но во многом очень похожи. Как специфические отделы новой коры специализируются на обработке определенного типа информации, так и полушария имеют некоторую специализацию, например левое полушарие обычно отвечает за речевую функцию. Однако такое разделение может быть изменено, так что при работе лишь половины мозга мы можем выжить и более или менее нормально существовать. Американские нейропсихологи Стелла де Боуд и С. Кертис описали 49 детей, переживших гемисферэктомию (операцию по удалению половины головного мозга). Этот вид хирургического вмешательства применяется для лечения больных с угрожающими жизни нарушениями, затрагивающими лишь одно полушарие мозга. У некоторых больных после этой операции возникают определенные дефекты, но они являются специфическими, и больные фактически сохраняют личностные качества. Многие чувствуют себя совершенно нормально, и по внешнему виду и поведению невозможно сказать, что у них осталась только половина мозга. Де Боуд и Кертис пишут, что у детей, перенесших гемисферэктомию, «развивается удивительно хорошая речь, несмотря на удаление „речевого“ полушария»[146]. Они описывают одного ребенка, который после этой операции окончил университет, поступил в аспирантуру и имел показатель IQ выше среднего. Исследования показывают наличие минимальных долгосрочных последствий для обучения, памяти, личностного восприятия и чувства юмора[147]. В 2007 г. американские исследователи Шервурд Макклеланд и Роберт Максвелл опубликовали аналогичные данные для взрослых, продемонстрировав долгосрочные положительные результаты[148].

Описан случай десятилетней немецкой девочки, которая родилась всего с одной половиной мозга, но при этом чувствует себя практически нормально. Поле зрения одного глаза у нее практически идеальное, хотя у больных, перенесших гемисферэктомию, сразу после операции ширина поля зрения сокращается[149]. Шотландский исследователь Ларе Макли комментирует: «Мозг обладает замечательной пластичностью, но все-таки мы были поражены, когда увидели, насколько хорошо единственное полушарие мозга этой девочки адаптировалось, чтобы компенсировать недостающее полушарие».

Хотя эти наблюдения, безусловно, подтверждают идею пластичности новой коры, интереснее следующий вывод: каждый из нас, по-видимому, имеет не один мозг, а два и может достаточно хорошо жить с любым из них. Если мы теряем один мозг, мы теряем и хранившиеся в его коре образы, но каждая часть мозга вполне самодостаточна. Имеет ли каждая полусфера собственное сознание? Некоторые факты позволяют ответить на этот вопрос утвердительно.

Рассмотрим пример больных с расщепленным мозгом, у которых сохранены оба полушария, но между ними образовалась расщелина. Мозолистое тело мозга (corpus callosum) представляет собой пучок из 250 млн аксонов, соединяющих между собой полушария мозга и позволяющих им сообщаться и координировать свои функции. Как два человека могут находиться в тесном контакте и принимать общие решения, при этом оставаясь отдельными и цельными личностями, так и два полушария мозга способны функционировать как единое целое, оставаясь независимыми.

Как следует из названия патологии, у пациентов с расщепленным мозгом происходит расщепление или повреждение мозолистого тела, в результате чего у таких людей остаются два функциональных мозга, не имеющих возможности непосредственного общения. Американский психолог Майкл Газзанига (род. в 1939 г.) проводил обширные исследования мыслительного процесса в полусферах мозга таких пациентов.

Левое полушарие пациентов с расщепленным мозгом обычно воспринимает информацию с правого поля зрения и наоборот. Газзанига и его коллеги помещали в поле зрения правого глаза пациента (за которое отвечает левое полушарие) изображение куриного когтя, а в поле зрения левого глаза — зимнюю картинку. Затем пациенту показывали набор изображений, так что они воспринимались обоими глазами, и просили его выбрать одну из картинок, которая соответствовала первым изображениям. Левая рука пациента (контролируемая правым полушарием) указывала на изображение совка, а правая — на изображение цыпленка. До сих пор все нормально — оба полушария работали правильно и независимо. Но на вопрос «Почему вы выбрали это изображение?» пациент отвечал (речевой центр находится в левом полушарии) следующее: «Очевидно, что куриный коготь соответствует курице». Но когда пациент опускал голову и видел, что его левая рука указывает на совок, немедленно объяснял и это (опять-таки, с помощью речевого центра левого полушария): «И вам требуется совок, чтобы чистить птичью клетку».

Это пример конфабуляции. Правое полушарие (контролирующее левую руку и плечо) правильно показывает на совок, но, так как левое полушарие (контролирующее вербальный ответ) ничего про снег не знает, оно придумывает объяснение, хотя и не отдает себе в этом отчета. Оно берет на себя ответственность за действие, которого не совершало, но думает, что совершало.

Этот опыт демонстрирует, что каждое полушарие пациента с расщепленным мозгом имеет собственное сознание. По-видимому, полушария не отдают себе отчета в том, что тело контролируется двумя частями мозга, поскольку научились координировать свои функции, и их решения достаточно согласованны, так что каждое думает, что все решения приняты им самим.

Эксперименты Газзаниги не доказывают, что нормальные люди с сохраненной функцией мозолистого тела имеют два сознательных полушария, но указывают на такую возможность. Хотя мозолистое тело способствует эффективному взаимодействию двух полушарий, это не означает, что полушария не обладают независимым разумом. Каждое может считать, что именно оно принимает все решения, поскольку эти решения вполне соответствуют общей логике, и в конце концов каждое полушарие влияет-таки на каждое решение (путем сотрудничества со вторым полушарием при посредничестве мозолистого тела). Таким образом, каждому полушарию кажется, что это оно контролирует все процессы.

