Наш мозг не компьютер

Как только не объяснял человек природу своего сознания и мышления на протяжении истории, начиная с библейской легенды о «сотворении тела из глины и заселении его духом» и заканчивая довлеющей на сегодня парадигмой «наш мозг — это обработчик информации, подобный компьютеру». И если все прошлые аналогии уже практически исчерпали веру в себя, то с последней вопрос стоит остро, ведь многие специалисты по нейробиологии не согласны и считают ее в корне ошибочной.

Как бы ни старались ученые-исследователи головного мозга и когнитивные психологи, им никогда не найти в человеческом мозге копию 5-й симфонии Бетховена – равно как копии слов, изображений, грамматических правил или любых других видов экзогенных стимулов. Бесспорно, человеческий мозг устроен сложно, но он не содержит большую часть из того, что, как многим кажется, в нем есть – даже таких простых вещей как «воспоминания».

Предпосылки

Наше ошибочное понимание головного мозга уходит глубоко в историю, но с момента изобретения электронных вычислительных машин в 40-е годы все стало еще более запутанным. Уже более половины столетия психологи, лингвисты, нейроученые и другие эксперты по человеческому поведению утверждают, что наш мозг работает подобно компьютеру.

Чтобы понять, насколько бессмысленна эта идея, рассмотрим работу мозга младенцев. Вследствие эволюционного развития человек, как и все другие виды млекопитающих, приходит в мир подготовленным к эффективному взаимодействию с ним. Зрение младенца хоть и размыто, но в нем особое внимание выделяется лицам, среди которых он способен быстро распознать свою мать. Кроме того, новорожденный уделяет больше внимания голосам, нежели прочим звукам, и может различать базовые речевые единицы. Мы без всякого сомнения созданы для социального взаимодействия.

Здоровый младенец также изначально обеспечен набором рефлексов – готовыми реакциями на конкретные стимулы, необходимыми для его выживания. Он поворачивает голову в направлении того, что касается его щеки и начинает сосать то, что попадает ему в рот. При погружении в воду он задерживает дыхание. Если положить что-либо в его ручки, он схватывает это так сильно, что практически может выдержать собственный вес.

Самое же важное в том, что новорожденные изначально снабжены мощными механизмами обучения, которые позволяют им быстро меняться для наиболее эффективного взаимодействия с окружающим миром, даже если этот мир сильно отличается от того, в котором проживали их далекие предки.

Органы чувств, рефлексы и механизмы обучения – вот наш стартовый комплект. И если задуматься, то это очень много. Будь мы при рождении лишены любой из этих способностей, то с выживанием бы у нас возникли серьезные трудности.

А вот чего у нас от рождения нет: информации, данных, правил, программного обеспечения, знаний, лексического запаса, представлений, алгоритмов, моделей, воспоминаний, процессоров, подзадач, декодеров, символов или буферов – элементов дизайна, позволяющих компьютерам демонстрировать околоразумное поведение. Причем мы не просто не рождаемся со всеми этими вещами, но и не вырабатываем их – никогда.

Мы не храним слова или правила, которые указывают нам, как этими словами оперировать. Мы не создаем представления визуальных стимулов, не сохраняем их в буфере краткосрочной памяти, и не переносим затем эти представления в устройство долгосрочного хранения. Мы не извлекаем информацию, образы или слова из регистров памяти. Компьютеры делают все это, но не живые организмы.

Компьютеры в прямом смысле обрабатывают информацию – числа, буквы, слова, формулы, изображения. Сначала эту информацию необходимо закодировать в пригодный для использования компьютерами формат, то есть в паттерны из нулей и единиц (биты), организованные в небольшие фрагменты (байты). На моем ПК каждый байт содержит 8 бит, и определенный паттерн этих битов означает букву d, другой букву o, еще один букву g. Бок-о-бок эти три байта формируют слово dog.

Одно простое изображение – скажем, фотография моего кота Генри на рабочем столе – представлен особым паттерном из миллиона таких байтов (одним мегабайтом), окруженным специальными символами, которые указывают компьютеру, что нужно ожидать изображение, а не слово.

