В последние несколько лет произошел скачкообразный рост индустрии машинного обучения - нейронные сети теперь занимаются всем: накладывают на лица маски котиков, обыгрывают людей в го, ищут кариес на снимках зубов, следят за урожаем пшеницы и водят автомобили. Постоянно появляются и совершенствуются новые технологии вроде глубокого обучения и рекуррентных сетей. Возможно, в недалеком будущем даже тостеры будут продаваться исключительно со встроенным искусственным интеллектом. Не стоит на месте и наука о самом сложном и мощном из известных нам типов нейронных сетей - человеческом мозге. Исследования по нейрофизиологии каждый год приоткрывают завесу тайны с принципов его функционирования.
Но несмотря на имеющиеся успехи мы всё ещё страшно далеки от понимания самого загадочного феномена Вселенной - нашего сознания. Вопросы о природе сознания мучают лучшие умы человечества уже на протяжении двух с половиной тысяч лет, а современный прогресс в машинном обучении и построении искусственных нейронных сетей только добавляет новые: например, возникает ли сознание в компьютерных нейронный сетях? Чтобы ответить на этот и другие непростые вопросы, нужно для начала понять, а что это вообще такое - это самое сознание.
Блокбастер внутри меня
Мой опыт разговоров с моими знакомыми на эту тему показывает, что некоторым людям почему-то очень тяжело понять, что же такое сознание. Возможно, причина такого непонимания кроется в том, что сознание - настолько основополагающая и неотделимая часть нас самих, что факт его существования оказывается абсолютно неочевидным. Многие путают сознание с интеллектом, хотя это совершенно не одно и то же. Придти к пониманию данного феномена можно с помощью следующего примера.
Представьте себе цепь из транзисторов, являющуюся реализацией простой нейронной сети, обрабатывающей некие данные. У этой нейронной сети есть десять входов и один выход, на входы подаются электрические сигналы, и на основе внутренних весов эта цепь принимает какое-то решение и подает его на выход. Процесс обработки информации в таком случае является чисто механическим (не в значении "сделанный с использованием механики", а в значении "автоматический"). Теперь представьте себе чуть более сложную цепь транзисторов, являющуюся реализацией многослойной нейронной сети глубокого обучения с парой тысяч входов и несколькими выходами. Процесс обработки информации в такой цепи также является чисто "механическим" - какие то сигналы на входе, какие-то на выходе.
А теперь представьте себе на порядки более сложную цепь из электрических и вдобавок химических компонентов, обрабатывающую сложную многофакторную информацию с огромным количеством входов и выходов разных типов - человеческий мозг. Логика подсказывает, что несмотря на многократно возросшую сложность процесс обработки данных в такой нейронной сети должен быть всё ещё чисто "механическим" - сигналы на входе, сигналы на выходе. Но наш опыт говорит, что этот процесс не является чисто механическим, мы не бездушные машины - процесс обработки информации сопровождается чем-то, что можно назвать "внутренним кино", в котором видны цвета, слышны звуки, чувствуются запахи, вкусы и тактильные ощущения, а также испытываются эмоции - страх, радость, гнев, любовь и другие. Вот это "внутреннее кино" и называется сознанием, а в античной и религиозной философии его обычно называли душой. Но что такого странного в этом феномене?
Дело в том, что сознание не поддается изучению научным методом. Его существование попросту не соответствует критерию фальсифицируемости Поппера - учёные никаким способом не могут ни доказать, ни опровергнуть существование у вас сознания. Так почему же наука вообще занимается рассмотрением вопроса, не являющегося в строгом смысле научным? Только потому, что каждый человек через субъективно переживаемый опыт может быть абсолютно уверен в факте существовании сознания лично у него.
Быть летучей мышью
Элементарными частями нашего субъективного опыта являются квалиа - их можно условно разделить на восприятия и эмоции. Восприятия - цвета, звуки, запахи, вкусы, тактильные ощущения, а эмоции - любовь, радость, гнев, любовь и так далее. Давайте начнем с восприятий, а именно с цвета, и не просто цвета, а красного цвета.
Что такое красный? С точки зрения физики красный свет - это электромагнитное излучение с длиной волны 625-740 нанометров. Но цвет - это не свет, цвет - это субъективное восприятие попавшего в наши глаза красного света нашим сознанием. Чтобы лучше понять это утверждение, обычно прибегают к следующему мысленному эксперименту.