Как бы вы проверили эту гипотезу? Можно, например, провести корреляцию между неврологической активностью и сознанием. Именно это и сделал Газзанига. Его эксперименты показывают, что каждое полушарие функционирует как независимый мозг. Конфабуляции не ограничены полушариями, и для каждого из нас это регулярная практика. Каждое полушарие почти так же разумно, как человек в целом, поэтому, если мы считаем, что человек обладает сознанием, приходится сделать вывод, что каждое полушарие обладает независимым сознанием. Мы можем провести неврологические корреляции и проделать собственные мысленные эксперименты (например, решить для себя вопрос, что если два полушария мозга, не сообщающиеся через мозолистое тело, формируют два независимых сознательных разума, то такая же ситуация должна иметь место при наличии функционирующего мозолистого тела), но любые попытки прямого детектирования сознания в каждом полушарии невозможны из-за отсутствия научного метода определения сознания. Но если мы допускаем, что каждое полушарие мозга сознательно, не придется ли признать, что так называемая неосознанная активность новой коры (составляющая ее основную функцию) тоже обладает независимым сознанием? А может быть, несколькими? Недаром Марвин Минский называл мозг «обществом разума»[150].

В другом исследовании пациенту с расщепленным мозгом показывали написанное на бумаге слово «колокольчик» для восприятия правым полушарием и слово «музыка» для восприятия левым полушарием. Контролирующее речь левое полушарие реагировало словом «музыка». Затем пациенту показывали набор картинок и просили показать ту, которая в наибольшей степени соответствует слову, которое ему только что показали. Его рука, контролируемая правым полушарием, указывала на колокольчик, а контролируемый левым полушарием речевой центр сообщал: «Да, музыка, последний раз, когда я слышал музыку, это были колокольчики, звук доносился снаружи». Он выбрал это объяснение, хотя среди предложенных ему картинок были и другие, даже более близкие по смыслу к слову «музыка».

И опять мы сталкиваемся с конфабуляцией. Левое полушарие объясняет решение, которого оно никогда не принимало, как будто это было его решение. И делает это не для того, чтобы «прикрыть друга» (то есть объяснить выбор второго полушария). Оно действительно считает, что само приняло это решение.

Эти реакции и решения могут распространяться и на эмоциональные реакции. Подростка с расщепленным мозгом спросили (так, что слышали оба полушария): «Кто твой любимый…?» — а затем правому полушарию (через левое ухо) сообщили слово «подружка». Газзанига пишет, что юноша покраснел и засмущался, что является обычной реакцией подростков, когда их спрашивают о любимой девушке. Однако левое полушарие, контролирующее речевой центр, ничего не слышало и попросило уточнить: «Мой любимый что?» Когда же пациента попросили ответить на вопрос в письменном виде, левая рука, контролируемая правым полушарием, написала имя девушки.

Эксперименты Газзаниги не являются мысленными — это реальные эксперименты над разумом. Они передают интересные наблюдения над сознанием, но имеют даже более непосредственное отношение к вопросу о свободе воли. В каждом из описанных случаев одно из полушарий считает, что это оно приняло решение, хотя на самом деле это не так. В какой степени это относится к решениям, которые мы принимаем каждый день?

Вот случай десятилетней девочки, страдающей от эпилепсии. Нейрохирург Ицхак Фрид выполнил операцию на мозге пациентки без наркоза (это возможно по той причине, что в головном мозге нет болевых рецепторов)[151]. Всякий раз, когда хирург стимулировал определенный участок новой коры, девочка смеялась. Сначала врачи подумали, что они, возможно, каким-то образом запускают смеховой рефлекс, но потом поняли, что затрагивают механизм восприятия юмора. По-видимому, они нашли в ее новой коре точку (на самом деле их несколько), распознающую смешное. Она не просто смеялась, она действительно находила ситуацию смешной, хотя вокруг нее ничего не изменилось — врачи просто затронули ту самую точку в ее новой коре. Когда ее спросили, почему она так смеется, она не ответила что-то вроде «так, без причины» или «наверное, вы заставляете смеяться мой мозг», но тут же придумала ответ. Она указывала на какой-то предмет в комнате и пыталась объяснить, почему он вызывает у нее смех. Типичный комментарий был таким: «Вы тоже так весело здесь смотритесь».

Нам все время очень хочется найти рациональное объяснение нашим действиям, даже если нам на самом деле не пришлось принимать решения, которые их вызвали. Так в какой же степени мы ответственны за наши решения? Приведу в качестве примера эксперименты профессора психологии Бенджамина Лайбета из Калифорнийского университета в Дэвисе. Нескольким участникам эксперимента прикрепили к голове электроды для снятия электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и поставили таймер. Лайбет предлагал испытуемым выполнять простые задания, такие как нажать на кнопку или подвигать пальцем. При этом их просили отмечать по таймеру время, когда они «в первый момент осознают, что должны действовать». Тесты показали, что задержка составляла лишь 50 миллисекунд. Между моментом, когда участник эксперимента сообщал о готовности действовать, и реально приступал к действию, проходило в среднем 200 миллисекунд[152].

Исследователи также анализировали сигналы ЭЭГ. Активность мозга, связанная с началом функции моторной коры (ответственной за выполнение движения), проявлялась в среднем примерно за 500 миллисекунд до выполнения действия. Это означает, что моторная кора начинала готовиться к выполнению задачи примерно за треть секунды до того, как человек понимал, что решение принято.

