Математика моего «я»

Тонони объяснил, что в результате своей работы над сетевым поведением, соответствующим сознательному состоянию мозга, он развил новую теорию сетевых систем, которые он считает обладающими сознанием. Эта теория называется теорией интегрированной информации, ТИИ, и в ней есть математическая формула, которая позволяет измерить степень интеграции и неприводимости той или иной сети, которая, по его мнению, является ключевым элементом образования самосознания. Эта величина, обозначаемая Ф (то есть буквой «фи», 21-й буквой греческого алфавита), дает нам меру, которую можно применить как к машинам, подобным моему смартфону, так и к человеческому мозгу, и позволяет в перспективе разработать численный математический подход к тому, что образует мое «Я». По словам Тонони, чем больше значение Ф, тем в большей степени данная сеть обладает сознанием. Мне кажется, что надежда получить математическое уравнение, объясняющее, как и почему я становлюсь «мной», больше всего приводит в возбуждение математическую сторону моей личности.

Сознательный мозг кажется сходным с сетью, обладающей высокой степенью связности и обратной связи. Возбуждение нейронов в одной части такой сети приводит к каскаду перекрестных проверок и передачи информации по всей системе. Если сеть состоит из одних лишь изолированных островков, она, по-видимому, не обладает сознанием. Таким образом, коэффициент сознания Тонони определяет, насколько такая сеть превосходит простую сумму своих составляющих.

Но Тонони считает, что важна природа такой связности целого. Самого наличия высокой связности сети еще недостаточно. Если нейроны начинают возбуждаться асинхронно, это, судя по всему, не приводит к возникновению сознательного опыта. Так, собственно, ведет себя мозг в состоянии глубокого сна. Противоположную крайность представляют собой эпилептические приступы, приводящие к потере сознания и часто сопровождающиеся чрезвычайно синхронным возбуждением нейронов по всему мозгу. Поэтому кажется существенным наличие широкого спектра дифференцированных состояний. В структуре сети не должно быть чрезмерного количества симметричных конструкций, так как они могут вызвать неспособность различать разные опыты. Если сделать сеть слишком связной, она будет реагировать одним и тем же образом на любые – совершенно разные – ситуации.

Этот коэффициент пытается определить одну из необыкновенных черт нашего сознательного опыта – способность мозга интегрировать широчайший диапазон входящих сигналов, которые получает наш организм, и свести их в единый опыт. Сознание нельзя разбить на несколько независимых опытов, переживаемых по отдельности. Когда я смотрю на свою красную игральную кость, я не переживаю несколько независимых опытов: опыт бесцветной кубической формы и опыт бесформенного красного цвета. Коэффициент сознания также должен дать численное выражение того, насколько больше информации генерирует система в целом, чем если бы она была разделена на отдельные, разъединенные части, как это происходит с мозгом во время глубокого сна.

Тонони и его сотрудники построили интересную компьютерную модель «мозга», состоящего из восьми нейронов, соединенных разным образом, чтобы посмотреть, в какой из возможных сетей можно получить наибольшее значение Ф. Согласно полученным ими результатам, для этого нужно, чтобы каждый из нейронов был соединен с остальной сетью схемой, отличающейся от схем остальных нейронов. Но в то же время нужно обеспечить возможность распространения по такой сети максимального количества информации. Таким образом, если представить себе разделение сети на две отдельные части, такие части должны иметь возможность обмена информацией друг с другом. Речь идет об интересном процессе поиска оптимального баланса между чрезмерной связностью с уменьшением дифференциации между разными нейронами и увеличением различий ценой сокращения возможностей передачи информации каждым из них.

Но не менее важна и природа такой связности. Тонони создал две функционально эквивалентные сети, на выходе которых получаются одни и те же сигналы; однако в одной из них значение Ф велико, так как информация распространяется в сети в обоих направлениях, а другая сеть имеет низкое значение Ф, поскольку сеть устроена так, что информация может передаваться только вперед (нейроны не имеют возможности обратной связи). Тонони считает это примером зомби-сети, то есть сети, которая выдает на выходе такую же информацию, что и первая сеть, но не обладает самосознанием. Одну из этих сетей невозможно отличить от другой по одним лишь исходящим из нее результатам. Но процесс создания этих результатов зомби-сетью имеет качественные отличия, которые и измеряются коэффициентом Ф. Тонони считает, что зомби-сеть не имеет своего внутреннего мира.

Приятно сознавать, что таламо-кортикальная система мозга, которая, как известно, играет важную роль в формировании сознания, имеет структуру, подобную сетям с высоким значением Ф. Сравним ее с сетью нейронов мозжечка, которая сознания не формирует. Мозжечок – «маленький мозг» – расположен в задней части черепа и управляет, например, чувством равновесия или тонкой моторикой. В нем содержится 80 % всех нейронов мозга, и тем не менее, хотя его удаление и приводит к серьезному нарушению движений, оно не изменяет ощущения сознания человека.

В 2014 г. в одну из больниц Китая попала 24-летняя женщина, жалующаяся на головокружения и тошноту. Когда ее мозг просканировали в поисках причин этих симптомов, выяснилось, что она с самого рождения живет без мозжечка. Хотя в детстве она далеко не сразу научилась ходить и никогда не могла ни бегать, ни прыгать, ни один из медиков, общавшихся с ней, не усомнился в наличии у нее полноценного сознания. Она была не зомби – а всего лишь человеком с нарушениями физического равновесия.

Исследование нервной сети в центре мозжечка позволяет обнаружить участки, возбуждаемые независимо друг от друга и мало взаимодействующие между собой, в точности как это происходит в мозге во время сна. Низкое значение Ф мозжечка вполне согласуется с тем, что он не создает сознательного опыта.

Сеть с высоким значением Ф и, вероятно, более высоким уровнем сознания

Хотя эта сеть и обладает высокой связностью, ее симметричность обусловливает низкую дифференциацию ее частей, в результате чего они не создают новой информации, которая не была бы уже заложена в них. Это приводит к низкому значению Ф и, следовательно, более низкому уровню сознания

То, что связность мозга может быть ключевым элементом сознания, привело к идее о том, что мой «коннектом» может быть частью тайны образования моего «Я». Коннектом – это полная схема нервных соединений в мозге. Если проект расшифровки генома человека дал нам небывалое количество информации о том, как работает человеческий организм, из восстановления коннектома человека мы можем получить аналогичные сведения о работе мозга. А если объединить такую схему с правилами работы сети, в нашем распоряжении могут оказаться все ингредиенты, необходимые для создания у такой сети сознания.

Создание полного коннектома человеческого мозга – это задача, решение которой займет еще много времени, но мы уже имеем полную схему нейронов C. elegans, не имеющего мозга червя длиной 1 мм, известного своей любовью к компостным кучам. Его нервная система содержит ровно 302 нейрона, что делает его идеальным кандидатом для построения полной схемы межнейронных соединений. Однако, несмотря на наличие такой схемы, мы все еще далеки от понимания связи между этими соединениями и поведением C. elegans.