Представьте себе, что вы родились и выросли запертым в абсолютно чёрно-белой комнате без доступа к внешнему миру и каким-либо цветным изображениям. Взаперти вы прочитали одну книгу про физику цвета и наизусть запомнили длину волны и частоту красного света, книгу по анатомии глаза и восприятию им красного света. После этого вас выпускают наружу во внешний мир, и вы тут же наталкиваетесь на улице на ярко красную машину. Узнаете ли вы в этот момент что-то новое о красном цвете? То, что вы узнаете в этот момент - субъективный опыт восприятия красного, или другими словами квалиа красного цвета. Конечно, этот эксперимент является исключительно мысленным, в реальности без предварительной тренировки вы скорее всего поначалу просто не сможете различать никакие цвета кроме чёрного и белого, но суть того, что такое квалиа, эксперимент показывает очень наглядно.
То же самое верно и для других восприятий - звуков, запахов, вкусов и тактильных ощущений, а также для эмоций. Например, никогда в жизни не пробуя соли, попробовав её в первый раз, вы получите субъективный опыт восприятия солёного вкуса. А первая влюблённость даст вам субъективный опыт ощущения влюблённости, переживание которого никак нельзя свести к описанию происходящих в мозге физиологических процессов. Даже многие свойства, кажущиеся нам свойствами материи, на самом деле являются квалиа. Например, вода мокрая только лишь в нашем сознании, это не её физическое свойство. Совокупность всех существующих квалиа - это и есть сознание.
Существует еще один мысленный эксперимент, с помощью которого становится легче понять суть квалиа. Представьте себе, что вы учёный, изучающий летучих мышей. У этих животных кроме существующих у нас органов чувств есть еще один - эхолокация. Так вот, как учёный вы можете изучить этот орган чувств летучей мыши любыми доступными способами: можете построить компьютерную модель работы эхолокатора, можете вскрыть животное и воткнуть в его мозг провода. С помощью ваших экспериментов вы можете узнать всё об эхолокации летучих мышей, кроме одной единственной вещи - вы никак не сможете узнать, каково это чувствовать эхолокацию. Именно ответом на вопрос "каково это" и является квалиа.
Интересной особенностью квалиа является их непередаваемость - субъективный опыт никаким образом не может быть быть передан от человека к человеку. Например, возможно вы в своём "внутреннем кино" видите красный цвет точно также, как я в своем "внутреннем кино" вижу фиолетовый - мы никак не можем этого узнать. Важно отметить, что это никак не связано с дальтонизмом: смотря на помидор мы оба скажем про него, что он - красный, но я буду видеть его цветом, которым вы видите фиолетовые вещи.
Известные мыслители, шотландец Дэвид Юм и англичанин Джордж Беркли, построили на сознании целую философию - субъективный идеализм. Изучая вопрос субъективного восприятия, они пришли к выводу, что все наши знания о мире приходят к нам только из впечатлений и ниоткуда более. Эти впечатления существуют в нашем сознании, а значит вся Вселенная (точнее её модель) тоже находится у нас в сознании, и кроме этой модели никакой иной реальности для нас не существует. На подобных идеях за две тысячи лет до Юма и Беркли построил философию основанной им религии Будда. Именно в буддизме произошло тщательное исследование природы квалиа, на санскрите называемых словом "дхарма".
Магическая тройка
Физические свойства цветов и звуков поразительно схожи, так как и те и другие являются нашей интерпретацией регистрируемых органами чувств волн. Цвет света зависит от длины попадающей в глаз электромагнитной волны, а высота звука от частоты звуковой волны. Так как длина волны и частота для света - это взаимосвязанные через скорость света величины, то можно сказать, что цвет света и высота звука коррелируют с частотой волны. Но существуют цвета и звуки, которые невозможно свести к одной волне.
Непосредственно из света мы воспринимаем только определенный набор цветов - спектральные цвета. Это такие цвета, которым можно сопоставить свет определенной частоты. Из сочетания различных спектральных цветов получаются ахроматические цвета - черный, оттенки серого и белый, и неспектральные цвета - например, коричневый, розовый и пурпурный. Тоже самое верно и для звуков. Существуют чистые ноты, высота которых может быть сопоставлена с определенной частотой звуковой волны. Из сочетания различных нот получаются более сложные цельно воспринимаемые звуки - аккорды. Возможно именно из-за таких удивительных сходств восприятия цвета и звука возникает такое явление как музыкально-цветовая синестезия.