Смысл экспериментов Лайбета горячо обсуждался в научных кругах. Сам Лайбет пришел к выводу, что наша идея о принятии решения, по-видимому, является иллюзией и что «сознание в этом не участвует». Философ Дэниел Деннет так прокомментировал эти эксперименты: «Действие сначала готовится в какой-то части мозга, и оттуда сигналы направляются к мускулам, останавливаясь по дороге, чтобы сообщить вам, сознательному существу, что происходит (но, как хорошие чиновники в кабинете президента, поддерживают иллюзию, что все затеяли именно вы)»[153]. В то же время Деннет сомневается в значимости временных интервалов, определенных в экспериментах Лайбета. В частности, он считает, что люди не могут отдавать себе отчета в том, когда именно начинают осознавать, что решение принято. Можно задать вопрос: если сам человек не знает, в какой момент он осознаёт, что решение принято, то кто же это знает? Да, вопрос поставлен правильно — как я и говорил выше, мы толком не знаем, что же именно мы осознаём.

Индийско-американский нейробиолог Вилейанур Субраманиан Рамачандран (род. в 1951 г.) объясняет ситуацию несколько иначе. Учитывая, что в новой коре имеется порядка 30 млрд нейронов, тут всегда происходит множество процессов, и мы осознаём лишь малую часть происходящего. Решения — малые и большие — постоянно обрабатываются новой корой, и предлагаемые выводы достигают нашего сознания. Рамачандран считает, что говорить следует не о свободе воли, а о «свободе нежелания», то есть о способности отвергать решения, предлагаемые «несознательной» частью новой коры.

Проведем аналогию с военной кампанией. Военные чиновники готовят рекомендации президенту. Прежде чем получить его резолюцию, они проводят подготовительную работу, которая позволит осуществить принятое решение. В какой-то момент предложение доходит до президента, он его одобряет, и тогда выполняются остальные операции в рамках данной стратегии. Аналогичным образом, поскольку в новой коре происходят неосознанные процессы (подготовка рекомендаций до их представления президенту) и осознанные процессы (функция президента), мы можем наблюдать активность нейронов и реальные действия до того, как принято официальное решение. В каждой конкретной ситуации можно обсуждать, насколько свободен президент в выборе окончательного решения, в частности, американские президенты на протяжении всей истории страны как принимали, так и отклоняли предложения армейских чиновников. Но нас не должно удивлять, что умственная деятельность, даже в моторной коре, начинается до того, как мы осознаём, что нужно принимать решение.

Таким образом, эксперименты Лайбета показывают, что в нашем мозге при принятии решений происходит большая неосознанная работа. Мы уже знаем, что большая часть процессов в новой коре не является осознанной, поэтому не следует удивляться, что наши действия и решения имеют как осознанную, так и неосознанную составляющие. Важно ли их разделять? Если наши решения складываются из этих двух составляющих, есть ли смысл их идентифицировать? Разве не оба аспекта представляют работу нашего мозга? Являемся ли мы в итоге ответственными за все, что происходит в нашем мозге? Вряд ли можно прикрыться фразой типа: «Да, я убил его, но я не могу нести ответственность, поскольку не обратил на это внимания». Даже если иногда существуют какие-то легальные основания, позволяющие не считать человека ответственным за принятые решения, обычно мы отвечаем за все, что совершаем.

Приведенные мной в качестве примеров эксперименты и наблюдения относятся к вопросу свободы воли. Эта тема, как и тема сознания, обсуждается со времен Платона. Даже выражение «свобода воли» возникло еще в XIII столетии, но что же, в сущности, оно означает?

Словарь Мерриам — Уэбстер дает такое определение: «Свобода человека сделать выбор, который не предопределен предысторией или божественным вмешательством». Можно заметить, что определение это безнадежно тавтологично: «свобода — это свобода…» Оставив в стороне идею противопоставления свободы воли и божественного вмешательства, обнаруживаем в этом определении один важный элемент, заключающийся в том, что свободное решение не предопределено предшествующими событиями. Я вернусь к этому вопросу чуть ниже.

«Стэндфордская философская энциклопедия» утверждает, что свобода воли — это «способность разумного существа выбрать направление действий среди возможных альтернатив». В соответствии с этим определением обычный компьютер тоже обладает свободой воли, так что энциклопедия помогает нам еще меньше, чем словарь. От «Википедии» чуть больше пользы. Здесь дается такое определение: «Возможность человека делать выбор вне зависимости от определенных обстоятельств… Наличие ограничивающего обстоятельства есть детерминизм»[154]. Здесь опять дается круговое определение, но зато называется главный враг свободы воли — детерминизм. В этом смысле приведенное выше определение из словаря Мерриам — Уэбстер является аналогичным: свобода воли противопоставляется выбору, предопределенному предысторией.

Что же такое детерминизм? Если мы набираем на калькуляторе «2 + 2», он выдает результат «4», могу ли я сказать, что калькулятор выразил свободу воли и решил показать «4»? Вряд ли найдется человек, который воспримет это в качестве демонстрации свободы воли, поскольку «решение» предопределено входным сигналом и внутренними механизмами калькулятора. И если я совершу более сложные вычисления, мы по-прежнему скажем, что свободой воли калькулятор не обладает.

А как расценить ответы Ватсона на вопросы «Джеопарди!»? Хотя его рассуждения намного сложнее операций, производимых калькулятором, и в этом случае вряд ли найдутся люди, которые обнаружат в его ответах проявление свободы воли. Никто не знает досконально, как работает эта программа, но несколько исследователей сообща смогут описать все методы, определяющие функции Ватсона. Можно сказать, что решения Ватсона определяются следующими факторами: 1) всеми программами, участвующими в поиске ответа на конкретный вопрос; 2) самим вопросом; 3) состоянием внутренних параметров, определяющих выбор решения; 4) триллионами байт информации, включая энциклопедии. И на основании этих четырех категорий данных ответ Ватсона предопределен. Может быть, на один и тот же вопрос всегда будет выдан один и тот же ответ, однако Ватсон запрограммирован таким образом, чтобы учиться на собственном опыте, поэтому существует возможность, что в следующий раз ответ будет несколько иным. Однако это не противоречит нашему выводу, а скорее подразумевает расширение пункта 3, описывающего контролирующие параметры машины.