Компьютеры в прямом смысле перемещают эти паттерны с места на место в различных областях физических хранилищ, вытравленных в электронных компонентах. Иногда они также копируют эти паттерны, а иногда различным образом преобразуют их – например, когда мы исправляем ошибки в документе или ретушируем фотографию. Правила, которыми компьютеры руководствуются для перемещения, копирования и работы с этими массивами данных, также хранятся в самих компьютерах. В комплексе такой набор правил называется «программой» или «алгоритмом».

Совокупные группы алгоритмов, реализующие нужные нам действия – покупку акций на бирже или назначение свидания через сайт знакомств – называются «приложением».

Прошу прощения за это базовое введение во всем известные компьютерные принципы, но мне хочется ясно выразить мысль: компьютеры действительно работают с символьными представлениями слова. Они действительно сохраняют и извлекают. Они на самом деле обрабатывают. У них на самом деле есть физические воспоминания. Все их действия, без исключения, реально управляются алгоритмами.

Если же говорить о людях, то они этого не делают – никогда не делали и никогда не будут. Почему же так много ученых умов рассуждают о нашей ментальной жизни, сравнивая нас с компьютерами?

Исторические аналогии

В своей книге «In Our Own Image» (2015) эксперт по искусственному интеллекту Джордж Заркадакис описывает шесть различных аналогий, которые люди придумывали в течение последних 2,000 лет в попытке описать человеческий разум.

Первая из них, сохраненная в Библии, гласит, что люди были сотворены из глины или грязи, которую затем разумный Бог населил духом. Этот дух и объяснял нашу разумность.

Появление гидравлической инженерии в третьем веке до н.э. привело к популяризации гидравлической модели человеческого разума. Ее идея заключалась в том, что за наше физическое и ментальное функционирование отвечает поток различных телесных жидкостей. Гидравлическая метафора довлела на протяжении более 1,600 лет и все это время препятствовала медицинской практике.

К 16-му веку была выработана модель на основе пружин и шестеренок, в результате чего ведущие мыслители той эпохи, такие как Рене Декарт, утвердили, что человек является сложной машиной. В 17-м веке философ Томас Хоббс предположил, что мышление порождается за счет мелких механических движений в мозге. К 18-му веку открытия в области электричества и химии привели к появлению новых теорий о природе человеческого разума – опять же, по своей сути очень образных. В середине 19-го века, вдохновленный последними достижениями в сфере средств связи, немецкий физик Германн фон Гельмгольц сравнил мозг человека с телеграфом.

Математик Джон фон Нейман прямо заявил, что функция человеческой нервной системы «на первый взгляд цифровая», проведя параллель между компонентами вычислительных машин того времени и компонентами человеческого мозга.

Каждая из приведенных аналогий отражала передовое мышление своей эпохи. Вполне предсказуемо, что спустя всего несколько лет после восхода компьютерных технологий в 40-х годах 20-го столетия работу мозга сравнили с компьютером. В этой модели роль аппаратного обеспечения выполнял сам мозг, а мысли служили его программным наполнением.

Знаковым событием, положившим начало того, что теперь именуется «когнитивной наукой», стала публикация психолога Джорджа Миллера «Language and Communication» (1951). Миллер предположил, что ментальный мир можно тщательно изучить с помощью принципов из теории информации, вычислительной науки и лингвистики.

Пика своей выразительности эта модель достигла в небольшой книге «The Computer and the Brain» (1958), в которой математик Джон фон Нейман заявил, что функция человеческой нервной системы «prima facie цифровая». Нейман признавал, что фактически о роли мозга в функционировании мышления и памяти известно мало, но все же одну за другой проводил параллели между его компонентами и компонентами вычислительных машин того времени.

Движимое последующими достижениями в компьютерных технологиях и исследованиях мозга, амбициозное междисциплинарное стремление понять природу человеческого разума развилось и утвердилось в виде идеи, что люди, подобно компьютерам, являются обработчиками информации.

Сегодня же этой идее привержены тысячи исследователей, она поглощает миллиарды долларов финансирования и уже породила множество литературы, включая как технические, так и массовые статьи и книги.

К примеру, в своей книге «How to create a mind: The Secret of Human Thought Revealed» (2013) Рэй Курцвейл иллюстрирует эту модель, рассуждая на тему «алгоритмов» мозга, а также его принципов «обработки данных», и даже отмечает его внешнее структурное сходство с интегральными схемами.

