БИОФИЗИКА, 2023, том 68, № 4, с. 800-812

ДИСКУССИИ

УДК 577.3

XXI ВЕК: СОЗНАНИЕ И МОЗГ¹

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН,

ул. Институтская, 3, Пущино Московской области, 142290, Россия

^#E-mail: ivanitsky@iteb.ru

Поступила в редакцию 15.03.2023 г.

После доработки 03.07.2023 г.

Принята к публикации 12.07.2023 г.

Существенным результатом творчества людей в XXI веке стало создание креативных андроидных

роботов, снабженных искусственным интеллектом. Уровень совершенства этих роботов становится

столь высоким, что по внешним признакам установить их отличие от живых людей вскоре будет

невозможно. Существующие методы анализа (тесты А. Тьюринга и Дж. Сирла) ставят много

интересных вопросов, связанных с неопределенностью определения термина «сознание». Однако

похожесть людей и роботов может приводить к логической ошибке, т.е. к подмене реального мира

виртуальным миром.

Ключевые слова: способы обработки информации в мозгу человека, креативные андроидные роботы,

ценность информации.

DOI: 10.31857/S000630292304021X, EDN: KOJXRU

Среди основных рисков, угрожающих суще-

В-шестых, рост потребления наркотических

ствованию человечества, имеют место следую-

средств и увеличение психических заболеваний.

Рост количества людей, страдающих деменцией.

щие явления.

Во-первых, падение крупных метеоритов или

В-седьмых, с развитием робототехники вытес-

существенное изменение климата на нашей пла-

нение людей с рынка труда, что приведет к росту

нете (резкое потепление и глобальная засуха, за-

расслоения общества и повсеместному наруше-

топление больших территорий при таянии льдов

нию устойчивости социальных систем.

на полюсах Земли или резкое и длительное похо-

В связи с перечисленными рисками возрастает

лодание, которое приведет к глобальному го-

роль фундаментальных пограничных системных

лоду).

наук, подобных биофизике, направленных на ис-

Во-вторых, изменение динамических процес-

следование критических ситуаций и изучение их

сов внутри Земли, которые могут создать усло-

причинно-следственных отношений.

вия, приводящие к землетрясениям и росту вул-

канической деятельности.

ПОПЫТКА ОПРЕДЕЛИТЬ СОЗНАНИЕ

В-третьих, ограниченность энергетических

ЧЕЛОВЕКА

ресурсов и пресной воды на планете, что неиз-

бежно приводит к массовой миграции населения

Чтобы бороться с возникающими рисками,

и локальным войнам.

нужно понимать и осознавать их опасность. Од-

В-четвертых, возникновение новых вирусных

нако, никто не знает, что такое сознание и что

пандемий, в том числе и рукотворных, нарушаю-

означает глагол осознавать. 300 лет пытаются

щих устойчивость густо заселенных регионов

найти этому термину определение. Бихевиористы

планеты.

(от англ. behaviour - поведение) считали, что со-

знания не существует, это иллюзия, в которую мы

В-пятых, развал существовавших империй,

верим. Термины «сознание», «эмоции» и «пове-

стремящихся удержать свое мировое господство,

дение» не имеют четких определений. Когда

что может привести к мировой атомной войне и

человек заявляет, что у него есть сознание, то

уничтожению большей части (возможно и всего)

бихевиористы возражают, что так мог бы сказать

человечества.

и самообучающийся суперкомпьютер-робот.

¹ Пленарная лекция на открытии VII Съезда биофизиков

Сознание - субъективный феномен. И.П. Павлов

России (Краснодар), 17 апреля 2023 года

в свое время отказался использовать этот термин

800

XXI ВЕК: СОЗНАНИЕ И МОЗГ

801

КРАТКИЕ ИТОГИ ХХ ВЕКА:

КАК РАБОТАЕТ НАШ МОЗГ

Анатомические (рис. 2) и физиологические

исследования мозга человека в ХХ веке показали,

что, несмотря на очевидный успех, остались не-

определенности в описании механизмов его ра-

боты, которые не позволяют объяснить множе-

ство вариантов поведения человека, наблюдае-

мых психологами.

Исследования обычно проводились на разных

уровнях структурной организации мозга

(рис. 2б), от молекул до целостной нервной си-

стемы. Однако каждый иерархический уровень

описывался в своих терминах, на своем языке,

что не позволяет объединить эти описания в виде

единой модели. Эволюционное усложнение моз-

га показало, что он в филогенезе увеличивается

как путем наращивания столбов, так роста пла-

стов нейронов (рис. 3).

Рис. 1. Научные дисциплины, имеющие свое опреде-

ление сознания.

