Страница 107 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен

Синтез информации (как принцип) есть причина и основа того, что “верёвочный компьютер” мозга во многих задачах работает эффективнее, чем в миллиарды раз более быстродействующие, с большим числом “нейронов” ДА, НЕТ, ИЛИ рукотворные компьютеры. Из изложенного выше понятно, что синтез информации в мозге (как главный способ обработки в нём внешних и внутренних сигналов) есть сопоставление несопоставимого. В терминах причинно-следственных связей физических и химических законов между реальной вишней и её образом как продуктом работы мозга нет ничего общего.

Приведу примеры связей метаболизма и синтеза информации в нервных системах (объёмом порядка одного-двух кубических миллиметров при всего сотнях нейронов), создающих вызов инженерам, разрабатывающим компьютеры или системы управления ракет.

Рис. 9.2.

Давно известен язык танцев пчёл [150]. Пчела, которая принесла корм в улей, выполняет на его вертикальной стенке сложные повторяющиеся движения, некоторые фигуры которых показаны в верхней линейке на рис. 9.2. Основной символ языка танцев – “восьмёрка” как траектория ползания пчелы. Перемычка в ней сопровождается виляющими движениями брюшка. Угол с вертикалью перемычки зависит от направления полёта к корму относительно солнца (рис. 9.2). Подробности об этом я рассказал в [14]. Язык танцев пчёл ещё в середине ХХ века был расшифрован вплоть до составления словаря и способности человека понимать разговоры пчёл. В последние годы с помощью механического приспособления, воспроизводящего символы танцев, удалось осуществить обратное [151]. Человек может сказать пчёлам на их языке – куда лететь за кормом и какое расстояние до него. Понятия – слова, язык, разговоры – по отношению к языку танцев пчёл больше не требуют кавычек. Они соответствуют своим значениям в любом человеческом языке. Поясню происхождение языка пчёл как следствия основного принципа рис. 9.1 обработки сигналов органов чувств, связывающего их с метаболизмом организма.

Пчёлы имеют фасеточный глаз. Он воспринимает не только ориентацию относительно солнца, но и поляризацию излучения неба, зависящую от положения на нём солнца, то есть способен ориентироваться по солнцу и тогда, когда оно не видно. Полёт энергоёмок, поэтому метаболизм отвечает на него сильными изменениями, которые неизбежно становятся сигналами расстояний. Пчёлы дополнительно к полёту могут передвигаться на шести ногах.

Однако при трахеистом дыхании производство энергии у пчёл ограничено. Этим жёстким условием ограничены размеры их тела и объём нервной системы. Неизбежно запоминание тех случайностей, которые для управления обоими типами движений используют хотя бы частично одни и те же элементы и связи в нервной системе. Эта “негативная” случайная связь приводит к языку пчёл, так как по естественным, но случайным, причинам перевозбуждение системы управления движением при полёте не может мгновенно прекратиться. Когда пчела вернулась в улей и может только ползать, её система передвижения на шести ногах продолжает получать сигналы, которые действовали в полёте.

Систему управления полётом и ползанием пчёл создали случайности. Она несовершенна, избыточна по связям, гротескна по их взаимным пересечениям. Одно из таких уродств – самопроизвольные врождённые бесцельные движения никогда не вылетавших из улья пчёл типа тех, которые входят в символы их языка.

В полёте работала система ориентации и измерения дальности. Запомненные в процессе полёта связи в ней остались. Они в случайных формах, ограниченных условиями анатомии и функционирования данной нервной системы, действуют и непосредственно после полёта (при ползании). Что-либо целенаправленное они создать не могут – нет понятия цели в живых системах. Не могут они действовать и на ключевые для выживания энергоёмкие процессы – там и так всё слишком напряжённо в случайных нагромождениях. При ничтожном объёме организма и нервной системы пчелы – отбор забракует избыточность. Но при неэнергоёмком ползании в безопасных условиях улья у пчелы уже существуют избыточные комплексы движений, запретить которые у отбора нет причин. Возникает высокая вероятность того, что случайность бесцельно свяжет эти движения с запомненными в полёте ориентационными состояниями и процессами. Это материальная связь в терминах нейронов и их метаболизма. В силу этого она может быть обратимой между состояниями полёта и ползания.