Другим интересным сходством цветов и звуков является то, что их можно представить через три базовые "координаты": любой цвет можно определить через цветовой тон, светлоту и насыщенность, а любой звук через высоту, громкость и тембр. А что ещё можно представить на три координаты? Конечно же пространство. Известный немецкий философ Иммануил Кант считал, что трехмерность пространства - это точно такое же квалиа как цвет или звук. Позволю себе процитировать Бертрана Расселла, описавшего эту идею крайне лаконично и просто в своей известной книге "История западной философии":
Согласно Канту, внешний мир дает только ощущения, но наш собственный духовный аппарат упорядочивает эту материю в пространстве и во времени и доставляет понятия, посредством которых мы понимаем опыт. Вещи в себе, которые являются причинами наших ощущений, непознаваемы; они не находятся в пространстве и во времени, не являются субстанциями, не могут быть описаны каким-либо из тех общих понятий, которые Кант называет «категориями». Пространство и время субъективны, они являются частью нашего аппарата восприятия. Но именно поэтому мы можем быть уверены, что все, что бы мы ни воспринимали, будет выявлять характеристики, рассматриваемые геометрией и наукой о времени. Если вы всегда носили голубые очки, вы могли быть уверены в том, что увидите все голубым. Подобно этому, раз вы всегда носите пространственные очки в вашем уме, вы уверены, что всегда видите все в пространстве.
Это интересный ответ на вопрос о том, почему наша Вселенная трехмерна - потому что эта трехмерность является по всей видимости базовой характеристикой нашего восприятия всех квалиа: пространства, цвета, звука. Можно даже сделать смелое заявление, что время тоже воспринимается нами троично: в виде прошлого, настоящего и будущего. Вероятно, это связано с особенностями нашего организма - например, за восприятие цвета отвечает три типа колбочек в глазу.
Таким образом можно понять, что все свойства "материальных" вещей в нашей Вселенной, на самом деле существуют только лишь в нашем сознании. Чтобы объяснить эту идею философы обычно используют мысленный эксперимент, называющийся "Мозг в колбе". Представьте себе, что некий учёный похитил вас, положил на хирургический стол, извлек ваш мозг из черепной коробки, положил его в колбу с питательным раствором и подключил к нему электропровода, по которым компьютер пускает в ваш мозг электрические сигналы, симулирующие сигналы от органов чувств. Когда вы очнетесь, вы не сможете определить, что находитесь в виртуальной реальности - для вас она будет абсолютно реальна: трогая виртуальную воду, вы будете чувствовать её мокроту, а кушая виртуальную конфету, вы будете чувствовать её сладость. Вы будете считать все симулированные компьютером вещи вокруг вас материальными, но на самом деле эти вещи не будут материальными в полном смысле этого слова. Точно также вы не можете быть уверены в материальности всех вещей в нашей реальности, ведь они существуют только лишь в нашем сознании. Этот мысленный эксперимент послужил источником вдохновения для фильма "Матрица", основанного на философии субъективного идеализма.
На самом деле, эксперимент "Мозг в колбе" не является исключительно мысленным. Мы участвуем в нём каждую ночь: ведь когда мы спим, мозг генерирует некоторую виртуальную реальность без поступающей от органов чувств информации. И пока мы находимся во сне, мы абсолютно уверены в реальности происходящего. Когда во сне мы понимаем, что это сон, нас обычно "выкидывает" из сна, и мы просыпаемся. Многие восточные религиозные учения утверждают, что наша реальность также является сном, и что мы должны пробудиться.
Зомби вокруг нас
Как я уже упоминал, мы можем быть уверены в существовании сознания только у самих себя. Эта особенность ведет к интересному следствию - мы не можем быть уверены в существовании сознания у других людей. Это даёт возможность существованию гипотезы солипсизма - мы можем предположить, что кроме нашего сознания никакого другого и нет, и что весь этот мир - сновидение, порожденное нашим сознанием. Но давайте не будем ударяться в грех солипсизма, а посмотрим на ещё один интересный мысленный эксперимент.
Мы можем представить себе зомби, обладающего точно таким же строением мозга как у нас, точно таким же интеллектом и памятью, но у которого не прокручивается то самое "внутреннее кино". Чтобы не путать концепт этого зомби с его голливудским кузеном, его обычно называют философским зомби. Так вот, по поведению такой зомби будет совершенно неотличим от нас, но сознания у него нет. Никакого способа узнать, есть ли у человека сознание или нет, не существует. Конечно, всегда можно спросить в лоб, и если человек не поймёт о каком "внутреннем кино" идет речь, можно предположить, что он - зомби, но полной уверенности этот способ не даёт. Применив этот метод к своим знакомым, я установил, что как минимум двое людей в моем окружении должно быть хотят скушать мои мозги.
Мысленный эксперимент с философскими зомби чем-то напоминает известный мысленный эксперимент по искусственному интеллекту - китайская комната.
