Черный ящик или черная дыра?

Сознание — непростой феномен. Уже потому, что не все ученые склонны считать его феноменом и, следовательно, «законным» объектом исследования.

Сознание - непростой феномен. Уже потому, что не все ученые склонны считать его феноменом и, следовательно, "законным" объектом исследования.

Сложности возникают также из-за того, что человеческое сознание сугубо индивидуально и уникально. Это вообще очень трудная ситуация для науки и научного метода познания. Как исследовать объект, который всякий раз ведет себя иначе? Как изучать явление, которое нельзя многократно воспроизводить в лабораторных условиях? Представим, что мы пытаемся изучать процесс, зависящий от такого большого количества параметров, что точное повторение их конкретного набора - задача непосильная. Тогда каждый новый эксперимент будет давать новые результаты!

Похожая ситуация складывается, когда изучаются редкие явления. В физике элементарных частиц известно много примеров, когда вероятность некоторого события столь ничтожна, что за время существования Вселенной оно произойдет, предположим, один или два раза. Как изучать подобные явления? Мало того что мы можем просто не узнать об их существовании, так мы и не сможем экспериментально воспроизвести их и толком разобраться в механизмах, лежащих в основе такого рода явлений. Трудное положение! Конечно же, ряд модельных теорий, в принципе допускающих такие явления, мы разработать сможем, но какова их ценность с точки зрения познания того, как все происходит на самом деле?

Здесь существует забавный парадокс, суть которого можно понять из шуточного примера. Предположим, используя метод "черного ящика", мы пытаемся понять, как устроен и функционирует прибор, который при нажатии на кнопку открывает гаражные ворота. После многочисленных опытов мы заключаем, что в "черном ящике" находится электрическое реле, включенное по схеме с самоблокировкой и управляющее электроприводом ворот. Исследование закончено! Мы познали логику работы, создали модель, начертили электрическую схему и можем даже воспроизвести изученное устройство. Очень хорошо. Но на самом деле провода от кнопки идут к звонку, который установлен в каморке сторожа. Когда звонок звонит, сторож начинает вертеть лебедку, трос которой привязан к воротам.

Другим впечатляющим примером исследования объекта, внутрь которого мы принципиально не можем заглянуть, является, конечно же, черная дыра. Все наши представления о процессах, происходящих внутри сферы Шварцшильда, базируются на некоторых моделях, адекватность которых мы пытаемся проверить косвенными методами - исследуя внешние проявления черной дыры, и даже не собственно дыры, а всего лишь материи, движущейся вблизи нее! Некоторые исследователи вообще скептически относятся к самой постановке задачи исследования процессов внутри черных дыр, полагая, что сами понятия "процесс" или "явления" становятся некорректными в отношении к сингулярностям.

Тем не менее, метод "черного ящика" широко применяется при изучении человеческого сознания. Другой подход базируется на конструировании моделей, поведение которых должно максимально воспроизводить внешние проявления разума (как мы их себе представляем).

Функциональный и принципиальный аспекты моделирования

Существует два основных аспекта моделирования сознания: функциональный и принципиальный.

Первый, как можно догадаться, связан с анализом функций сознания и включает в себя подзадачу их воспроизведения при помощи технических средств. Не будет преувеличением сказать, что практически все попытки воспроизвести мыслительную деятельность человека при помощи механических, электрических и электронных средств находятся "в сфере компетенции" этого аспекта. Именно благодаря интенсивным исследованиям в области функционального анализа сознания мы к сегодняшнему дню отчетливо видим разницу между интеллектом и собственно сознанием.

Второй аспект включает в себя исследования, направленные на создание математических моделей принципиальных с точки зрения философии черт сознания - его свойств отражения окружающих сущностей, самоопределения, целеполагания и морально-этических установок. Сюда же можно отнести исследования, целью которых является поиск математических объектов, адекватно отображающих свойства сознания. Эти исследования можно считать попытками построить абстрактную теорию сознания - теорию математических объектов, представляющих собой образы разнообразных сознаний, а не только человеческого. По существу, главный вопрос здесь - может ли быть сознание фундаментальным свойством некоторого класса математических объектов? Ясного ответа на этот вопрос пока нет.

