Несколько лет назад журнал Science составил список вопросов, которые, по мнению редакции, являются фундаментальными, но пока не имеют научного ответа. Первым стоял вопрос о происхождении Вселенной. Вторым – вопрос о природе сознания.
Уильям Джеймс, один из основоположников психологии, описывал сознание как «поток мысли» – непрерывное течение ощущений, мыслей, эмоций и переживаний, сливающихся воедино. По определению наш сознательный опыт – единственный доступный нам опыт. Неудивительно, что многие ошибочно полагают, будто все их выборы, действия и решения полностью определяются сознательными мыслями.
Хотя нам кажется, что решения и действия рождаются из сознательных мыслей, концепция нейронной сети предлагает иную перспективу: за наши решения и действия отвечают паттерны активации в мозге. Некоторые из этих паттернов мы воспринимаем как сознательные мысли. Сначала возникает активация, потом за ней следует сознание. Иногда.
Такой взгляд подтверждается одним из самых знаменитых экспериментов в истории нейронауки. В 1980-х годах исследователь Бенджамин Либет с коллегами предложили участникам сесть перед часами и совершать «быстрое, резкое сгибание пальцев и/или запястья правой руки», не планируя это движение заранее. В некоторых попытках участников просили назвать точное время, когда они впервые почувствовали желание пошевелиться. Исследователи регистрировали мозговую активность с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ), которая способна улавливать паттерны активации в коре головного мозга с высокой временной точностью. Оказалось, что бессознательная мозговая активность, связанная с движением, возникала примерно за 350 миллисекунд до того, как участники сообщали о том, что приняли осознанное решение пошевелить запястьем. Именно паттерн активации обозначал принятие решения о действии. Сознание же приходило примерно на треть секунды позже.
В этой книге мы построили множество нейронных сетей для исследования самых разных когнитивных явлений – восприятия, памяти, контекстуальных эффектов, принятия решений, семантического познания, языка, формального мышления и мотивации. Примечательно, что ни одна из этих сетей не потребовала от нас каких-либо допущений о природе сознания. Все они работали за счет распространения активации и изменения весов связей, причем оба этих процесса не зависят от сознательных мыслей или переживаний. В подтверждение этой идеи сегодня существуют агенты искусственного интеллекта, которые используют те же принципы – распространение активации и настройку весов связей – и успешно выполняют многие когнитивные функции. Для объяснения их выборов, действий и решений тоже не требуется привлекать понятие сознания.
Даже человеческое обучение может происходить без участия сознания. Исследователи показали, что пациенты под наркозом, не имевшие никаких сознательных переживаний во время анестезии, демонстрировали способность обучаться. Ученые зачитывали слова (например, трактор) пациентам прямо во время операции. После пробуждения пациентов просили дополнить начало слова (например, тра–) первым пришедшим на ум вариантом. Услышанное во время операции слово повышало вероятность того, что пациент использует именно его для завершения основы. Так, пациенты, слышавшие во время операции слово трактор, чаще произносили трактор, чем те, кому зачитывали слово трафик.
Если мы способны обучаться в полностью бессознательном состоянии, то не можем ли выполнять и все остальные наши действия без участия сознания? Внешне мы делали бы все то же самое, но без малейшего проблеска сознания. Попробуйте представить, что вы существуете как будто в глубоком сне и у вас полностью отсутствует субъективный сознательный опыт. При этом глаза открыты, вы как будто бодрствуете и можете вставать и передвигаться. Когда сигналы из внешнего мира поступают в вашу нейронную сеть через органы чувств, она генерирует практически те же паттерны активации и действия, что и в обычном сознательном состоянии. Когда зрительный сигнал от красной розы достигает глаз, нейронная сеть создает те же распределенные представления, что и при наличии сознания. На вопрос о цвете розы вы по-прежнему ответите «красный», но не будете переживать опыт восприятия красного цвета. Если вам покажут красную и желтую розы и спросят, одинаковые ли они по цвету, вы скажете, что разные, но без субъективного ощущения этого различия. Если система поиска побудит вас выпить кофе, вы протянете руку к чашке и сделаете глоток, но не будете осознавать ни желания, ни движения руки, ни самого глотка. Обучение будет происходить как обычно, веса связей будут меняться точно так же, как меняются сейчас. Это и есть жизнь без сознания.