Подражание – важнейший принцип, запомненный отбором в разных формах во всех нервных системах. Ползание других пчёл, находящихся в улье, которое повторяет движения прилетевших пчёл, есть высоковероятный процесс. Ползание динамически устанавливает в нервной системе подражающей пчелы в улье те самые связи, которые установились у другой пчелы в процессе полёта к месту кормёжки. Нервная система такой “обученной” пчелы после вылета из улья переключается на управление полётом. Но в ней ползание уже создало те самые однозначные связи, которые необходимы для осуществления полёта по конкретному маршруту.

Вездеход-амфибия может управляться и двигаться на колёсах по земле и с помощью гребного винта в воде. Для того, чтобы переключать его движетели и управление, нужны заранее спроектированные изделия в нём и способы управления ими. Иная ситуация в связях движения или полёта и нервной системы пчелы. Нервная система знает один вид своих состояний – экстремумы энтропии-информации и её производства. В равной степени эти экстремумы управляют и полётом, и ползанием. Они синтезированы и запомнены. Нервная система у пчелы мала (всего ~ 500 нейронов). Переключение в таких условиях должно происходить (с небольшими оговорками) на уровне выходных аксонов, идущих к мышцам ног или крыльев. Экстремумы (в отличие от рычагов и шестерёнок машины-амфибии) универсальны. Принципы основной для нервных систем схемы рис. 9.1 есть причина простоты и высокой вероятности реализации у пчёл переключений управления полётом и ползанием.

Язык пчёл возник на основе случайностей, условий, избыточности. Повышение выживаемости улья в целом за его счёт огромно. Выживание выживающих запоминает это мгновенно, используя даже единичную удачную случайность. В любом языке (вплоть до человеческого и его формы – математики) обязательно присутствуют те же элементы случайностей, условий, избыточности, запоминания, что и в языке пчёл. Язык пчёл количественно, а не принципиально, отличается от человеческого языка.

Принципы образования и действия языков делают их возможности и результаты, казалось бы, фантастическими при самых простейших их формах. Несомненно, что развитый язык такого же уровня, как у пчёл, есть у муравьёв. Его исследования проводились в Новосибирске [152].

В частности, муравьев заставляли искать пищу, расположенную на одной из палочек, образующих простую гребёнку. Впервые попавший на неё муравей в процессе случайного исследовательского поведения обследует подряд все палочки пока не обнаруживает ту, где находилась пища. Тщательными контрольными экспериментами (подмена гребёнок как объектов и пр.) было проверено, что для муравья адрес ответвления на гребёнке есть его порядковый номер от начала движения.

Набрав пищу муравей возвращался в муравейник. При встречах на обратном пути с сородичами (а муравьи движутся по запомненным постоянным маршрутам) он контактирует с ними движениями усиков и в других не вполне понятных формах. В результате встречный муравей не повторяет на гребёнке поисковых движений предшественника, а сразу направляется к нужному по счёту зубцу.

Муравьи умеют считать? Они имеют язык для передачи цифр?

Ответ парадоксально прост. Да, муравьи умеют считать, так как основа человеческого счёта те же самые абстракции, что и у муравья – экстремумы энтропии-информации и ей производства для состояний и связей нейронов. Да, муравьи имеют язык для передачи цифр, так как контакт муравьев приводит к движению муравья, обученного с помощью разговора со встречным, точно к ответвлению, заданному числом. Муравьи умеют складывать и вычитать, так как исследовательское поведение на гребёнке без этого адрес-число дать не может.

Отличие в одном. Счёт человека завершается двигательными командами для речи, написания чисел и подобного, не связанного однозначно с пищей и другими функциями прямого выживания. У муравьев конечный результат счёта есть такие же двигательные (в конечном счёте) реакции. Но они напрямую связаны с выживанием выживающих.