Представим себе изолированную комнату, в которой находится Джон Сёрл, который не знает ни одного китайского иероглифа. Однако у него есть записанные в книге точные инструкции по манипуляции иероглифами вида «Возьмите такой-то иероглиф из корзинки номер один и поместите его рядом с таким-то иероглифом из корзинки номер два», но в этих инструкциях отсутствует информация о значении этих иероглифов и Сёрл просто следует этим инструкциям подобно компьютеру.
Наблюдатель, знающий китайские иероглифы, через щель передаёт в комнату иероглифы с вопросами, а на выходе ожидает получить осознанный ответ. Инструкция же составлена таким образом, что после применения всех шагов к иероглифам вопроса они преобразуются в иероглифы ответа. Фактически инструкция — это подобие компьютерного алгоритма, а Сёрл исполняет алгоритм так же, как его исполнил бы компьютер.
В такой ситуации наблюдатель может отправить в комнату любой осмысленный вопрос (например, «Какой цвет вам больше всего нравится?») и получить на него осмысленный ответ (например, «Синий»), как при разговоре с человеком, который свободно владеет китайской письменностью. При этом сам Сёрл не имеет никаких знаний об иероглифах и не может научиться ими пользоваться, поскольку не может узнать значение даже одного символа. Сёрл не понимает ни изначального вопроса, ни ответа, который сам составил. Наблюдатель, в свою очередь, может быть уверен, что в комнате находится человек, который знает и понимает иероглифы
В эксперименте китайская комната подобна философскому зомби - интеллектом она подобная человеку, но сознания у неё нет.
Хьюстон, у нас проблемы
Самым известным исследователем проблемы сознания является наш современник - австралийский философ Дэвид Чалмерс. Он разделил проблему сознания на две: легкую и трудную.
Легкая проблема сознания - это исследование абсолютно очевидной связи сознания и мозга. Она может быть решена научным методом - например, может быть исследовано электростимулирование какой-то зоны мозга на порождение чувство страха, а блокировка работы другой зоны мозга на пропажу слуха.
Трудная проблема сознания - это исследование природы квалиа и того, откуда сознание вообще берется. Эта проблема не подвластна науке, а потому изучается философией. Для лучшего понимания отличия трудной проблемы от легкой приведу пример: субъективная "краснота" и "солёность" никак не могут быть сведены к сведениям о работе мозга.
Другим аспектом проблемы сознания является исследование того, у кого из живых существ есть сознание. Мы уверены, что оно есть у нас самих. Мы считаем высоко вероятным, что оно есть и у других людей. Если оно есть у других людей, то оно скорее всего есть и у разумных животных: обезьян, собак, кошек. А вот есть ли сознание у червей или инфузории-туфельки? В этом мы уже совсем не уверены. А если сознание есть даже у бактерий, то оно в каком-то виде должно существовать и у молекул или даже элементарных частиц?
Особенный интерес для исследования представляют необычные случаи. Например, взрослые люди, потерявшие зрение, всё еще видят цветные сны. То есть несмотря на потерю возможности обрабатывать свет из внешних источников, квалиа цвета у них остается. А люди с некоторыми повреждениями мозга несут в себе несколько личностей ("раздвоение личности"), каждая из которых возможно обладает своим собственным независимым сознанием. И возможно, пока сознание одной личности видит сны, сознание второй сидит за пультом управления.
Убить нейросеть
В современной философии существует два основных подхода к трудной проблеме сознания.
Первый подход называется "эмерджментизм". Сторонники эмерджментизма считают, что трудной проблемы сознания на самом деле не существует, а само сознание - это лишь иллюзия, возникающая из-за некоторых особенностей работы нейронной сети нашего мозга. Сторонником такого подхода является известный американский когнитивист Дэниэл Деннет, однако большинство философов относятся к этой идее отрицательно, так как она противоречит фактам субъективного опыта.
Второй подход называется "панпсихизм". Сторонники панпсихизма считают, что сознание является неким фундаментальным свойством Вселенной как электрический заряд или спин, а любой физический процесс сопровождается появлением сознания. Правда, представить что чувствует ленточный червь, не представляется возможным.