Наверняка мало кто согласился бы на подобное существование. Мы черпаем смысл из сознания. Оно дарит нам ощущение себя как отдельной сущности, обособленной от окружающего мира. Оно создает то самое чувство «я», которое сохраняется на протяжении всей жизни. Если бы мы внезапно утратили сознательный опыт, сохранив все остальное, наша жизнь вряд ли соответствовала бы представлениям большинства людей о том, что значит быть живым, – пусть для стороннего наблюдателя наши действия и поведение остались бы прежними.
Впрочем, ощущение смысла и чувство идентичности не обязательно являются эволюционными императивами. Если все наше поведение и способность к обучению действительно можно реализовать без участия сознания, то в чем тогда его предназначение? Зачем оно вообще существует?
Возможно, одна из функций сознания – позволять нам маркировать предметы и переживания как приятные или болезненные. Сознательное ощущение удовольствия – например, от вкуса сочного фрукта – может повысить вероятность того, что организм будет искать такой фрукт в будущем. Сознательное ощущение боли – скажем, от ожога пламенем – снизит вероятность приближения к огню. Это один из способов объяснить нашу склонность стремиться к одним вещам и избегать других, хотя в нашем изложении этих механизмов ранее в главе мы не прибегали к такому объяснению.
Также может быть, что сознание служит нам для формирования явных, часто оформленных словами утверждений – например, «Я справедливый человек» или «Быть хорошим родителем – высшая ценность в жизни». Такие утверждения могут возникать из обобщения множества эпизодов, из наблюдения за поведением других людей или из прямых наставлений. Они могут быть объективно истинными или полезными, а могут и не быть, но, появившись однажды, способны оказывать огромное влияние на нашу жизнь. Они становятся руководящими принципами и могут блокировать формирование других, конкурирующих убеждений.
Некоторые исследователи предполагают, что сознание делает информацию глобально доступной для различных когнитивных систем и процессов мозга, обеспечивая интеграцию, координацию и гибкое использование этой информации для решения разных задач. Представьте, что вы неожиданно встречаете двоюродного брата в ресторане (и в полной мере это осознаете). Информация о его присутствии попадает в так называемое глобальное рабочее пространство, откуда транслируется различным системам мозга: системы памяти извлекают прошлый опыт и воспоминания, связанные с этим человеком; эмоциональные системы (в зависимости от отношений с родственником) запускают чувства радости или удивления; моторные системы инициируют ответную реакцию – улыбку или приветственный жест; речевые зоны готовят приветствие или начало разговора. Все эти системы стремительно активируются в ответ на глобальную трансляцию информации.
Все перечисленные функции сознания выглядят вполне резонными. Однако мы не видим причин, почему любая из этих (или схожих) функций не могла бы осуществляться без участия сознания. Метка удовольствия или боли могла бы быть просто признаком, который мы связываем с объектом, – таким же, как его цвет. Неясно, требуется ли именно субъективное переживание удовольствия для создания такой метки или формирования тенденции приближаться к объекту либо избегать его. Неясно также, должны ли убеждения быть осознанными, чтобы влиять на поведение. Наконец, обеспечить глобальную доступность информации в нейронной сети можно через связи между элементами. Неочевидно, что для такого обмена информацией необходимо сознательное восприятие.
Эти размышления и данные оставляют нас в состоянии интригующей неопределенности по вопросу о причинной роли сознания. Мы видим две равно привлекательные возможности. Первая: сознание сопровождает определенные состояния мозговой активности, но само по себе не выполняет никакой причинной функции сверх той, что выполняет мозговая активность. Это привлекательно с механистической точки зрения, поскольку согласуется с идеей о том, что именно нейронная активация, а не сознание как таковое является конечным механизмом всех аспектов нашего существа, включая способность размышлять о противоречии между разными взглядами на причинную роль сознания. С другой стороны, тот факт, что эволюция отбирает организмы, обладающие сознанием, заставляет нас не отвергать возможность того, что оно дает нам некое функциональное преимущество. В итоге мы допускаем, что сознание само по себе может играть причинную роль в управлении аспектами нейронной активности и поведения, которые способствуют нашему умению приспосабливаться и выживать, даже если точная природа этого преимущества пока не ясна.