Не абстракция отличает арифметику человека от арифметики муравьёв – экстремумы энтропии-информации всегда абстрактны. “Нервная система” одноклеточного эукариота уже есть создание абстракций. Нервные импульсы и нейромедиаторы в равной степени могут управлять мышцами и последующими иерархическими схемами рис. 9.1. Отличие пчелы или муравья от человека в том, что у человека язык отражает самостоятельный новый уровень иерархии синтеза информации в виде структур мозга (последовательно-параллельных схем типа рис. 9.1), которые неявно связаны с прямыми функциями выживания. Язык муравьёв и пчёл отражает синтез информации на основе принципа максимума производства энтропии-информации, каковым является появление в филогенезе двойной сигнальной системы. Язык человека отличается от него тем, что иерархия синтеза информации о двойной сигнальной системе у человека получила старшие ступени, а также запомнила количественные и качественные изменения, которые создала самоорганизация как стремление к динамическим и статическим равновесиям в пределах новых плоскостей синтеза информации.

Язык пчёл замечен и расшифрован человеком только потому, что его алфавит и слова выражаются символами рис. 9.2, которые могут восприниматься непосредственно органами зрения человека. Муравьям особенности органов чувств человека безразличны. В алфавит и словарь их языка, наиболее вероятно, входят продукты метаболизма, а также передача электрических импульсов при контактах усиков в процессе разговора. Прямых химических и электрических органов чувств на таком уровне человек не имеет. Расшифровка алфавита, словаря и правил языка муравьев поэтому становится изощрённой и трудоёмкой физико-химической работой. Но не более того.

У пчёл символы являются движениями при ползании. Их можно прочесть и ввести информацию в нервную систему, повторив ползание. У муравьев слова образуются пока не идентифицированными и не исследованными веществами и электрическими импульсами, воздействующими на нервную систему почти непосредственно. Язык муравьев в большей степени является языком, чем у пчёл.

Двигательные переключения, энергетика метаболизма участвуют при формировании в нервной системе муравьев понятия номера ответвления на гребёнке. Разговор двух муравьёв сводится в конечном итоге к перераспределению нейромедиаторов и экстремумов в системах управления движением обучаемого собеседника. Но понимания слов путём только повторения движений, как у пчёл, у муравьев в прямом виде нет. Символы языка муравьёв содержат больше аналогий с аппаратом человеческой речи, чем язык пчёл. Для муравьёв сами медиаторы входят в символы языка. Для пчёл – преимущественно движения, вызванные ими.

Единый принцип организации и работы нервных систем и мозга есть сопоставление несопоставимого с помощью экстремумов энтропии-информации и её производства для состояний и связей нейронов. Количество уровней иерархии (членов ряда (1.25) или (1.29)) в этом разные для разных видов жизни. Чем больше число уровней иерархии синтеза информации в анатомии и метаболизме вида жизни, тем, как правило, больше уровней иерархии в работе его нервной системы. В частности, и потому, что сама нервная система как орган растёт иерархически в соответствии с иерархией эволюции таксономических градаций жизни.

Мозг человека анатомически и функционально возник на основе критериев запоминания рис. 1.2, 1.4. Избыточность энергетики метаболизма разрешает отбор, направленный в сторону роста организмов. Возникает, наряду с тупиком роста объёма организмов насекомых, ветвь крупных животных. У них избыточность энергетики позволяет случайностям превращать в самостоятельные органы то, что в филогенетическом развитии у насекомых остановилось из-за ограничений объёма тела.

Результаты “арифметики муравьёв” и арифметики человека однородно выражаются двигательными командами, перераспределениями нейромедиаторов, нейропептидов, гормонов – реакциями метаболизма. Разница – в длине и однозначности цепочек, связывающих метаболизм и выживание с арифметикой.

В силу принципа максимума производства энтропии-информации для нервных систем и мозга иерархичность естественна, самопроизвольна. Большой по объёму мозг может количественно достичь больших результатов для выживания выживающих. У насекомых реализован тупик единой, но тем не менее двойной по принципам работы, сигнальной системы. У животных нервные системы содержат отделы в мозге с миллионами и миллиардами нейронов. Она превращается у них во многие последовательные иерархические ступени синтеза информации о мозге как анатомическом образовании. Главное в этом – случайность, а потому количества нейронов возрастают непропорционально сильно по сравнению с классами улучшений “потребительских” возможностей мозга. В частности, человека отличает гипертрофированно большое выражение старшей ступени иерархии в нервных системах. Его называют корой головного мозга, ассоциативной корой и другими равнозначными терминами.