Так в чем же именно состоит различие между человеком и Ватсоном, объясняющее наличие свободы воли у человека и ее отсутствие у машины? Можно назвать несколько факторов. Даже с учетом того, что Ватсон лучше играет в «Джеопарди!», чем большинство людей, его строение все же гораздо проще строения человеческой новой коры. Ватсон действительно много знает и использует иерархические методы, но структура его иерархического мышления пока еще значительно проще, чем у человека. Заключается ли разница только в степени сложности иерархического мышления? Существуют доказательства, указывающие, что это действительно так. Когда мы говорили о сознании, я заметил, что для меня «смелый шаг» в том, что мне придется признать компьютер, прошедший тест Тьюринга, сознательным существом. Пока лучшие виртуальные собеседники не могут этого делать (но постоянно совершенствуются), так что для меня вопрос сознания связан с уровнем совершенства системы. Возможно, вопрос о свободе воли для меня решается так же.

Действительно, с философской точки зрения различие между человеческим мозгом и современными компьютерными программами заключается в наличии/отсутствии сознания. Мы считаем, что человеческий мозг обладает сознанием, тогда как компьютерные программы — нет (пока еще). Может быть, тот же самый фактор определяет наличие свободы воли?

Простой мысленный эксперимент подтверждает, что сознание в самом деле является важнейшей составляющей свободы воли. Рассмотрим ситуацию, когда кто-то совершает некое действие, не отдавая себе в этом отчета, то есть полностью за счет неосознанной активности мозга. Будет ли этот поступок проявлением свободы воли? Большинство людей на этот вопрос ответят отрицательно. Если это действие опасно для окружающих, мы, возможно, все же будем считать совершившего его человека ответственным за его поступок, но учтем предшествовавшие ему сознательные действия, такие как злоупотребление алкоголем, или просто отсутствие критического осмысления собственного поведения.

По мнению некоторых комментаторов, эксперименты Лайбета доказывали отсутствие свободы воли, поскольку продемонстрировали, что очень многие наши действия являются неосознанными. Многие философы сходятся в том, что осознанное принятие решений есть часть свободного волеизъявления, то есть одно из обязательных условий. Однако для многих наблюдателей сознание — необходимое, но не достаточное условие. Если наши решения — осознанные или неосознанные — предопределены уже до того, как мы их принимаем, как же можно заявлять, что мы принимаем их свободно? Такая позиция, в рамках которой свобода воли и детерминизм считаются несовместимыми, называется инкомпатибилизмом. Например, американский философ Карл Джайнет (род. в 1932 г.) считает, что, если события в прошлом, настоящем и будущем детерминированы, значит, мы не можем контролировать ни сами события, ни их последствия. Наши кажущиеся решения и действия — лишь часть этой предопределенной последовательности. И это означает, что свободы воли просто не существует.

Но не все считают, что концепции свободы воли и детерминизма несовместимы. В частности, сторонники позиции компатибилизма уверены, что мы свободны сделать выбор, даже если этот выбор предопределен или будет предопределен. Так, Дэниел Деннет утверждает, что, хотя будущее может быть детерминировано настоящим, мир настолько сложен, что мы не можем предвидеть, что нам принесет будущее. Мы способны идентифицировать некоторые «ожидания» и имеем свободу совершить действия, противоречащие этим ожиданиям. Следует соотносить наши решения и поступки с этими ожиданиями, а не с теоретически предопределенным будущим, которого нам знать не дано. Таким образом, в соответствии с идеями Деннета, свобода воли существует.

Газзанига также придерживается позиции компатибилизма: «Мы несем личную ответственность за наши действия, даже если живем в детерминированном мире»[155]. Циник может прокомментировать это так: вы не контролируете свои действия, но все равно будете чувствовать себя виноватым.

Некоторые мыслители считали идею свободы воли иллюзией. Шотландский философ Дэвид Юм (1711–1776) описывал ее как «вербальную» материю, характеризующуюся «ложным ощущением или кажущимся опытом»[156]. Немецкий философ Артур Шопенгауэр (1788–1860) писал: «Каждый a priori считает себя совершенно свободным, даже в своих отдельных поступках, и думает, будто он в любой момент может избрать другой жизненный путь, то есть сделаться другим. Но a posteriori, на опыте, он убеждается, к своему изумлению, что он не свободен, а подчинен необходимости, что, несмотря на все свои решения и размышления, он не изменяет своей деятельности и от начала до конца жизни должен проявлять один и тот же им самим не одобряемый характер, как бы играть до конца однажды принятую на себя роль»[157][158].

Я бы хотел кое-что добавить. Концепция свободы воли — и тесно связанная с ней идея об ответственности — очень полезна и, вообще говоря, жизненно важна для поддержания порядка в обществе, вне зависимости от того, существует на самом деле свобода воли или нет. Как и сознание, свобода воли существует в виде мемы (идеи). Попытки доказать ее существование или хотя бы дать ей определение могут оказаться безнадежной тавтологией, но в реальности практически все в эту идею верят. Очень важная часть понятий высшего иерархического порядка в нашей новой коре связана с идеей свободного выбора и ответственности за свои поступки. Вне зависимости от истинного философского смысла свободы воли и реальности ее существования без этого понятия наше общество было бы гораздо хуже.