Сегодня же это представление, что человеческий разум является просто обработчиком информации, доминирует и в быту, и в научных кругах. Оно всплывает практически во всех дискурсах на тему разумного человеческого поведения, также как в прошлые эпохи подобные дискурсы на проходили без отсылки к духу или божественности. Достоверность данной модели в современном мире, как правило, принимается без оспаривания.

Но эта аналогия, в конце концов, является просто очередной аналогией – историей, которую мы рассказываем друг-другу, чтобы придать смысл тому, чего на самом деле не понимаем. Так что, как это было со всеми предшествовавшими ей сравнительными моделями, однажды на ее смену либо придет другая, либо воцарится истинное знание.

Где-то год назад во время визита в один очень престижный исследовательский институт мирового уровня я призвал местных ученых описать разумность человеческого поведения без какой-либо отсылки к аспектам «обработки информации». Они не смогли. А когда я вежливо вернулся к этому вопросу в ходе последующего электронного общения, то даже спустя несколько месяцев им все еще было нечего сказать. Они видели проблему. Они не отбрасывали этот вызов как несущественный. Но при этом и не могли предложить альтернативу. Говоря иначе, аналогия об «обработке информации» очень «назойлива». Она загромождает наше мышление языком и идеями, настолько сильными, что рассуждать в их обход уже не получается.

Причем определить ложность, стоящую за аналогией с обработкой информации, достаточно просто. Она основана на ошибочном силлогизме, в котором из двух разумных предпосылок делается ложный вывод. Разумная предпосылка #1: все компьютеры способны к разумному поведению. Разумная предпосылка #2: все компьютеры являются обработчиками информации. Ложный вывод: все сущности, способные к разумному поведению, являются обработчиками информации.

Если отбросить формальный язык, то идея, что люди должны являться обработчиками информации только потому, что ими являются компьютеры, просто глупа. И когда однажды от этой аналогии все же откажутся, для историков она будет однозначно выглядеть именно таковой, ровно как сейчас для нас выглядит глупым сравнение людей с гидравлическими машинами.

Но раз эта метафора столь глупа, почему же она так назойлива? Что мешает ее отклонить, подобно ветви, преградившей наш путь? Есть ли способ понять человеческий разум, не опираясь на шаткий костыль интеллекта? И какую мы уже успели заплатить цену за столь долгое использование конкретно этого костыля? Им руководствовались многие ученые умы и мыслители в разных областях науки в течение десятилетий. Какой ценой?

Наглядное упражнение

Уже не первый год я практикую в классах любопытное упражнение, приглашая к доске студента с просьбой нарисовать детальное изображение долларовой купюры – максимально детальное. Когда студент заканчивает, я закрываю это изображение листом бумаги, достаю соответствующую купюру из бумажника, креплю ее на доске и прошу студента повторить процесс уже по образцу. Когда он в очередной раз завершает рисование, я раскрываю первый рисунок и прошу аудиторию прокомментировать отличия.

Предположив, что подобную демонстрацию вы могли никогда не видеть, а также для того, чтобы помочь представить ее результат, я попросил Джинни Хён, одну из моих интернов в институте, где провожу исследования, нарисовать два таких изображения. Вот ее рисунок «из памяти»:

А вот что она нарисовала следом по образцу купюры:

Джинни, как наверняка и вы, была удивлена результатом, но это типичная ситуация. Как видите, рисунок из памяти совсем никчемен в сравнении с его альтернативой, полученной по образцу несмотря на то, что Джинни видела эту купюру тысячи раз.

В чем же проблема? Разве у нас в «регистре памяти» не хранится «представление» этой денежной единицы? Разве мы не можем просто «извлечь» ее и использовать для рисования?
Очевидно, нет. И даже за тысячу лет нейроисследований мы не сможем найти в человеческом мозге сохраненного представления долларовой купюры по одной простой причине – его там нет.

Многие научные труды по исследованию головного мозга сообщают нам, что даже в наиболее обыденных, связанных с памятью задачах задействуется по несколько областей мозга. В случаях, когда человек подвержен сильным эмоциям, повышается активность миллионов нейронов.

В 2016 году группа специалистов из Университета Торонто под руководством нейропсихолога Брайана Левина провела исследование выживших после авиакатастрофы людей.

В результате специалисты выяснили, что воспоминания пассажиров о крушении вызывали повышенную активность в «миндалевидном теле, медиальной височной доле, переднем и заднем отделе средней части мозга, а также в зрительной коре».