Математика моделей сознания

Существование различных аспектов моделирования сознания оказывает влияние на выбор математического аппарата, используемого исследователями.

Большинство современных моделей интеллектуальной деятельности базируется на классических теориях алгоритмов и теории автоматов. Можно утверждать, что в практических разработках используется очень малая часть "теоретического багажа", накопленного в этих областях, что, вероятно, связано с неразвитостью междисциплинарных подходов в деле исследования сознания. Уровень фундаментальной математической подготовки даже инженеров, занимающихся реализацией конкретных проектов искусственного интеллекта, все-таки недостаточен, а специалисты-математики уделяют очень мало внимания этой проблематике. Видимо, здесь должен произойти некий эволюционный процесс "сращивания" дисциплин, аналогичный тому, который породил в свое время такую отрасль математики, как математическая физика, давшая ряд глубоких результатов, относящихся к теории уравнений в частных производных. Так или иначе, но столь же глубокой дисциплины, которую можно было бы назвать математической психологией, пока нет.

Тем не менее, на сегодняшний день мы имеем исключительно интересные результаты, касающиеся математического моделирования сознательной деятельности и психологии. В частности, существует множество работ, посвященных математике искусственных нейронных сетей и моделей принятия решений на основе нейросетевого подхода. Получены важные результаты в области динамики обучения нейронных сетей и проблем анализа их состояний. В настоящее время внимание исследователей привлекают некоторые специальные классы нейронных сетей - так называемые нечеткие сети, сети с забыванием, нелинейные аналоговые сети. Теоретически исследуются квантовые аналоги нейронных сетей.

В моделях процессов смыслообразования издавна применяется теория функций комплексного переменного. Особенно распространен подход, основанный на использовании специальных видов отображений в многомерном пространстве комплексных чисел. Этот же аппарат находит применение для моделей одного из главных свойств сознания - отражения окружающего.

Очень плодотворно используются топологические подходы к моделированию процессов индивидуального сознания и психологии коллективов. Базовые представления о том, что процессы мышления происходят не в физическом трехмерном пространстве, но в абстрактном многомерном пространстве состояний мозга, дали "богатый улов". Стоит упомянуть работы В. Ю. Крылова¹ о моделировании субъективных семантических пространств, а также работы А. Ю. Хренникова².

В 1996 году А. Хренников предложил подход, основанный на использовании положений адических топологий для представления процессов мышления. В частности, он обосновал целесообразность использования р-адических чисел для моделирования структуры суждений.

Математические модели мышления, основанные на принципах хаотической динамики, позволили А. Хренникову и его коллегам нетривиально подойти к вопросу о сущности такого понятия, как сформулированная мысль. С их позиций мышление представляет собой типичный хаотический процесс в фазовом пространстве состояний сознания с аттракторами. Фазовые траектории, "притянутые" аттракторами, становятся осознанными мыслями. Переходные процессы нами осознанно не воспринимаются, поэтому мы их относим к сфере подсознания.

Более утонченные методы - с точки зрения применяемой математики и глубины абстракций - используют исследователи, принявшие гипотезу о неклассической (квантовой) природе сознания.

Разумеется, здесь не идет речь о том, что функционирование человеческого мозга, как носителя сознания, происходит на принципах квантового компьютера. Главным образом, тут используются представления о наличии некоторой функции состояния сознания, которая имеет много общего с функцией состояния квантовых объектов в физике. Модель сознания, основанная на представлениях о спектре его состояний, дает возможность увидеть, что все проявления функционирующего сознания не жестко заложены в нем, а проявляются только в момент взаимодействия с окружающим. Иными словами, мы видим здесь процесс, аналогичный редукции волновой функции микрочастицы к некоторому состоянию в момент измерения или взаимодействия.