Кроме того, мир не обязательно детерминирован. Выше мы говорили о двух точках зрения в квантовой механике, различающихся отношением квантового поля и наблюдателя. Популярная интерпретация, с точки зрения наблюдателя, объясняет роль сознания: частицы проявляют квантовые свойства только тогда, когда за ними наблюдает сознательное существо. Но в философии квантовых явлений есть еще один вопрос, который связывает нас с вопросом о свободе воли, а именно: детерминированы или случайны квантовые явления?

Чаще всего квантовые явления объясняют так: когда происходит «коллапс» волновой функции, описывающей частицу, частица приобретает специфическую локализацию. Если рассматривать большое множество таких событий, наблюдается предсказуемое распределение вероятностей расположения частиц (вот почему волновую функцию рассматривают как распределение вероятности), но распределение для каждой частицы при коллапсе волновой функции случайное. Другая интерпретация основана на детерминистической позиции: существует скрытая переменная, которую мы не можем определить отдельно, но значение которой определяет положение частицы. Итак, значение или фаза скрытой переменной в момент коллапса определяет положение частицы. Большинство специалистов в области квантовой физики, кажется, склоняются к идее о случайном распределении в поле вероятности, но уравнения квантовой механики позволяют предполагать существование подобной скрытой переменной.

Таким образом, мир, возможно, не является полностью детерминированным. В соответствии с вероятностной интерпретацией квантово-механических законов на самом нижнем уровне реальности существует бесконечный источник неопределенности. Однако эти рассуждения, возможно, не разрешают сомнения инкомпатибилистов. Верно, что при такой интерпретации квантовой механики мир недетерминирован, но наша идея о свободе воли подразумевает нечто большее, чем случайные решения и поступки. Большинство сторонников позиции инкомпатибилизма считают концепцию свободы воли несовместимой со случайным механизмом принятия решений. Они считают, что при наличии свободы воли принятие решений должно осуществляться целенаправленным путем.

Стивен Вольфрам предлагает путь разрешения этой дилеммы. В его книге «Наука нового типа» (A New Kind of Science; 2002) подробно излагается идея клеточных автоматов и их роль во всех аспектах нашей жизни. Клеточный автомат — это механизм, в котором значение информационных ячеек постоянно пересчитывается в зависимости от состояния соседних ячеек. Джон фон Нейман создал теоретическую самореплицирующуюся машину, названную универсальным конструктором, которая, возможно, была первым клеточным автоматом.

Вольфрам иллюстрирует свою идею на примере простейшего клеточного автомата — одномерной группы ячеек. В каждый момент времени каждая ячейка может быть либо черной, либо белой. В каждом цикле значение (цвет) всех ячеек пересчитывается. Значение ячейки в следующем цикле есть функция от ее текущего значения и значений двух соседних ячеек. Каждый клеточный автомат характеризуется правилом, определяющим механизм расчета значения ячейки в следующем цикле.

На рис. 49 в качестве примера представлено так называемое правило 222.

Восемь возможных комбинаций значений для ячейки и ее соседей слева и справа (верхний ряд) и рассчитанное новое значение (нижний ряд). Так, например, если ячейка черная и ее соседи тоже черные, в следующем поколении ячейка остается черной (самая левая клетка). Если ячейка белая, как и ячейка слева, а ячейка справа черная, в следующем поколении ячейка становится черной (вторая клетка справа).

В верхнем ряду изображено восемь возможных состояний ячейки и ее соседей слева и справа. В нижнем ряду представлено новое состояние ячейки. Таким образом, например, если ячейка черная, как и обе ее соседки, в следующем поколении она останется черной (первый рисунок слева). Если же ячейка белая, как и ее соседка слева, а ячейка справа черная, в следующем поколении она станет черной (второй рисунок справа).

Вселенная для такого простого клеточного автомата — лишь один ряд ячеек. Если мы начнем с ряда ячеек с единственной черной ячейкой в середине и проследим за эволюцией этой «вселенной» на протяжении множества поколений (каждый ряд, расположенный ниже предыдущего, соответствует следующему поколению), результат изменений в соответствии с правилом 222 будет выглядеть следующим образом.

Автомат подчиняется правилам, и эти правила диктуют, будет ячейка белой или черной в зависимости от восьми возможностей, существующих в данном поколении. Таким образом, всего существует 2⁸ = 256 возможных правил. Вольфрам перечислил все 256 вариантов и приписал каждому из них номер от 0 до 255.

Интересно, что все эти 256 теоретических машин сильно различаются своими свойствами. Автоматы, которые Вольфрам отнес к классу I, такие как номер 222, создают предсказуемые рисунки. Если бы вас спросили, какой будет центральная ячейка после триллиона триллионов итераций правила 222, вы, не задумываясь, ответили бы: черной.

Гораздо интереснее автоматы класса IV, проиллюстрированные на примере правила 110.

Множество поколений этого автомата будут выглядеть следующим образом.

Интересно, что поведение автоматов класса IV совершенно непредсказуемо. Эти результаты проходят самые строгие математические тесты на случайность распределения, но при этом создают не просто шум, а некие повторяющиеся рисунки. Только повторяются эти рисунки странным, непредсказуемым образом. Если нас спросят, каким будет значение определенной ячейки через триллион триллионов итераций, у нас нет иной возможности ответить на этот вопрос, кроме как запустить машину и провести все эти итерации. Безусловно, решение детерминировано, поскольку это очень простая модель, но оно абсолютно непредсказуемо.