Платой за усложнения структуры мозга служит

увеличение затрат времени при переходе к двига-

тельной реакции. Если насекомое богомол с про-

в своей лаборатории. Гипотезу работы мозга он

стой системой организации мозга (№ 1 на рис. 3)

построил на условных и безусловных рефлексах.

совершает простую двигательную реакцию за

Сегодня исследователи вернулись к активному

1 мс, то у человека (№ 5 на рис. 3) на простую ре-

изучению сознания. По крайней мере, 12 наук пы-

акцию «зажглась лампочка - нажми кнопку» тре-

таются внести свою лепту в его определение

буется 80-100 мс. Сравнение мозга человека с

(рис. 1).

мозгом рептилий, например, крокодила, показа-

ло появление у человека новой структуры — раз-

Всем известно выражение: человек потерял со-

витой большой коры головного мозга (рис. 4б).

знание. Но что это такое, что он потерял? Пока от-

Сравнение коры мозга человека с корой дру-

вета нет. Существует порядка 100 определений

гих млекопитающих показало, что у людей кора

сознания. Опубликовано на эту тему порядка

занимает большой объем мозга - свыше 80%

25000 статей и книг.

(рис. 5).

Рис. 2. Структурные образования подсистем головного мозга человека (а) и их иерархическая организация (б).

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

802

ИВАНИЦКИЙ

Рис. 3. Развитие мозга в филогенезе. Черными кружками отмечены вставочные нейронные слои.

Рис. 4. Строение головного мозга рептилии - крокодила (а) и строение эволюционно развившегося мозга человека (б).

В середине ХХ века были созданы первые уни-

версальные вычислительные машины, появилась

гипотеза, что человечество, наконец, приобрело

возможность моделировать деятельность своего

мозга.

МОЖЕТ ЛИ МАШИНА МЫСЛИТЬ?

В 1950 г. Алан Тьюринг в философском журна-

ле Mind (Разум) опубликовал статью под названи-

ем «Вычислительные машины и разум» (Comput-

ing Machinery and Intelligence), в которой предло-

жил тест, который должен был бы доказать, что

вычислительная машина на основе заложенной в

нее программы начинает обладать «мышлением».

Он сформулировал свой тест на основе ответа на

вопрос: может ли машина совершать действия,

Рис. 5. Увеличение доли новой коры в эволюции мле-

неотличимые от обдуманных действий человека?

копитающих по сравнению со старой корой (черные

области).

Суть этого теста показана на рис. 6.

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

XXI ВЕК: СОЗНАНИЕ И МОЗГ

803

Рис. 7. Тест Дж. Сирла. Человек (1), владеет китайской

иероглифической письменностью. Он отправляет

человеку (2) вопрос в виде иероглифа. Человек (2) не

знает китайской письменности, но имеет следующую

инструкцию: «Получив иероглиф такого вида, возьми

такой-то иероглиф из корзинки № 1 и поместив его

рядом с таким-то иероглифом из корзинки № 2,

отправь обратно».

Рис.

6. Человек-экзаменатор

(1) задает вопросы

XXI ВЕК - НАЧАЛО ЭПОХИ НОВЫХ

скрытым от него двум субъектам - человеку (2) и

машине (3) - и получает от них ответы. Если за

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

заданное время он не сможет отличить, с кем он ведет

И АНДРОИДНЫХ РОБОТОВ

диалог

- с машиной или человеком, то можно

утверждать, что машина мыслит. Если это

Развитие мозга гоминидов от Человека Умело-

утверждение справедливо, то люди - это машины

го до Человека Разумного завершилось прибли-

особой биологической разновидности на водно-

органической основе. Тогда, по всей видимости,

зительно 50-100 тыс. лет назад (рис. 8а). В XXI ве-

можно создать мыслящие машины, обладающие

ке Человек Разумный создал похожего на себя по

сознанием, из самых разных материалов.

внешнему виду Креативного Андроидного Робо-

та (рис. 8б).

30 лет спустя с целью опровергнуть тест

Дальнейшие события в этом направлении про-

А. Тьюринга американский философ Дж. Сирл

исходили с ускорением. Фольклор современных

придумал другой тест — «китайскую комнату» [1].

студентов, занимающихся информационными

технологиями и робототехникой, гласил:

Суть теста Дж. Сирла состояла в доказательстве,

что комбинаторный перебор, реализуемый в вы-

Прогресс все ускоряет бег,

числительных машинах, не эквивалентен мыш-

В нем победил не человек.

лению человека. Даже сам человек на основе пе-

ребора может давать на первый взгляд разумные

Разрыв становится сильней,

ответы без понимания смысла вопроса (рис. 7).

Андроид превзошел людей!