Надо отметить, что математическое описание сознания как квантового объекта сопряжено с рядом трудностей. Дело в том, что "обычная" квантовая механика имеет дело со статистическими характеристиками исследуемых объектов. В ней отсутствует аппарат, позволяющий адекватно описывать единичные квантовые объекты. Даже решив уравнение состояния, мы не можем однозначно сказать, как себя поведет в данном эксперименте квантовый объект. Аналогичная ситуация возникает и в случае квантовой модели сознания. Имея функцию состояния сознания и модель его взаимодействия с окружающим, мы, тем не менее, лишены возможности путем вычисления точно определить реакцию (поведение) сознания в той или иной ситуации. Что это - недостаток модели или же фундаментальное свойство сознания как элемента Реальности? Сходная ситуация имела место на заре квантовой физики. Вспомним жаркие споры о том, является ли вероятностное описание микрочастиц следствием нашего незнания каких-то "скрытых" параметров или же оно представляет собой фундаментальное свойство нашего Мира?

При создании моделей коллективных взаимодействий сознаний часто используется математический аппарат, первоначально предложенный Л. Д. Ландау и Ф. Блохом для описания так называемых смешанных состояний квантовых систем. В этом случае отдельным сознаниям, входящим в ансамбль, не могут быть поставлены в соответствие индивидуальные функции состояния.

Модель сознания как модель интеллекта с обратной связью

Один из подходов к моделированию функционирующего сознания берет начало из теории автоматического регулирования. Основной его постулат заключается в том, что сознание рассматривается как свойство системы автоматического управления, в которой объектом управления является поведение самой системы.

Напомним, что "классическая" система автоматического управления включает в себя объект управления, датчики, автомат управления, реализующий некоторый закон управления, и исполнительные органы, воздействующие на объект управления. Сегодня автомат управления - это чаще всего компьютер, рассчитывающий управляющее воздействие по некоторой программе. В современных сложных адаптивных контурах управления применяются изощренные алгоритмы выработки управляющих воздействий, которые давно и уже привычно носят название интеллектуальных. Собственно, так оно и есть, ведь в понятие искусственного интеллекта входит "умение" находить решение поставленной задачи - например, наиболее эффективно управлять поведением объекта управления.

Проще говоря, система управления, выполняя свои функции, может проявлять все признаки присутствия интеллекта, но не может "похвастаться" тем, что она осознает себя. В ней отсутствуют механизмы, ответственные за выделение себя из объектов окружающего мира. Именно в качестве такого механизма и предполагался контур измерения, оценки и коррекции собственных параметров.

Попытка решить задачу моделирования сознания "в лоб" - путем введения внутреннего контура обратной связи и дополнительных алгоритмов управления параметрами основного автомата - позволила яснее увидеть главную проблему этого подхода: каждый дополнительный контур управления для реализации основного постулата моделирования (см. выше) нуждается в следующем "вложенном" в него контуре, обеспечивающем управление им, и так до бесконечности… Впрочем, сторонники этого подхода утверждают, что так и должно быть, а получающаяся иерархическая структура управляющих контуров отражает действительную структуру любого сознания.

Итак...

Что такое сознание, мы по-прежнему не знаем. Мы не можем предложить ни одной методики проверки наличия сознания у некоторой материальной системы. У нас нет ни одной экспериментальной модели сознания, но есть огромное количество научных статей о том, как эти модели можно было бы создать. Позиция оптимиста: мы находимся в самом начале пути, сулящем удивительные открытия.

Не будет преувеличением считать, что от результатов научного поиска разгадки феномена сознания зависит не только мировоззрение Человечества, но и его будущее, его судьба.

1 Доктор психологических наук, профессор. Заведующий лабораторией математической психологии Института психологии РАН. Монография "Психология и синергетика" (соавт. С. П. Курдюмов, Г. Г. Малинецкий, препринт №41 Института прикладной математики им. М.В.Келдыша, 1990).
2 Khrennikov A. Yu. Non-Archimedean Analysis: Quantum Paradox, Dynamical Systems, Biological Models. Kluwer Academics, 1997. Khrennikov A. Yu. Human unconsciousness as a p-adic dynamics system//Journal of Theoretical Biology. 1998. V. 37.