Главный тезис Вольфрама, выдвинутый на основании этих экспериментов, заключается в том, что мир — это один большой клеточный автомат класса IV. Название книги «Наука нового типа» говорит о том, что его теория отличается от большинства других научных теорий. Мы можем определить положение спутника Земли через пять лет от сегодняшнего момента или через любой другой срок, не прибегая к симуляции его положения в каждый момент времени, а воспользовавшись соответствующими физическими законами. Но будущее состояние автоматов класса IV нельзя предсказать без симуляции всех этапов. Если Вселенная — это гигантский клеточный автомат, как считает Вольфрам, то на свете нет такого компьютера (любой компьютер будет соответствовать лишь части Вселенной), который мог бы осуществить такую симуляцию. И поэтому будущее состояние Вселенной совершенно непредсказуемо, хотя и детерминировано.

Таким образом, даже если наши решения детерминированы (поскольку наше тело и мозг являются частью детерминированной Вселенной), они при этом совершенно непредсказуемы, поскольку мы живем в автомате класса IV и являемся его частью. С точки зрения Вольфрама, это достаточное основание, чтобы признавать существование свободы воли.

Нам нет нужды обращаться к рассмотрению всей Вселенной, чтобы анализировать детерминированные, но непредсказуемые события. Ни один из ученых, работавших с Ватсоном, не смог предсказать его решения, поскольку его программа слишком сложна и вариабельна, а его возможности основаны на столь обширном объеме знаний, который не под силу одолеть ни одному человеку. Если мы допускаем наличие свободы воли у человека, следовательно, нам придется допустить ее наличие и у будущих версий Ватсона и аналогичных машин.

Лично я считаю, что люди обладают свободой воли, и поступаю в соответствии с этой моей позицией, однако мне не удается найти пример из собственной жизни, иллюстрирующий этот принцип. Например, решение написать эту книгу. Я ведь никогда такого решения не принимал. Сама идея книги заставила меня это сделать. Обычно меня захватывают идеи, которые как бы поселяются в моей новой коре и диктуют свои правила. А что насчет решения жениться, которое я принял (вместе с еще одним человеком) 36 лет назад? В то время я следовал обычной программе — найти и удержать привлекательную девушку. И тогда я влюбился. Где здесь свобода воли?

А что можно сказать о малозначащих решениях, принимаемых мной каждый день? Например, о выборе слов в книге, над которой сейчас работаю? Я начинаю с чистого виртуального листа. Никто не говорит мне, что я должен делать. Нет редактора, который заглядывал бы мне через плечо. Мой выбор полностью зависит от меня самого. Я свободен — полностью свободен — написать все, что я…

Понимаю…

Понимаю? Да, я сделал это — я наконец проявил свободу воли. Я собирался написать слово «захочу», но принял свободное решение и написал вместо этого что-то совершенно неожиданное. Возможно, мне впервые в жизни удалось реализовать свободу воли.

Впрочем, это не совсем так.

Думаю, понятно, что этот пример — не демонстрация моей свободы воли, а скорее попытка проиллюстрировать мой тезис (и проявить слабое чувство юмора).

Я разделяю точку зрения Декарта о том, что являюсь сознательным существом, но относительно свободы воли у меня меньше уверенности. Очень трудно уйти от вывода Шопенгауэра: «Ты можешь делать то, что ты хочешь; но в каждое данное мгновенье твоей жизни ты можешь хотеть лишь чего-то определенного и, безусловно, ничего иного, кроме этого одного»[159][160]. Я тем не менее буду продолжать действовать так, как будто у меня есть свобода воли, и стану верить в это, пока мне не придется объяснить почему.

Что меня лично интересует гораздо больше, чем наличие у меня сознания и свободы воли, это то почему мне принадлежит сознание и опыт именно такого человека, который пишет книги, любит пешие и велосипедные прогулки, принимает пищевые добавки и т. п. Очевидный ответ — потому что ты такой.

Это, вероятно, тавтология того же сорта, что и в определениях сознания и свободы воли. Однако в данном случае у меня есть более точный ответ на вопрос, почему мое сознание ассоциируется именно с этой определенной личностью: по той причине, что я сам себя таким сделал.

Знаете афоризм: «ты то, что ты ешь»? Еще правильнее будет сказать: «ты то, что ты думаешь». Как мы уже обсуждали, все иерархические структуры новой коры, определяющие мою личность, умения и знания, являются результатом моих собственных мыслей и опыта. Люди, с которыми я иду на контакт, идеи и проекты, к которым я подключаюсь, являются основными факторами, определяющими мое становление. В этом смысле выбор еды тоже отражает активность моей новой коры. Учитывая потенциальную возможность существования свободы воли, можно сказать, что я сам принимаю решение, каким стать.

Вне зависимости от того, как мы пришли к тому, что мы есть, каждый из нас желает сохранить свою индивидуальность. Если бы вы не хотели выжить, вы бы не читали сейчас эту книгу. Каждое существо преследует эту цель — это определяющий фактор эволюции. Хотя дать определение личности, возможно, еще труднее, чем сознанию и свободе воли, тема эта гораздо важнее. В итоге, если мы хотим продолжить свое существование, мы должны понимать, кто мы есть.

Проведем следующий мысленный эксперимент. Представим себе, что находимся в будущем, где существуют гораздо более совершенные технологии, чем сегодня. Когда вы спите, исследователи сканируют ваш мозг и отмечают все важные детали. Возможно, они делают это с помощью аппарата размером с клетку крови, которая перемещается по капиллярам вашего мозга, или посредством какой-то другой неинвазивной технологии, но они имеют всю информацию о вашем мозге в каждый конкретный момент времени. Они также регистрируют состояние тела, способное отражать состояние вашего разума, например активность эндокринной системы. Затем они устанавливают этот «файл» в небиологическое тело, которое выглядит и движется, как вы, и вполне способно выдать себя за вас. Утром вам сообщают о том, что было сделано, и показывают вам вашего «мозгового двойника» (возможно, так, что он вас не видит). Назовем его Вы-2. Вы-2 рассказывает о своей жизни так, как если бы это были вы. А также рассказывает, что сегодня утром он обнаружил, что его снабдили гораздо более надежным новым телом — версией 2.0. «Хм, мне это тело нравится!» — замечает ваш двойник.