В результате Сирл делает вывод: «Способ, по-

C 11 по 13 января 2017 г. программа Libratus, со-

средством которого человеческий мозг порождает

зданная Университетом Карнеги-Меллона, вы-

осмысленные явления, не может сводиться лишь к

играла у четырех лучших в мире профессиональ-

выполнению детерминированной инструкции, т. е.

ных игроков в покер. Игра в покер содержит не

к компьютерной программе».

только множество неопределенностей, но и осно-

вана на лжи, т.е. на обмане противника.

Последующие события внесли новые неопре-

деленности в сравнение мышления человека и

Что касается мозга современного человека, то

компьютерной программы. 11 мая 1997 г. ком-

можно сделать вывод: наш мозг по массе состав-

пьютер Deep Blue (корпорация IBM) в матче из

ляет всего ~2% нашего организма, но в активном

шести партий обыграл чемпиона мира по шахма-

состоянии может потреблять свыше 25% всей

там Гарри Каспарова со счетом 2:1 и три ничьих.

энергии, поступающей к нам с пищей. Мы имеем

Затем 19 лет спустя с 9 по 15 марта 2016 г. програм-

самую развитую новую кору по сравнению с дру-

ма AlphaGo в матче из пяти партий обыграла ко-

гими млекопитающими, покрывающую средний

рейского профессионала Ли Седола в китайскую

мозг. Мозг человека содержит 86 млрд. нейронов

игру Го со счетом 4:1. Игра Го имеет больше ком-

и порядка 100 трлн. синапсов, обеспечивающих

бинаций, чем шахматы.

активные связи между нейронами.

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

804

ИВАНИЦКИЙ

Рис. 8. Эволюция гоминидов: биологическая (а) и информационно-техническая (б).

ЭМОЦИИ И ГОРМОНЫ

в XXI веке. На рис. 9 показаны графы для двух ба-

зовых эмоций.

Человек, в отличие от робота, наряду с обра-

боткой информации всегда имеет Цель и инфор-

Страх и любовь являются врожденными про-

мационную эмоциональную окраску процесса ее

цессами с генетически заданными физиологиче-

достижения. В культурах разных народов базовые

скими компонентами и с определенными мими-

эмоции различаются. Их присутствие можно рас-

ческими проявлениями.

познать по выражению лица человека, его жестам

или по изменению физиологических параметров

Страх мобилизует организм для избегания

человека. Основной набор эмоций - это любовь,

опасных ситуаций, угрожающих его жизни. При-

страх, гнев, отвращение, влечение, счастье, пе-

чинами страха считают реальную или воображае-

чаль, удивление и т. д. Древовидные трехкомпо-

мую опасность. Любовь наряду с верой и надеж-

зиционные графы связи слов, описывающих эмо-

дой выступает одной из главных добродетелей во

ции были построены в конце прошлого века и с

всех религиях. Существенную роль в проявлении

вариациями повторялись в последующих работах

эмоций играют гормоны. В нашем организме

Рис. 9. Пример двух базовых эмоций: страх (а) и любовь (б).

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

XXI ВЕК: СОЗНАНИЕ И МОЗГ

805

Рис. 10. Мимика лица и композиции гормонов.

синтезируется порядка 150 разных гормонов. Их

мика Амеки не связана с гормонами. Это чисто

комбинации связаны с эмоциями (рис. 10).

электромеханическая имитация. На лице Амеки

установлено множество мини моторов, при по-

Гормоны вырабатываются в одних клетках и

мощи которых деформируется силиконовое по-

связываются с рецепторами клеток-мишеней в

крытие ее лица, создавая иллюзию мимики ре-

других органах, оказывая регулирующее влияние

ального человеческого лица (рис. 11).

на обмен веществ и скорость обработки инфор-

мации. Учитывая химическое строение гормо-

«Человеческое лицо» — это коммуникацион-

нов, их делят на группы: стероидные гормоны,

ный интерфейс с высокой скоростью генерации

белковые и небольшие пептидные гормоны, яв-

визуальной информации за счет подвижности

ляющиеся производными аминокислот. Они

мышц. С помощью изменения выражения лица и

синтезируются в разных частях эндокринной си-

жестов можно сообщить настолько много инфор-

стемы человека: в области коры надпочечников, в

мации, что даже иногда отпадает необходимость в

зоне половых желез у мужчин и женщин, в под-

словах. Младенец обучается этому языку раньше,

желудочной железе, в эпифизе, надпочечниках, в

чем звуковому языку. Уже через 9 мин после рож-

нейронах и в щитовидной железе. Например,

дения младенца интересуют лица окружающих

проявление эмоции Любовь связывают с гормона-

людей, к 12-му дню младенец способен имитиро-

ми — Серотонин, Дофамин, Окситоцин и другие

вать мимику. В связи с наличием индивидуаль-

в меньших концентрациях. Казалось, что главное

ных базовых эмоций, каждый ребенок учиться

отличие человека от Креативного Андроидного

оценивать намерения людей. Внешний язык ми-

Робота найдено. У Роботов нет эмоций. Мы не

мики и жестов является проявлением не только

видим осмысленной мимики их лица.