Определенный круг ученых утверждает идею, что конкретные воспоминания неким образом сохраняются в отдельных нейронах. Но это абсурд, поскольку подобное утверждение, наоборот, переносит проблему с пониманием памяти на еще более сложный уровень: как и где тогда сохраняются воспоминания в клетке?

Так что же происходит, когда Джинни рисует изображение доллара при его отсутствии? Если бы она его раньше не видела, то ее первый рисунок наверняка бы даже не был похож на второе изображение. Тем не менее то, что она уже видела эту купюру ранее, некоторым образом изменило Дженни. В частности, ее мозг изменился так, что позволил ей визуализировать изображение доллара – то есть воспроизводить опыт его наблюдения, по крайней мере, до определенной степени.

Разница между двумя полученными изображениями напоминает нам, что визуализация чего-либо намного менее точна, чем прямое видение объекта. Именно поэтому мы гораздо лучше справляемся с узнаванием, чем со вспоминанием. Когда мы что-либо вспоминаем, то стараемся перепрожить некий опыт. Но если мы что-либо узнаем, то нам требуется просто определить сам факт проживания в прошлом этого опыта.

Вы можете не согласиться с предложенной демонстрацией. Джинни видела доллары ранее, но не предпринимала намеренного усилия по «запоминанию» деталей этих купюр. Можно заявить, что если бы она старалась это сделать, то наверняка нарисовала бы второе изображение и в отсутствии образца.

Но даже в таком случае изображение доллара не сохраняется в голове Джинни в каком бы то ни было смысле. Она просто стала более подготовлена к его точному воспроизведению аналогично тому, как пианист с помощью практики становится более подготовлен к выступлению на концерте, не прибегая к «проглатыванию» копии партитуры.

Приведенное мной упражнение может стать основой для построения свободной от аналогий теории о разумности человеческого поведения.

Альтернативный взгляд и перспективы

В ходе своей жизни и взаимодействия с миром мы постоянно изменяемся под воздействием различных опытов, среди которых стоит выделить три основных:

1. Мы наблюдаем происходящее вокруг (поведение других людей, звуки музыки, направленные в наш адрес инструкции, слова на страницах, изображения на экранах).
2. Мы окружены сочетаниями второстепенных стимулов (например, отдаленных голосов) с первостепенными (например, остановившейся перед нами полицейской машиной).
3. Мы получаем награды или наказания за проявление того или иного поведения.

Человек преуспевает в жизни, если меняется сообразно этим опытам – если выучивает на память стих или песню, если вырабатывает навык следовать инструкциям, если правильно реагирует на второстепенные и первостепенные стимулы, если избегает поведения, за которое наказывают, и чаще ведет себя так, чтобы его награждали.

Несмотря на вводящие в заблуждение утверждения, никто в действительности не знает, как именно меняется наш мозг после заучивания песни или стишка. Но однозначно ничто из этого в нем не «сохраняется». Мозг просто претерпевает упорядоченные изменения, открывающие в нас возможность петь песню или читать стих в определенных условиях. Когда дело доходит до действия, ни песня, ни стих ни в каком смысле не «извлекаются» откуда-то из мозга, как не извлекаются мои движения, когда я стучу пальцами по столу. Мы просто поем или читаем – без всякого извлечения.

Несколько лет назад я спросил Эрика Кэндела, нейроученого из Университета Колумбии – получившего Нобелевскую премию за обнаружение химических изменений, происходящих в синапсах нейронов морских зайцев после заучивания ими чего-либо – как долго, по его мнению, нам еще предстоит разбираться в принципе работы человеческой памяти. Он, не задумываясь, ответил: «Сто лет». Тогда мне не пришло в голову спросить его о том, не замедляет ли наш прогресс аналогия с обработкой информации, но некоторые нейроученые уже всерьез начинают сомневаться в ее достоверности и непоколебимости.

Ряд когнитивистов – в частности, Энтони Чемеро из Университета Цинцинатти, автор «Radical Embodied Cognitive Science» (2009) – полностью отвергают идею, что человеческий мозг функционирует аналогично компьютеру. Распространенная модель гласит, что мы, подобно компьютерам, составляем картину мира путем выполнения вычислений над его ментальными представлениями. Однако Чемеро и прочие единомышленники описывают другой способ интерпретации разумного поведения – а именно, как прямого взаимодействия между организмами и их миром.