Наш первый вопрос заключается в следующем: является ли Вы-2 сознательным существом? На вид он вполне сознателен. Он вполне может пройти тест, о котором я упоминал выше, как чувствующее и сознательное существо. Если вы обладаете сознанием, то Вы-2 тоже.

Таким образом, если вы вдруг исчезнете, никто этого не заметит. Вы-2 заявит всем, что он — это вы. Все ваши друзья и близкие будут рады за вас, поскольку вы теперь счастливый обладатель нового, более надежного тела и ментального субстрата, чем раньше. Возможно, ваши более склонные к философствованию друзья окажутся слегка обеспокоены, но в целом все останутся счастливы, включая вас самого (ну или, по крайней мере, того, кто выдает себя за вас).

Так что же, нам больше не нужно ваше старое тело и старый мозг, так? Можно их выбросить?

Думаю, вы с таким положением вещей не согласитесь. Я сказал, что сканирование производилось неинвазивным способом, так что вы живы и находитесь в сознании. Более того, ваше самосознание с вами, а не с Вы-2, даже если Вы-2 думает, что является вашим продолжением. А возможно, Вы-2 даже не знает, что вы существуете или когда-то существовали. Да и вы бы ничего не узнали, если бы вам не сказали.

Какой вывод? Вы-2 обладает сознанием, но это другое существо, другая личность. Он чрезвычайно похож на вас, больше, чем генетический клон, поскольку обладает теми же, что и вы, неокортикальными образами и контактами. Точнее сказать, обладал в момент создания. С этого момента каждый из вас пошел своим путем, и новая кора мозга каждого из вас — тоже. Вы все еще существуете. У вас другой опыт, нежели у Вы-2. Вывод такой: Вы-2 — это не вы.

Ну хорошо, пока все ясно. Теперь проведем другой мысленный эксперимент, я считаю, более реалистичный в плане возможного развития человечества. Вы подвергаетесь хирургической операции по замене очень маленького фрагмента мозга небиологическим материалом. Вы уверены, что процедура безопасна и принесет значительную пользу.

Это не такая уж фантастическая ситуация, поскольку данную процедуру уже сейчас рутинно используют для лечения людей с неврологическими и сенсорными нарушениями. Например, имплантаты нейронов при болезни Паркинсона или кохлеарные имплантаты при глухоте. В таких случаях внутрь тела вводят компьютеризированное устройство, которое располагается вне мозга, но связано с ним (в случае кохлеарных имплантатов — со слуховым нервом). Мне не кажется значимым с философской точки зрения, находится ли компьютер непосредственно внутри мозга или снаружи: с помощью компьютеризированного устройства мы эффективным образом усиливаем мозг и заменяем те его функции, которые больше не выполняются должным образом. В 2030-х гг., когда разумные компьютеризированные устройства будут иметь размеры клеток (замечу, что белые клетки крови достаточно разумны, чтобы обнаружить и уничтожить патогенов), мы станем вводить их в организм неинвазивными способами, без хирургических операций.

Возвратимся к нашему сценарию. Вам провели необходимую процедуру, и все прошло успешно — улучшились некоторые ваши функции (например, память). Но остались ли вы самим собой? Ваши друзья в этом абсолютно уверены. Вы тоже в этом уверены. Нет никаких достаточных оснований полагать, что вы вдруг стали другим человеком. Конечно, вы подверглись данной процедуре, чтобы что-то изменить, но вы по-прежнему тот же самый. Ваша личность не изменилась. Никакое чужое сознание не завладело вашим телом.

Хорошо, ободренный результатом, вы решаетесь на следующую процедуру, в этот раз на другом участке мозга. Результат такой же: ваши функции слегка выправлены, но вы — по-прежнему вы.

Думаю, вам понятно, к чему я клоню? Вы рассматриваете возможность новых процедур. Ваша вера в возможности медицины возрастает. И, наконец, приходит момент, когда вы полностью заменили весь свой мозг. Каждый раз процедура проводилась так тщательно, что сохранились все образы и контакты, содержащиеся в новой коре, так что вы не потеряли никаких личных качеств, навыков или воспоминаний. Никогда не существовало двух персон — вы и Вы-2. Всегда существовали только вы. Никто, включая вас самого, не заметил, что вы перестали существовать. Вот вы тут.

Какой вывод? Вы по-прежнему существуете. Никакой дилеммы нет, все в порядке.

Лишь одно замечание: в результате постепенных замен фрагментов мозга вы стали полностью эквивалентны Вы-2 из предыдущего мысленного эксперимента (назову его «сценарий сканирования и воспроизведения»). В результате сценария постепенных замен вы сохранили все образы и контакты новой коры, но только в небиологическом субстрате, что так же справедливо для Вы-2 из сценария сканирования и воспроизведения. В результате сценария постепенных замен вы получили некоторые дополнительные возможности и стали «здоровее», чем прежде. Но абсолютно то же самое произошло и в случае Вы-2 из сценария сканирования и воспроизведения.

Однако ранее мы пришли к выводу, что Вы-2 — это не вы. Но если вы в результате процесса постепенных замен полностью эквивалентны Вы-2, возникшему в результате сканирования и воспроизведения, то вы — это не вы.