внутреннего химического гормонального языка.

Если сравнить мимику южных и северных наро-

дов, то она будет разная. Мимика каждого челове-

РОБОТ С МИМИКОЙ ЛИЦА

ка имеет не только генетические особенности, но

Однако за последние 10 лет разработано свыше

и испытывает на себе существенное влияние

пятнадцати новых платформ для создания Креа-

культуры народа, в которой воспитывается че-

тивного Андроидного Робота. Остановимся на

ловек.

последней — Андроидный робот Амека (Ameca)

был показан на выставке CES в Лас-Вегасе в на-

У Амеки внешнее проявление эмоций основа-

чале прошлого 2022 г. Выставка CES (Consumer

ны на программах машинного перевода текстов.

Electronics Show - Бытовая Электронная Демон-

Внутри ее памяти заложен словарь, описываю-

страция) — это событие в западном мире. На ней

щий проявление эмоций (любовь, грусть, радость

демонстрируются новые технологии и неожидан-

и их антиподы, и отрицания). По вопросам, зада-

ные проекты. Амеку на этой выставке назвали са-

ваемых ей, в результате анализа словарного

мым похожим на человека роботом, что связано с

состава вопроса (или слов в диалоге и их комби-

реалистичной мимикой ее «лица». На данный мо-

наторики), подается сигнал на работу соответ-

мент этот робот умеет управлять губами, морщить

ствующего двигателя, растягивающего или сжи-

нос, управлять веками глаз и подмигивать. Ми-

мающего силиконовое покрытие «лица». Главная

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

806

ИВАНИЦКИЙ

Рис. 11. Робот «Амека» (Engineered Arts, Великобритания) с мимикой лица.

цель создания креативных роботов — это стрем-

сестры медицинских учреждений и домов преста-

ление фирм заработать большие деньги (рис 12).

релых; (5) продавцы товаров; (6) эстрадные арти-

сты; (7) лекторы, читающие лекции и отвечаю-

щие на вопросы слушателей с заранее

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АНДРОИДНЫХ

запрограммированными ответами.

РОБОТОВ

Особое место занимают роботы-двойники -

Области использования Креативного Андро-

Геминоиды (рис. 13).

идного Робота имеют, по крайней мере, семь

В интервью на вопрос, какова цель создания

практических приложений: (1) секретари, встре-

двойников, профессор из Университета в Осака

чающие посетителей; (2) официанты, принимаю-

Хироси Исигуро ответил: «Прежде всего, это по-

щие заказы; (3) экскурсоводы, рассказывающие

пытка при помощи андроида понять, кто такой че-

об экспозиции выставки; (4) сиделки или мед-

ловек. С помощью Геминоида мы можем присут-

ствовать везде, где пожелаем. Мы также можем

прикоснуться к философскому вопросу: что собой

представляет присутствие человека? Где прохо-

дит граница между сознанием и телом? Это моя

цель, вот почему я изучаю телеприсутствие челове-

ка в оболочке робота-андроида».

Рис. 12. Рост объема продаж роботов к 2022 г.

оценивался в 237.3 млрд. долларов США. Он вырос за

счет покупок в основном роботов неиндустриального

назначения (Tractica: Total Industrial and Non- Industrial

Рис. 13. Профессор Хироси Исигуро (справа) и его

Robotics Revenue, World Markets (2016-2022)).

двойник — робот Геминоид (слева).

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

XXI ВЕК: СОЗНАНИЕ И МОЗГ

807

Таблица 1.

Вопрос и ответ ХХ века

Вопрос и ответ XXI века

МОЖЕТ ли машина иметь сознание в таком же

ЯВЛЯЕТСЯ ли искусственно созданная программа

смысле, в каком имеем его мы? Если ДА, то люди -

основой мышления или это всегда лишь имитация?

это машины особой биологической разновидности

Это принципиально иной подход к проблеме.

на водно-органической основе. Тогда по всей

Он затрагивает общий вопрос: что первично

видимости можно создать мыслящие машины,

информация или ее носитель? Нельзя сделать одно

обладающие сознанием из самых разных

и тоже сознание на разных материалах, из которого

материалов, включая кремний.

создается машина.

Итог этих дискуссий XX и XXI веков и выводы

теории информации и в статистике термин негэн-

из них представлены в табл. 1.

