Сознание в физической перспективе

Хотя некоторые теории сознания возникли еще в глубокой древности, самые современные из них основываются на нейропсихологии и нейробиологии, пытаясь объяснить и предсказать осознанность с точки зрения событий, затрагивающих нейроны и происходящих в мозгу. Хотя некоторые из этих теорий дали определенные успешные прогнозы для нейронных коррелятов сознания, они не могут делать прогнозы о сознании машин и не стремятся к этому. Чтобы сделать скачок от человеческого мозга к машинам, нам понадобится обобщение нейронных коррелятов сознания — физические корреляты сознания, которые мы определим как устойчивые образования движущихся частиц, обладающие сознанием. Потому что если теория правильно предсказывает, что осознается и что не осознается, апеллируя только к физическим строительным блокам — таким, как элементарные частицы или силовые поля, то такая теория сможет делать предсказания не только для мозга, но и для иначе организованного вещества, включая будущие системы искусственного интеллекта. Поэтому давайте встанем теперь на физическую точку зрения: каким образом должно быть организовано множество частиц, чтобы оно было сознательно?

Но отсюда в действительности немедленно возникает еще один вопрос: каким образом нечто столь сложное, как сознание, может быть построено из чего-то столь простого, как частицы? Я думаю, что так происходит потому, что у самого этого явления имеются свойства, отличные от свойств составляющих его частиц. В физике мы называем такие явления «эмергентными» (от латинского emergo — возникать). Давайте попытаемся понять, что это такое, анализируя более простое эмергентное явление, чем сознание, — смачиваемость.

Капля воды смачивает, но этого не может ни кристалл льда, ни облако пара, несмотря на то, что молекулярный состав у них у всех один и тот же. Почему? Потому что свойство смачиваемости зависит только от расположения молекул. Абсолютно бессмысленно говорить, что одна молекула воды может что-то намочить: смачивание происходит только тогда, когда большое количество молекул организовано в нечто такое, что мы называем жидкостью. Поэтому все твердые тела, все жидкости и газы представляют собой эмергентные явления: они больше, чем сумма их частей, потому что имеют свойства, лежащие за пределами свойств последних. У них есть какие-то особенности, которых лишены составляющие их частицы.

Так же как и твердые тела, жидкости и газы, так же, я думаю, и сознание — эмергентное явление, свойства которого лежат за пределами свойств составляющих его частиц. Например, погружение в глубокий сон гасит сознание простой перестановкой частиц. Таким же образом мое сознание исчезнет, если я замерзну до смерти, из-за чего составляющие меня частицы расположатся менее удачным образом.

Когда вы соединяете вместе много частиц, образуя что-то новое, от воды до мозга, возникают и новые явления с наблюдаемыми свойствами. Мы, физики, любим изучать эти возникающие эмергентные свойства, которые часто могут быть идентифицированы с помощью небольшого набора чисел, — и вы можете просто пойти и измерить их: какова у возникшего вещества вязкость, какова сжимаемость и так далее. Например, если вещество оказалось настолько вязким, что даже проявляет жесткость, мы называем его твердым телом, в противном случае мы называем его текучим. И если оно текучее, но несжимаемое, то мы называем его жидкостью, в противном случае это газ или плазма, в зависимости от того, насколько хорошо оно проводит электричество.

Сознание как информация

Так могут ли быть аналогичные количественные характеристики, которые бы квантифицировали сознание? Итальянский нейробиолог Джулио Тонони предложил такую характеристику, которую назвал «интегральной информацией» и обозначил греческой буквой Ф (фи): она указывает, как много различных частей системы знают о существовании друг друга (см. рис. 8.5).

Я впервые встретился с Джулио в 2014 году на конференции по физике в Пуэрто-Рико, куда я пригласил его и Кристофа Коха, и он сразу поразил меня как глубоко ренессансная личность, образованная словно бы смешением Галилео Галилея и Леонардо да Винчи. Его мягкие манеры не могут скрыть его феноменального знания искусства, литературы и философии, а слава о его кулинарных талантах опережает его, куда бы он ни ехал. Один всемирно известный тележурналист однажды рассказывал мне, как Джулио всего за несколько минут соорудил салат, вкуснее которого он в жизни не пробовал. Но я очень быстро понял, что за его мягкими манерами скрывается бесстрашный интеллект, который не побоится следовать за данными, куда бы они ни повели его, независимо от предубеждений и табу истеблишмента. Так же, как Галилей создавал свою математическую теорию движения несмотря на растущее давление со стороны истеблишмента, противящегося отказу от геоцентризма, так и Джулио разработал наиболее точную к настоящему времени математическую теорию сознания, в основе которой его теория интегральной (интегрированной) информации (IIT).

Рис. 8.5

Для данного физического процесса, преобразующего с течением времени начальное состояние системы в какое-то новое состояние, его интегральная информация Ф представляет из себя меру невозможности разделить этот процесс на независимые части. Если состояние каждой части определяется только ее прошлым состоянием и не зависит от того, что происходило с другой частью, то Ф = 0: то есть то, что мы называли системой, вовсе ею не является, а представляет собой две независимые системы, не коммуницирующие друг с другом.

Я уже несколько десятилетий утверждаю, что сознание — это ощущение, возникающее при обработке информации определенным сложным образом. Теория интегральной информации вполне согласуется с этим утверждением, заменяя мою расплывчатую фразу «определенным сложным образом» более точным определением: обработка информации должна быть интегрированной, то есть Ф должно быть велико. И Джулио приводит аргумент столь же сильный, сколь и простой: сознательная система должна быть интегрирована в единое целое, потому что если она будет состоять из двух независимых частей, то эти две части будут чувствовать себя как две различные сознательные сущности, а не одна единая. Другими словами, если часть мозга или компьютера, ответственная за сознание, не может коммуницировать со всеми остальными, то все остальные части не смогут участвовать в формировании его субъективного опыта.

Джулио и его коллеги измерили упрощенную версию Ф при помощи электроэнцефалографа, определявшего отклик мозга на стимуляцию магнитным полем. Их «детектор сознания» и в самом деле очень хорошо работает: прибор показывал, что пациент в сознании, если он бодрствовал или дремал (находился в состоянии легкого сна со сновидениями), и что пациент без сознания, если он был под наркозом или в состоянии глубокого сна (без сновидений). Прибор даже установил наличие сознания у двух пациентов, страдающих от синдрома «запертого человека», которые не могли ни двигаться, ни общаться каким-либо нормальным способом. Так что такая технология может оказаться очень перспективной для врачебной практики, чтобы выяснять, какие пациенты находятся в сознании, а какие нет.