Оставив в стороне вопрос «почему», обратимся к тому, что нейронные сети могут рассказать нам о том, когда возникает сознание и какое содержание попадает в сознательный опыт.
Здесь вырисовываются контуры ответа, хотя многие детали еще предстоит прояснить. Сознательный опыт, по-видимому, связан с устойчивой нейронной активностью, охватывающей сеть областей мозга, а содержание опыта зависит от конкретных паттернов активности внутри этих состояний. Такие паттерны могут формироваться благодаря взаимозависимым двусторонним взаимодействиям между популяциями нейронов в разных областях мозга – процессу, который мы назвали интерактивной активацией во второй части книги.
Изящное подтверждение этой идеи дают эксперименты с нейровизуализацией, в которых левому и правому глазу показывают разные изображения. Например, левый глаз видит изображение дома, а правый – лица. Что же мы осознанно воспринимаем при таком бинокулярном просмотре? Может быть, некую смесь лица и дома?
Вовсе нет. Вместо восприятия смешанного или наложенного изображения мозг переключается между двумя картинками: одна осознается, а другая остается за пределами сознательного восприятия. В нашем примере человек какое-то время видит дом, затем лицо, потом снова дом. Поразительно, что сигналы, поступающие в каждый глаз, остаются неизменными, а осознаваемое изображение непредсказуемо переключается туда-сюда.
С помощью нейровизуализации исследователи регистрировали мозговую активность участников, которые смотрели на лицо одним глазом и на дом – другим. Ученые сосредоточились на двух избирательных областях мозга: одна реагирует на лица, другая – на места, особенно на сцены со зданиями или домами. Оказалось, что, когда участник сообщал о восприятии лица, «лицевая» область демонстрировала высокую активность, а «пространственная» – нет. И наоборот: при восприятии дома активировалась область мест, а область лиц оставалась спокойной. Подобные эксперименты подтверждают, что определенные аспекты нейронной активности в мозге соответствуют нашему сознательному опыту.
Мы обсудили некоторые соображения о том, почему и когда может возникать сознание, но остается центральный вопрос, которого мы еще не касались: как оно возникает?
Активация нейронов – это физический процесс, основанный на распространении потенциалов действия и переносе ионов через мембрану. Как же эти физические процессы могут порождать субъективный опыт?
Мы не знаем!
Гипотез существует множество. Некоторые полагают, что даже простейшие физические системы обладают крупицами свойств опыта или протосознания. С их точки зрения, даже пылинка имеет некую, пусть ничтожно малую, способность воспринимать мир. Протосознание различных частиц материи якобы объединяется и каким-то образом порождает наш богатый и многогранный субъективный опыт.
Наш подход к моделированию нейронных сетей не предполагает, что простые физические системы обладают протосознанием, и, как мы убедились, даже без этого допущения можно объяснить очень многое. При этом мы признаем наличие у себя сознательного опыта и считаем полезным рассмотреть возможность того, что сознание, подобно другим когнитивным явлениям, возникает из взаимодействий внутри нейронной сети. Мы показали, что восприятие, память, контекстные эффекты, эмоции, принятие решений, понятийное знание, язык, логическое мышление, целенаправленное поведение и стремление к целям – все это можно истолковать как результат простых сетевых процессов (активации и изменения весов связей). Как мы видели, многие симуляции демонстрируют, что такие модели способны воспроизводить особенности нашего поведения и нейронных реакций в задачах, задействующих эти ментальные функции. Почему же с сознанием должно быть иначе? И все же понимание того, как процессы в нейронной сети порождают переживание сознания, по-прежнему от нас ускользает.
В этой главе мы предположили, что нейронные сети могут помочь нам глубже понять самые сложные аспекты нашего разума. Мы выдвинули идею, что логическое мышление, мотивированное поведение, включая стремление к целям, и даже наш сознательный опыт в конечном счете возникают из взаимодействующих процессов активации, которые разворачиваются в нейронных сетях нашего мозга. Остается много пробелов, многое еще предстоит понять, но мы чувствуем воодушевление и готовы двигаться вперед!
В следующей, заключительной главе мы рассмотрим некоторые следствия изложенной в предыдущих 10 главах концепции – как для нас самих, так и для искусственного интеллекта.