тропия используется как мера отклонения рас-

пределения энтропии при работе системы от нор-

мального распределения Гаусса. Если в распреде-

ИНФОРМАЦИЯ, ЕЕ НОСИТЕЛЬ

лении появляется асимметрия, то это означает,

И ЕЕ ЦЕННОСТЬ

что внутри этих процессов есть элементы с обрат-

Все описанные выше явления связаны с об-

ной связью, т.е. возникает самоуправление. Из

работкой информации. Информация и ее носи-

всех распределений с заданным средним значе-

тель — это разные понятия, хотя сама информа-

нием и дисперсией нормальное (гауссово) рас-

ция и не может распространяться без носителя.

пределение имеет наибольшую энтропию.

Носитель информации — это материальный объ-

Негэнтропия соответствует разности энтропий

ект, а информация есть идеальная субстанция,

между наблюдаемым распределением и распреде-

передающая смысл происходящих вокруг явле-

лением Гаусса. Таким образом, негэнтропия все-

ний. Именно развитие у приматов разных спосо-

гда положительна и обращается в нуль тогда и

бов обработки и запоминания смыслов, заложен-

только тогда, когда сигнал (воздействие на систе-

ных в информации, привело к появлению челове-

му) является случайным, т.е. система не содержит

ка. Носители информации могут различаться:

информации. Следовательно, негэнтропия и ин-

электромагнитные поля (свет); акустические по-

формация характеризуют одно и тоже явление -

ля (звук); молекулы, взвешенные в воздухе (запа-

устойчивость системы, но измеряемую в разных

хи); жидкие и твердые вещества (вкус), наконец,

единицах. Негэнтропия измеряется в единицах

творения человека на разных носителях (рисун-

энергии (джоулей или калорий), деленной на гра-

ки, тексты, строения, машины и т.п.).

дус в шкале Кельвина, информация - в относи-

тельных единицах (битах) путем сравнения с не-

Биология исследует в основном движение и

которой стандартной системой хранения или

взаимодействие носителей информации (моле-

передачи информации по каналу связи. Далее ме-

кул и зарядов), которые описываются законами

тодом сравнения, используя эталонную систему,

механики Ньютона, и законами квантовой меха-

обрабатывающую информацию, описываются

ники. Постоянно следует помнить, что информа-

другие системы. Однако для описания работы

ция измеряется в отличающихся для разных но-

мозга такой подход мало продуктивен.

сителей единицах - битах, байтах, кубитах. Зако-

ны обработки информации отличаются от

При исследовании мозга важно понимать, что

законов материального мира. Существует свыше

термины информация и сознание связаны между

полутора десятка определений информации.

собою. Информация приобретает смысл, когда у

Следовательно, термин информация, как и термин

Субъекта, принимающего информацию от Объ-

сознание, страдает неопределенностью.

екта, есть Цель. Любой живой организм обладает

Теория информации развивается уже порядка

генетической памятью, в которой на ДНК запи-

100 лет, начиная с первых работ 1920-х годов (ра-

сана информация, унаследованная им от родите-

боты Гарри Найквиста и Ральфа Хартли). Сего-

лей. Генетическая информация используется

дня она находится на пересечении пяти наук -

бессознательно в виде безусловных рефлексов.

теории вероятностей, статистики, статистиче-

Однако наряду с генетической информацией су-

ской механики, инженерии и электротехники.

ществует интеллектуальная информация, приоб-

Порядка 50 лет к ее изучению проявляют интерес

ретенная от учителей и/или в результате своего

биофизики.

жизненного опыта.

В биологии использование термина информа-

Интеллектуальная информация может быть

ция началось с термина негэнтропия (отрицатель-

априорной информацией и описываться в виде

ная энтропия), когда Эрвин Шредингер в 1944 г. в

априорной вероятности достижения цели. Если

книге "Что такое жизнь?" ввел этот термин. В

априорной информации недостаточно, чтобы до-

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

808

ИВАНИЦКИЙ

информации в терминах апостериорной вероятно-

сти Р можно выразить в виде трех предельных си-

туаций:

При Р₁ = 1 наиболее ценная информация, поз-

воляющая сразу решить задачу.

При Р₂ = 0 информация нейтральная, не име-

ющая отношение к решению задачи.

При Р₃ = -1 информация лживая, маскирую-

щаяся под ценную информацию. Если апостери-

орная информация имеет отрицательное значе-

ние, в по формуле Корогодина ее ценность будет

отрицательной. Однако если субъект обладает

способностью распознать и отличить по каким-

Рис. 14. В предельном случае, когда цель достигнута,

либо признакам ложь от правды, он может, при-

апостериорная вероятность Р = 1, а вероятность

ступив к решению задачи, превратить лживую

отсутствующей информации Δр = 0.

информацию в ценную информацию. Поступая

наоборот, он тем самым, вопреки желанию Объ-

стичь цель, то живой объект должен получить ее

екта, может осуществить переход от Р₃ = -1 к

недостающую часть Δp из внешней среды. Цель

Р₁ = +1.