Существует она или нет, велика или мала она у данного вида жизни есть количественное отличие. Но оно создаёт новые качественные возможности. Сопоставление несопоставимого – ассоциации – первичное свойство нервных систем. Увеличение объёма нервной системы и возникновение коры головного мозга увеличивает возможности и результаты ассоциаций. Оно на старшем уровне иерархии повторно вводит в работу нервных систем сопоставление несопоставимого.

Условные рефлексы есть только частный результат ассоциативных связей в нервных системах и мозге. Они невозможны для мозга в тождественной форме простейших инженерных автоматов. В таком виде напрямую они, может быть, и существуют у одноклеточных организмов, да и то с оговорками.

Во многих наблюдениях (от насекомых до высших животных) результат может быть описан в терминах последовательности “условных рефлексов”. Однако, если бы условные рефлексы (как законы логики и булевой алгебры) были бы первичны для нервных систем и мозга, то результат содержал бы в себе подобие современным компьютерам. И дело даже не в том, что им необходимо программирование, а живым системам его взять неоткуда. Просто при таких принципах работы нервных систем их объём и быстродействие были бы на много порядков величины меньше тех, которые необходимы для получения при размерах слона результатов муравьёв и пчёл – для логики элементы мозга несовершенны.

Телевидение сделало соучастниками экспериментов в биологии миллионы людей. На глазах у них животных уровня волков, собак, дельфинов заставляют по методике условных рефлексов отличать плоские тела от объёмных или анализировать другие особенности процессов и объектов, примитивные с точки зрения их выживания. Очень часто в таких демонстрациях явно видно выражение лица и детали поведения подопытных животных, которые вполне человечески выражают своё отношение к эксперименту и экспериментатору – “Неужели ты не понимаешь элементарного? Так и быть, сделаю для тебя ту ерунду, что ты просишь. Хочешь меня за это подкормить? Ну кто же от этого откажется.” – Дельфины как участники зрелищ в океанариумах, конечно, не отказываются от подкормки, но они прежде всего самые настоящие артисты, осознающие себя в такой роли и работающие, в том числе, и за реакцию публики на свои действия, “за аплодисменты”.

Избыточность нервной системы велика даже при относительно малой коре головного мозга. Ведь кора создана случайностью. Демонстрация примера для подражания – важнейшее в выживании выживающих у всех форм жизни, начиная от самых простых. Актёрское мастерство в человеческом смысле есть избыточное проявление такого обучающего поведения – случайность превратила ведущий фактор отбора в “бесполезную” самоцель. Материальный химический ответ организма на удовольствие от решённой абстрактной задачи тождественен ответу, который дала бы пища как результат реальной задачи выживания.

Как и человек-актёр, дельфин уже получил от самого своего выступления те нейромедиаторы и нейропептиды, которые эквивалентны реакции на “поедание рыбы”. Рыба как награда дельфину полезна и работает потому, что энергетический метаболизм для него первичен. Если метаболизм обманывать, оставляя дельфина голодным, то вызванное этим перераспределение нейромедиаторов и нейропептидов уничтожит удовольствие дельфина от своего актёрского мастерства. Рыба вызывает выделение тех же нейромедиаторов и нейропептидов и нужна для того, чтобы актёрский успех не ассоциировался с голодом.

Отличие человека от животных количественное. Для гипертрофированной (функционально удалённой от биохимии выживания) коры его мозга абстракция выражается тождественной “пищевой” реакцией на воздействия. Отличие в этом человека от дельфина в том, что больше ступеней иерархии синтеза информации между основным метаболизмом и работой его мозга. В результате нередко человеку творчество доставляет удовольствие и в тех случаях, когда оставляет его голодным.

Не условные рефлексы, а замена узкого подчинения энергетическому метаболизму ассоциативных связей в мозге на широту собственно ассоциаций заставляет дельфинов демонстрировать чудеса грации и разумности в океанариумах. Отличия дельфинов-актёров от звёзд театра и кино весьма малы. Кстати, и “звёзды” не отказываются от “подкормки” – почему не объединить приятное с полезным?

Страница 107 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука