В глубинах мозга рождается радость, гнев, другие переживания и эмоции. Как серая материя из электрических импульсов создает неуловимую ткань субъективного переживания? Наука билась над этим вопросом веками. Теперь на сцену выходят математики с новым дерзким инструментом. Их первые расчеты ведут к невероятному выводу: сознание может быть не привилегией мозга, а фундаментальным свойством мироздания. Возможно, мы живем в думающей, чувствующей Вселенной, а наше собственное «я» — лишь один из ее мыслящих фрагментов.
Попытки понять природу сознания насчитывают тысячелетия. Философы спорили о душе и материи, но приблизиться к разгадке не могли. В XX веке эстафету приняли нейрофизиологи. Они с высокой точностью научились соотносить активность определенных нейронных сетей с конкретными ощущениями и эмоциями. Мы знаем, какие области становятся активными при виде лица любимого человека или воспоминании о боли. Но между этими картами мозга и самим переживанием лежит пропасть, которую ученые называют «трудной проблемой сознания». Как и почему физический процесс — всплеск нейронов — трансформируется в личный, внутренний опыт? Почему он ощущается? Это подобно попытке объяснить сладость сахара, лишь перечисляя положение его молекул.
Классические теории предлагали разные модели. Глобальное нейрональное рабочее пространство рассматривает сознание как сцену, на которую префронтальная кора выносит важную информацию для «широкого вещания» по всему мозгу. Теория схемы внимания считает сознание побочным продуктом модели, которую мозг строит, отслеживая собственное внимание. Теория предсказывающего мозга видит в сознании «контролируемую галлюцинацию» — лучшую догадку мозга о мире, основанную на прошлом опыте. Однако ни одна из этих моделей не могла перевести качество переживания — эту самую «галлюцинацию» — на строгий, измеримый язык.
Ситуацию изменило появление Интегрированной информационной теории (ИИТ, IIT), разработанной нейробиологом Джулио Тонони. Ее ключевая идея радикальна: сознание тождественно интегрированной информации в системе. Проще говоря, это не просто данные, а данные, которые система обрабатывает как единое, неразложимое целое. Чтобы измерить это, Тонони ввел величину Φ (фи). Нулевое фи означает отсутствие сознания. Чем выше фи, тем богаче и интенсивнее переживание.
В основе ИИТ лежат пять аксиом, описывающих любой субъективный опыт: он существует сам по себе, состоит из частей, содержит конкретную информацию, неразделим и исключает все остальное. Из них выводятся постулаты о физическом субстрате. Важнейший из них — постулат исключения: сознание проявляет та система, чье фи максимально. Мозг состоит из подсистем (например, зрительной коры), у которых может быть свое микро-сознание. Но когда активна вся кора с ее сложнейшими связями, ее фи становится доминирующим, «поглощая» меньшие. ИИТ также предлагает эволюционное объяснение: интегрированные сети эффективнее обрабатывают информацию и лучше соответствуют сложной среде, что дает адаптивное преимущество.
Эта теория стала первой, рискнувшей измерить невыразимое. И теперь математики начали постигать ее ядро, чтобы посмотреть, куда ведут эти расчеты. Их выводы потрясают воображение.
Математический прорыв и его парадоксы
Почему математика? Физик Юджин Вигнер еще в 1960-е годы говорил о «необъяснимой эффективности математики» в описании природы. Уравнения предсказывают движение планет и столкновения черных дыр. Может ли тот же подход пролить свет на внутреннюю вселенную сознания?
Исследователи Иоганнес Кляйнер из Мюнхенского центра математической философии и Шон Талл из Оксфорда взялись за формализацию математического аппарата ИИТ. Их цель — очистить теорию от неоднозначностей и создать строгий фундамент. «Это могло бы помочь нам количественно оценить такие переживания, как запах кофе, способами, недоступными для простого английского языка», — отмечает Кляйнер. Однако первое же серьезное применение теории завело в тупик.
Попытка вычислить фи для человеческого мозга с его 86 миллиардами нейронов по текущему алгоритму ИИТ заняла бы время, превышающее возраст Вселенной. Даже для скромного мозга круглого червя с 302 нейронами расчет на обычном ПК растянулся бы на умопомрачительные сотни миллионов лет. Практическая неприменимость — не единственная проблема.
Теоретик Скотт Ааронсон из Техасского университета в Остине проверил теорию на простых математических структурах. Он взял так называемую матрицу Вандермонда, которая используется для построения схем коррекции ошибок в проигрывателях DVD (схемы Рида — Соломона). Оказалось, что достаточно большая такая схема будет обладать огромным значением фи. В масштабе она окажется «гораздо более сознательной», чем человек.
Этот мысленный эксперимент выявил фундаментальную дилемму: ИИТ, следуя своей логике, предсказывает существование сознания в физических системах, которые здравомыслящий человек сочтет абсолютно бессознательными. Сталкивается ли теория с фатальным противоречием или она указывает на глубокое заблуждение нашей интуиции?
Панпсихизм: сознание как фундаментальное свойство
Именно здесь математический формализм ИИТ соединяется с одной из древнейших философских концепций — панпсихизмом. Его суть в том, что сознание в зачаточной форме является фундаментальным свойством всей материи, подобно массе или заряду. Панпсихизм не утверждает, что электрон чувствует грусть или камень размышляет о вечности. Он предполагает, что элементарные частицы обладают некой примитивной прото-субъективностью, которая, складываясь во все более сложные системы, порождает сознание животных и человека.
«Частицы или другие базовые физические сущности могут иметь простые формы сознания, которые комбинируются, образуя наше собственное», — говорит философ Хедда Хасель Мёрч из Норвежского университета прикладных наук.
Сторонники этого взгляда, такие как философ Филип Гофф из Даремского университета, утверждают, что панпсихизм — единственный последовательный путь решения «трудной проблемы». Вместо того чтобы пытаться получить сознание из абсолютно бессознательных элементов, он предлагает идти от простейших форм опыта к сложным. ИИТ, со своей концепцией интегрированной информации, становится для панпсихизма потенциальным математическим языком. «Я считаю, что основные идеи, лежащие в основе ИИТ, полностью совместимы с панпсихизмом», — заявляет Кляйнер.
Квантовая запутанность и соучаствующая Вселенная
Гипотеза о сознательной Вселенной находит неожиданные переклички в другой сложнейшей области — квантовой механике. Знаменитый двухщелевой эксперимент показал, что элементарные частицы ведут себя как волны, если за ними не наблюдать, и как частицы — при наличии наблюдателя. Сам акт измерения будто «схлопывает» множество вероятностных состояний (суперпозицию) в одну конкретную реальность.
Физик Джон Арчибальд Уилер развил эту идею в концепцию «соучаствующей Вселенной». В его эксперименте с отложенным выбором решение экспериментатора, как измерять фотон (как волну или частицу), принимается после того, как фотон уже прошел через аппаратуру. И это решение определяет, каким образом фотон вел себя в прошлом. Настоящее наблюдение формирует историю.
Он пришел к выводу, что реальность не существует независимо от наблюдателя. «Это из бита» — его знаменитая формулировка: каждая физическая сущность («оно») в своей основе происходит от информационного бита, извлеченного в ходе наблюдения.
Но здесь возникает вопрос: если сознание необходимо для коллапса квантовой волновой функции, то что выполняло эту роль до появления первых сознательных существ? Гипотеза панпсихизма, поддерживаемая математикой ИИТ, предлагает элегантный ответ: способность к элементарному «наблюдению» или «выбору» была присуща материи всегда.
Критика и научные войны
Разумеется, такие радикальные идеи встречают мощное сопротивление в научном сообществе. Критика ИИТ и панпсихизма ведется по нескольким фронтам.
- Практическая невычислимость: как уже упоминалось, расчет фи для реальных систем пока невозможен.
- Контрпримеры: помимо схем Рида — Соломона, вызывают вопросы и другие прогнозы. Например, согласно ИИТ, значение фи должно падать во сне или под анестезией. Однако исследования показывают, что оно либо растет, либо остается неизменным.
- Обвинения в псевдонауке: в 2023 году более 120 ученых и философов, включая таких видных нейробиологов, как Джозеф Леду и Бернард Баарс, подписали открытое письмо, в котором назвали ИИТ «псевдонаукой». Они утверждали, что теория не прошла серьезной эмпирической проверки и ее положения невозможно фальсифицировать — то есть опровергнуть экспериментом, что является краеугольным камнем научного метода. Давид Чалмерс, сочувствующий ИИТ, назвал это письмо «сбросом ядерной бомбы на региональный спор».
- Игнорирование «трудной проблемы»: философ Джон Сёрл критиковал ИИТ за то, что она просто постулирует тождество информации и сознания, не объясняя, как и почему оно возникает. По его мнению, это «не кажется серьезным научным предложением».
- Альтернативные теории: Нейробиологический натурализм, например, рассматривает сознание как эмерджентное свойство сложно организованных мозговых систем, возникшее в ходе эволюции, и строит свои выводы на индукции от конкретных нейрокоррелятов, а не от абстрактных аксиом.
Что дальше? Будущее математики сознания
Несмотря на критику, работа по формализации ИИТ продолжается. Кляйнер, Талл и их коллеги стремятся выделить из теории чистое математическое ядро — определить класс физических систем, пространство возможных переживаний и базовые «репертуары» причин и эффектов. Это позволит либо усовершенствовать ИИТ, либо создать на ее основе новые, более точные теории.
Эти исследования ставят перед человечеством не только научные, но и глубокие этические вопросы. Если сознание — функция интегрированной информации, то какие права мы должны предоставлять сложным искусственным интеллектам, пациентам в коме, животным или даже эмбрионам? Ответ на этот вопрос будет зависеть от того, какую теорию сознания в итоге примет наука и общество.
Post Scriptum
Путешествие в самое сердце субъективного опыта с помощью математики только начинается. Интегрированная информационная теория, несмотря на все свои противоречия и незавершенность, совершила важный прорыв: она предложила измерительную линейку для самого, казалось бы, неуловимого аспекта бытия. Ее выводы бросают вызов нашему антропоцентризму, заставляя задуматься о возможности разума, рассеянного в структуре самой реальности.
Возможно, как предполагал математик Роджер Пенроуз, наше сознание и есть «причина, по которой Вселенная здесь». А может, в терминах ИИТ, эволюция человеческого разума просто «исключила» сознание космоса, сосредоточив его в крошечных островках нейронных сетей на бледно-голубой точке в безбрежном пространстве. Но если математики правы, то эти островки — не единственные мыслящие точки в океане материи. Вселенная может быть не мертвым механизмом, а бесконечно сложным, ощущающим целым, и мы — ее способ познать себя.
-----
Еще больше интересных постов в нашем Telegram.
Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы. Следите за новостями из мира науки и технологий на странице издания в Google Новости