будет достигнута тогда, когда апостериорная ин-

Таким образом взаимодействие между Объек-

формация P станет равной единице (рис. 14).

том и Субъектом можно представить в виде блок-

Следовательно, через априорную р и апостери-

схемы, представленной на рис. 15.

орную Р вероятности можно выразить ценность

полученной информации V, которая позволит до-

стичь поставленную Цель. Например, по Бонгар-

ПРОБЛЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ СОЗНАНИЯ

ду и Харкевичу [2, 3] ценность информации равна:

Если сознание человека рассматривать как про-

V_Б-Х = log₂(P/p).

цесс, то это адаптация организма к внешним

условиям, т.е. динамический способ формирова-

В.И. Корогодин предложил другую формулу

ния внешнего мира в виде виртуальной, инфор-

для определения ценности информации [4, 5]:

мационной модели внутри мозга. Последователь-

ность операций, осуществляемых в сознании, со-

стоит из четырех актов:

Сознание = Рецепция + Память +

Причина состояла в том, что ценность инфор-

+ Мышление + Поведение.

мации зависит не только от Цели Субъекта (при-

Если из этих актов убрать «память и мышле-

нимающего информацию), но часто и от Цели

ние», то сознание исчезнет, хотя внешнее поведе-

Объекта (передающего информацию). Если цель

ние может сохраниться. При этом информация

Объекта помешать решению задачи Субъектом,

анализироваться не будет:

то передаваемая субъекту информация может

Подознание = Рецепция + Поведение.

быть ложной. Если у субъекта отсутствует способ-

ность отличать ложь от правды, то лживая инфор-

Окружающий мир предстает перед нами в раз-

мация будет отдалять его на оси времени от реше-

ных обличиях. «Метаморфозы Природы» отобра-

ния собственной задачи, порою приводя к траги-

жаются в «Метаморфозах модели внутри мозга»,

ческим последствиям. Таким образом, ценность

также как местность отображается при ее перено-

Рис. 15. Блок-схема информационного взаимодействия Объекта и Субъекта. В целом поведенческое действие Субъекта

характеризуется целенаправленностью и активным действием. Объект передает информацию, имеющую разной вес с

вероятностью P₁, P₂ или P₃. В блоке «принятие решения» определяется ценность информации и на ее основе

синтезируется действие организма.

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

XXI ВЕК: СОЗНАНИЕ И МОЗГ

809

Рис. 16. Реальный образ и его отображение в виде

символа - китайского иероглифа.

се на географическую карту. Это отображение

условное, выраженное в паттернах, смысл кото-

Рис. 17. Представительства информационных систем в

коре головного мозга. их часто в англоязычной

рого посторонний наблюдатель не понимает.

литературе называют Квалиа, от лат. Qualita «свойство,

Аналогично человек, не знающий китайского

качество».

языка, не сможет понять переход от образа лоша-

ди к его отображению в виде иероглифа (рис. 16).

В коре нашего мозга есть области, которые

внешней среды, возраста и собственных интере-

служат представительствами наших рецептор-

сов человека. Само выяснение этого кода являет-

ных, информационных систем (рис. 17).

ся некорректной обратной задачей физики, т.е.

по «уликам», которые мы наблюдаем в данный

Проблема исследования сознания состоит в

момент, необходимо выяснить причины, кото-

том, что, в отличие от генетики, мы пока в полной

рые приводят к наблюдаемым «уликам». Такие

мере не знаем код интеллектуальной информа-

задачи решаются в обратном порядке причинно-

ции, поскольку исследуем в основном не инфор-

следственных отношений и очень чувствительны

мационные смыслы, а материальные носители

даже к небольшим ошибкам измерения. К сожа-

информации. Это аналогично тому, что, желая

лению, сегодня методы изучения динамических

понять смысл книги, мы будем исследовать не са-

процессов в мозге не позволяют достичь необхо-

мо содержание текста, а состав бумаги и краски,

димой пространственно-временной точности,

на котором он написан. Мы изучаем в основном

носители информации, а не ее смысл. Еще в

т.е. нанометров (10^-6мм) в пространстве и долей

XIX веке Шарль Пьер Бодлер - французский по-

10^-3 с во времени.

эт, классик французской литературы и основопо-

ложник символизма - писал:

ПРЕВРАЩЕНИЕ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ

Природа — некий храм, где от живых колонн

ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ МОЗГА

Обрывки смутных фраз исходят временами,

В ПРЯМУЮ ЗАДАЧУ

Как в чаще символов, мы бродим в этом храме,

Можно попытаться превратить обратную зада-

И взглядом родственным глядит на смертных он.