Это, однако, противоречит только что сделанному выводу. Процесс постепенных замен состоит из множества стадий. Каждая стадия, казалось бы, не изменяет идентичности человека (по крайней мере, именно так мы рассуждаем сегодня в отношении пациента с болезнью Паркинсона, перенесшего процедуру имплантации нейрона).

Эта некая философская дилемма заставляет некоторых людей сделать вывод, что подобные сценарии замены никогда не реализуются (хотя они уже имеют место). Но поймите вот что: мы в процессе жизни самым естественным образом претерпеваем постепенные изменения. Большинство клеток нашего тела постоянно заменяются новыми (к примеру, пока вы читали последнее предложение, в вашем теле сменилось около 100 млн клеток). Клетки выстилки тонкой кишки сменяются примерно каждую неделю, как и клетки выстилки желудка. Продолжительность жизни различных клеток крови варьирует от нескольких дней до нескольких месяцев. Тромбоциты существуют примерно девять дней.

Нейроны — долгожители, но их органеллы и составляющие их молекулы заменяются примерно каждый месяц[164]. Время полужизни микротрубочек нейронов составляет около десяти минут, актиновые филаменты в дендритах существуют около 40 секунд, белки, обеспечивающие энергию синапсов, заменяются каждый час, а рецепторы НМДА (N-метил-D-аспарагиновой кислоты) в синапсах живут сравнительно долго — около пяти дней.

Таким образом, все наше тело обновляется каждые несколько месяцев, что вполне сопоставимо с описанным выше сценарием постепенных замен. Как вы думаете, вы тот же человек, что и несколько месяцев назад? Конечно, отличия есть. Возможно, вы узнали несколько новых вещей. Но вы воспринимаете себя той же личностью и вовсе не ощущаете, что постоянно расщепляетесь и восстанавливаетесь вновь.

Представьте себе реку. Вот, например, позади моего офиса протекает Чарльз Ривер. Когда я смотрю на нее сейчас, могу ли я сказать, что это та же река, что и день назад? Давайте сначала решим, что такое река. В словаре говорится, что река — это «большой естественный поток проточной воды». Если придерживаться этого определения, то сегодняшняя река отличается от вчерашней. Все молекулы воды в ней другие — этот процесс происходит очень быстро. Греческий философ Диоген Лаэртский писал в III в. н. э., что невозможно дважды войти в одну и ту же воду.

Однако обычно мы воспринимаем реку иначе. Люди любят смотреть на реку, поскольку она воспринимается как символ непрерывности и стабильности. С обывательской точки зрения, сегодня Чарльз Ривер та же, что и вчера. И наша жизнь практически не меняется. Мы — это не только материал, из которого сделаны наши тела и мозг. Частички вещества протекают через нас, как молекулы воды протекают по реке. Мы — слабо меняющийся образ, мы стабильны и непрерывны, даже если составляющий нас материал быстро обновляется.

Постепенное введение небиологических систем в наши тела и мозг будет еще одним примером этого непрерывного оборота составляющих нас элементов. Оно не повлияет на целостность личности больше, чем естественная замена клеток тела. Мы уже в значительной степени передали нашу историческую, интеллектуальную, социальную и персональную память различным устройствам и облаку. Устройства, с которыми мы общаемся для обращения к этой памяти, пока еще вне наших тел и мозга, но поскольку их размер все сокращается (примерно в 100 раз каждые 10 лет), они внедрятся и внутрь. И, честно говоря, это будет удобно — так мы их не потеряем. Но, если люди не захотят размещать внутри себя микроскопические устройства, это не страшно, поскольку возникнут другие пути доступа к всепроникающему разуму облака.

Однако вернемся к дилемме, о которой я говорил выше. После процесса постепенных замен вы становитесь эквивалентны Вы-2 из сценария со сканированием и воспроизведением, однако мы установили, что Вы-2 в том сценарии — это не вы. Что же это означает?

Это означает, что мы с вами нащупали свойство, которым обладают небиологические системы в отличие от биологических. Речь идет о возможности копирования, запоминания и воссоздания. Мы постоянно делаем это с различными устройствами. Когда у нас появляется новый смартфон, мы копируем в него все наши старые файлы, так что он во многом сохраняет особенности, навыки и память старого смартфона. Вероятно, у него есть новые возможности, но содержимое старого телефона по-прежнему с нами. Аналогичным образом, такие программы, как Ватсон, безусловно, запоминаются. Если вдруг завтра компьютер сломается, Ватсона легко будет восстановить из хранящихся в облаке файлов.

Такие возможности небиологических систем не реализуются в биологическом мире. Это достоинство, а не недостаток, и именно потому мы так стремимся продолжать загрузку всей нашей памяти в облако. Мы, безусловно, будем продолжать двигаться в этом направлении, поскольку небиологические системы перенимают у нашего биологического мозга все больше и больше способностей.

Я вижу такой путь разрешения проблемы: неправда, что Вы-2 — это не вы. Это вы. Просто теперь «вас» двое. Что не так плохо: если вы думаете о себе хорошо, то два хороших существа — это ведь еще лучше.

Я считаю, что мы действительно станем придерживаться сценария постепенных замен, пока большая часть нашего мыслительного процесса не начнет происходить в облаке. По вопросу о сохранении индивидуальности я считаю, что индивидуальность (личность) сохраняется через непрерывность хранящихся в нас информационных образов. Непрерывность не противоречит непрерывным изменениям, и если я сегодня чуть-чуть отличаюсь от того, каким я был вчера, я тем не менее сохраняю свою индивидуальность. Однако непрерывность образов, составляющих мою индивидуальность, не зависит от субстрата. Биологические субстраты прекрасны, они позволили нам продвинуться очень далеко. Но мы создаем еще более пригодные и надежные субстраты для очень хороших дел.