Британский философ и математик Бертран Рассел описывал идею панпсихизма таким образом:
Если мышление состоит из определённых изменений поведения в соответствии с предшествующими событиями, то следует сказать, что дно реки мыслит, хотя его мышление является недоразвитым
Одной из самых популярных панпсихических гипотез является теория интегрированной информации. Она предполагает, что сознание появляется в ходе любых процессов обработки информации, и чем сложнее такие процессы, тем более сложное сознание возникает в их результате. Теория вводит метрику ϕ, рассчитывающуюся по особой формуле - чем больше у процесса ϕ, тем более сложное сознание возникает в его результате. Таким образом, из теории интегрированной информации следует, что у компьютерных нейронных сетей, по сложности равных сложности человеческого мозга, будет возникать сознание, похожее на человеческое. А у более простых нейронных сетей будет более простое сознание. Даже у вашего кода на JavaScript тоже могут быть чувства!
О сознании, панпсихизме и теории интегрированной информации отлично рассказал Дэвид Чалмерс на своем выступлении TED:
Если гипотеза панпсихизма и теория интегрированной информации верны, то мы можем придти к необычному выводу: отключение сознательной компьютерной нейронной сети от электропитания в этическом аспекте равно убийству человека. Что еще более интересно, у Вселенной целиком, как совокупности всех процессов обработки информации, тоже должно быть своё сознание, на порядок более сложное, чем человеческое. Это значит, что древнеиндийская философия была недалека от истины, рассказывая про Брахмана.
Как бы то ни было, наше сознание не поддается исследованию научным методом, и возможно, мы никогда не узнаем правду. Сознание поддается только интроспективному исследованию - взгляду внутрь себя самого. Наиболее развитым из таких методов является медитация.
Будда в подгузниках
Буддийские философы, исследующие природу нашего сознания, указали на интересную особенность: основное свойство нашего ума - различать и конструировать.
Сначала ум разделяет поток сенсорных данных, поступающих в наши органы чувств, на противоположности: свет и тьму, звук и тишину, солёность и сладость, позитивные эмоции и негативные эмоции. После ум разделяет сенсорные данные не просто на противоположности, а более тонко: свет разделяет на разные цвета, звук на разные высоты, сладость на разные привкусы, а позитивные эмоции на радость, восторг, облегчение, влюбленность и так далее. Также ум различает интенсивность: яркость света, громкость звука, уровень сладости, уровень восторга и так далее.
Далее ум из базовых единиц восприятия, полученных различающим умом, конструирует различные образы и идеи. Из цветных пятен ум конструирует образ лица, из набора звуков ум конструирует голос, а из образа лица и голоса ум конструирует говорящего человека. Именно так постигают мир младенцы: сначала они никак не обрабатывают входящий поток сенсорных данных, после учатся различать цветовые пятна, а после конструируют из этих пятен визуальные образы мамы, папы и других вещей, а далее в процессе взросления конструируют из всех полученных ими впечатлений еще более сложные идеи и концепции. Возможно, поэтому мы не помним первых лет нашей жизни - не потому что эти данные стерлись из нашей памяти, а потому что они являются потоком сырых сенсорных данных и абсолютно не вписываются в наши текущие концепции мышления.
Исходя из буддийской философии наше восприятие реальности можно разделить на несколько условных уровней:
Первый уровень - это повседневный уровень понимания вещей: на этом уровне мы воспринимаем чашку чая как чашку чая.
Второй уровень - это уровень понимания пустоты всех вещей: на этом уровне мы воспринимаем чашку чаю как иллюзию, сконструированную нашим умом из набора взаимоотношений базовых квалиа нашего субъективного опыта.
Третий уровень - это уровень понимания пустоты самих квалиа. На этом уровне мы уже не воспринимаем чашку чая, ведь никакой чашки чая нет, есть только набор сырых сенсорных данных, необработанных ни конструирующим, ни различающим умом.
Но какова внешняя реальность сама по себе, вне нашего восприятия? У нее нет и не может быть никаких характеристик, ее можно определить только через отрицание: у нее нет цвета - она невидима, у нее нет звука - она беззвучна, у нее нет пространства - она бесформенная, у нее нет времени - она вне времени, у нее нет ни запаха, ни вкуса, ни даже определенных концепций (ведь элементарные частицы, пространство-время и квантовые флуктуации существуют тоже исключительно в нашей голове). Внешняя реальность лишь отражается в нашем сознании как в зеркале. Буддисты верят, что выйдя с помощью медитации на этот запредельный уровень восприятия реальности, не описываемый никакими словами, человек пробуждается, обретает просветление и становится Буддой.
Таким образом, можно сказать, что младенцы изначально обладают природой Будды и находятся в нирване, но по мере взросления различающий и конструирующий ум строит для их сознания клетку из идей и концепций, ввергая их в круговорот страданий Сансары.
UPDATE: великолепный пост 2015 года про теории сознания: "Существует ли идеальный мир, в котором живёт наша душа? 10 научных взглядов на природу сознания".