чу в прямую, выдвинув гипотезу и построив мо-

Мы знаем точно, что мышление тормозит при-

дель взаимодействия кластеров, формирующих

нятие решения. Крылатым выражением при при-

паттерны. Затем проверить предсказанные моде-

нятии решений служит высказывание: нужно по-

лью результаты в эксперименте.

думать или утро вечера мудренее. Возникает кон-

Мы выдвинули такую гипотезу, приняв как

куренция между подкорковыми структурами,

постулат, что механизмы конкуренции, обработ-

требующими немедленно действия, и новой ко-

ки и запоминания информации на нейронных

рой мозга, тормозящей действие, чтобы предва-

кластерах можно описать на основе волнового

рительно оценить его последствия в существую-

уравнения ФитцХью-Нагумо с кросс-диффузией

щей внешней среде.

и кросс-адвекцией, которая в точке является мо-

Смысловые паттерны квалиа, например, во

делью нелинейного маятника Балтазара-Ван дер

снах могут давать разнообразную комбинатори-

Поля. Этот постулат был основан на наших экс-

ку. Проблема выяснения интеллектуального кода

периментах (проведенных почти 40 лет назад)

состоит в том, что в отличие от сравнительно ста-

по наблюдению автоволного распространения

бильного кода тела, записанного на ДНК, код со-

тепловой активности в изолированном фрагменте

знания непрерывно меняется под влиянием

мозга [6].

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

810

ИВАНИЦКИЙ

Рис. 18. Изменение во времени и в пространстве электромагнитного поля, создаваемое вокруг аксона при движении по

нему импульса возбуждения (а) и возможный «словарь общения» между структурами коры мозга (б).

Математическая модель имеет вид:

лен возможный «Словарь общения» между струк-

турами мозга (рис.18б).

∂u

∂

∂v

∂u

f u,v) +

Qu u,v)

(

)

∂t

∂x

ВЫВОДЫ

∂x

∂v

∂

∂u

∂v

Ограниченность существующих сегодня мето-

g u,v)+



Qv u,v)



(

)

дов исследования, не позволяет пока подтвердить

∂t

∂x

правильность выдвинутой гипотезы. Позитрон-

но-эмиссионная томография имеет невысокое

временное разрешение (≈10 с). Электроэнцефа-

где u - это волна, движущаяся с относительной

лография достигает временного разрешения до

скоростью ∂u/∂t, например, в коре мозга, v - это

2 мкс, но имеет низкое пространственное разре-

волна, движущаяся, например, в подкорке с от-

шение. В результате мы наблюдаем взаимодей-

носительной скоростью ∂v/∂t. Эти две волны пе-

ствие нейронных групп лишь интегрально. Их

рекрестно влияют друг на друга, изменяя ареал

границы и переходы практически не наблюдают-

распространения (диффузию) и направление

ся. Вживление микро-электродов повышает про-

движения (адвекцию) в этом ареале. Волна под-

странственное разрешение, но этот метод - инва-

корки стремится ускориться, а волна коры тормо-

зивный и его использовать на человеке нельзя.

зить влияние подкорки. Коэффициенты h и j яв-

Наконец, функциональная магнитно-резонанс-

ляются показателями перекрестной связи соот-

ная томография позволяет регистрировать изме-

ветственно для диффузии и адвекции. Процесс,

нение потребления кислорода и, следовательно,

описываемый этими уравнениями, нами был ис-

скорость метаболических процессов. Ее про-

следован сначала без адвекции, т.е. только с пере-

странственное разрешение — порядка 1 мм, а вре-

крестной диффузией [7], а затем с добавлением

менное — порядка 2 с, но этого также недостаточ-

адвекции [8]. Было исследовано во времени и в

но (рис. 19).

пространстве изменение электромагнитного по-

ля, создаваемое изменением потенциала вокруг

Имеется много косвенных доказательств того,

аксона при движения по нему импульса возбуж-

что распространение и изменение электромаг-

дения (рис. 18а). Далее на этой основе по измене-

нитных полей мозга являются главным способом

нию волновых локальных паттернов был состав-

обработки информации и ее кратковременного

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

XXI ВЕК: СОЗНАНИЕ И МОЗГ

811

Рис. 20. Пример одного из сравнительно новых мето-

дов исследования мозга - магнитная энцефалография

с помощью сверхпроводящих квантовых интерферен-

ционных датчиков. Регистрируется изменение конту-

Рис. 19. Диапазон существующих различных физиче-

ров магнитных полей вблизи поверхности головы, что

ских методов для регистрации пространственно-вре-

дает возможность локализовать очаги повышенной

менного изменения паттернов мозга [9].

электрической активности мозга [10].

запоминания. С помощью сверхпроводящих

лизма к повышению устойчивости систем, о ко-

квантовых интерференционных датчиков можно

торых никто и не подозревал в начале их

наблюдать вращение этих полей внутри черепной

создания.

коробки (рис. 20).

Подробнее с вопросами, затронутыми в дан-

Метод магнитной энцефалографии с исполь-

ной статье, можно ознакомиться в работах [11-

зованием сверхпроводящих квантовых интерфе-

15] и процитированных в них списках литера-

ренционных датчиков при регистрации процес-

туры.

сов, происходящих в мозге, может дать значи-

тельно больше информации, чем обычная

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

электроэнцефалография или термография, так

Работа выполнена в рамках Госзадания № 075-

как кости черепа сильно ослабляют электриче-

01025-23-01.

ские сигналы и тепловое излучение. Однако и у

этого метода пространственно-временное разре-

шение пока недостаточно для расшифровки «раз-

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

говоров» между нейронными кластерами.

Автор заявляет об отсутствии конфликта инте-

На основании изложенного можно сделать два

ресов.

вывода:

1. Вывод пессимистический. По-видимому, че-

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

ловечество вступило в новую, весьма опасную,

фазу своего развития, когда виртуальный мир вы-

Настоящая работа не содержит описания ис-

теснят реальный мир. Эту ситуацию можно на-

следований с использованием людей и животных

звать информационным психозом, при котором по-

в качестве объектов.

роги между мирами исчезают. При этом может

возникнуть нарушение устойчивости общества.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Вывод оптимистический. Риски возникали и

существовали всегда. Эта ситуация - обычная в

1. J. Searle, Behav. Brain Sci. 3 (3), 417 (1980). DOI:

развитии человечества, и периодически повторя-

10.1017/S0140525X00005756

ется. Чрезвычайная эффективность современной

2. М. М. Бонгард, Проблема узнавания (Наука, М.,

науки вселяет оптимизм.

1967).

Выбор дальнейшего пути развития человече-

3. А. А. Харкевич, О ценности информации, в сб. Про-

блемы кибернетики. Вып. 4 (Физматгиз, М., 1960).

ства становятся главным направлением при ис-

пользовании синтетических наук, таких как, на-

4. В. И. Корогодин, Информация и феномен информа-

пример, биофизика, или, если кому-то больше

ции (Препринт) (Пущино, 1991).

нравится, то психофизика. Здесь уместно вспом-

5. В. И. Корогодин и В. Л. Корогодина, Информация

нить, что нередко наиболее плодотворными ока-

как основа жизни (Издат. центр «Феникс», Дубна,

зываются приложения биофизического форма-

2000).

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

812

ИВАНИЦКИЙ

6. Е. Н. Хижняк, А. Г. Брагин, Г. Р. Иваницкий и др.,

10. Г. Н. Борисюк, Р. М. Борисюк, Я. Б. Казанович и

Биофизика, 31 (5), 897 (1986).

Г. Р. Иваницкий, Успехи физ. наук, 172, 1189

(2002).

7. М. А. Цыганов, В. Н. Бикташев, Дж. Бриндли

11. Г. Р. Иваницкий, А. Б. Медвинский и М. А. Цыга-

и др., Успехи физ. наук, 177, 275 (2007)

нов, Успехи физ. наук, 164, 1041 (1994).

12. Г. Р. Иваницкий, Успехи физ. наук, 187, 757 (2017),

8. E. P. Zemskov, M. A. Tsyganov, G. R. Ivanitsky, and

13. Г. Р. Иваницкий, Успехи физ. наук, 188, 965 (2018).

W. Horsthemke, Phys. Rev. E, 105, 014207 (2022).

14. Г. Р. Иваницкий и А. А. Морозов, Успехи физ. на-

9. Л. В. Доронина-Амитонова и др., Успехи физ. на-

ук, 190, 1165 (2020).

ук, 185, 371 (2015).

15. Г. Р. Иваницкий, Успехи физ. наук, 191, 872 (2023).

The XXI Century: Consciousness and the Brain

G.R. Ivanitskii*

*Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences,

Institutskaya ul. 3, Pushchino, Moscow Region, 142290 Russia

The most remarkable result of human creativity in the XXI century is the development of creative android ro-

bots equipped with artificial intelligence. The rate of progress made in developing these robots is so fast that

it will soon be impossible to distinguish robots from human beings in appearance features. Searching for the

difference between humans and robots (tests by A. Turing, J. Searle, etc.) gives rise to a host of difficult ques-

tions concerning the common understanding of the definition of the term “consciousness”. However, the

similarities between humans and robots can lead to a logical error, i.e., to substitution of actual reality for vir-

tual reality.

Keywords: ways of information processing in the human brain, creative android robots, value of information

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023