Разительность отличий между аналогией с обработкой информации и тем, что некоторые сейчас называют «непрезентативной теорией функционирования человека», удачно демонстрируется сопоставлением двух способов объяснения процесса ловли бейсболистом летящего мяча.

Это красиво описывает Майкл МакБит со своими коллегами из Университета штата Аризона в работе 1995 года, опубликованной в журнале «Science». Модель обработки информации требует, чтобы игрок оценивал различные начальные условия полета меча – силу толчка, угол траектории его полета и все прочее – затем создавал и анализировал внутреннюю модель пути, вдоль которого мяч вероятнее всего будет лететь, после чего использовал эту модель для направления движений и их непрерывной подстройки во времени, чтобы в итоге мяч перехватить.

Все бы было легко и просто, функционируй мы как компьютеры, но МакБит и его коллеги привели простую альтернативу: чтобы поймать мяч, игроку просто нужно продолжать двигаться так, чтобы мяч постоянно оставался видим относительно основной базы и окружающей обстановки (говоря технически, находился на «линейной оптической траектории»). Звучит сложновато, но на деле процесс очень прост и совершенно лишен вычислений, представлений и алгоритмов.

Два увлеченных профессора из Лидского университета Беккета в Великобритании – Эндрю Уилсон и Сабрина Голонка – причисляют пример с бейсболом ко многим другим, которые можно легко и осмысленно рассмотреть вне теории обработки информации. Они уже много лет ведут блог о том, что называют «более целостным и естественным подходом к научному изучению человеческого поведения…разнящимся с доминирующим подходом когнитивной нейробиологии».

И все же это далеко не организованное движение. Ведущие идеи когнитивной науки продолжают зиждиться на аналогии об обработке информации, и некоторые из влиятельных мировых мыслителей даже сделали серьезные прогнозы относительно будущего человека, которое зависит от действительности данной аналогии.

Один из прогнозов – высказанный, среди прочих, футуристом Курцвейлом, физиком Стивеном Хокингом и нейроученым Рэндалом Коеном – гласит, что ввиду предположительного сходства человеческого разума с компьютерным ПО наши сознания вскоре можно будет загружать в компьютер, среди электронных цепей которого мы получим безграничное интеллектуальное могущество и, весьма вероятно, бессмертие. На основе этой идеи даже был написан сюжет для дистопичного кинофильма «Превосходство» (2014), где в роли подобного Курцвелу ученого снялся Джонни Депп. Согласно сюжету, разум этого ученого был загружен в интернет, что привело к чудовищным последствиям для всего человечества.

К счастью, поскольку аналогия с обработкой информации не верна даже отчасти, нам никогда не придется переживать о возможном бесчинстве человеческого разума в киберпространстве. Правда, увы, бессмертия посредством загрузки в компьютер мы тоже не получим. Хотя причина не только в отсутствии программ разумности в мозге – есть здесь проблема и поглубже, назовем ее проблемой уникальности, которая вдохновляет и расстраивает одновременно.

Раз в мозге не существует ни «банков памяти», ни «представлений» стимулов, а для функционирования в мире нам требуется лишь его упорядоченное изменение на основе проживаемого опыта, то нет оснований полагать, что один и тот же опыт повлияет на двух людей одинаково. Если мы с вами посетим концерт, где прослушаем, к примеру, 5-ю симфонию Бетховена, то изменения в моем мозге определенно будут отличаться от изменений в вашем. Эти изменения, какими бы они ни были, строятся на уже имеющейся уникальной структуре нейронов, каждая из которых вырабатывается индивидуальным жизненным опытом.

Именно поэтому, как Сэр Фредерик Бартлетт показал в своей книге «Remembering» (1932), никогда два человека не перескажут только что услышанную ими историю одинаково. И поэтому с течением времени их пересказы будут все более и более отличаться. Никакой «копии» истории никогда не создается. Вместо этого каждый человек, услышав эту историю, в некоторой степени меняется – достаточно для того, чтобы при последующей просьбе пересказать ее (иногда спустя дни, месяцы и даже годы, после того, как Бартлетт впервые прочел ему эту историю) – он может до некоторой степени перепрожить опыт ее прослушивания, хотя уже не так хорошо (вспомним картинку доллара на доске).

Полагаю, что это вдохновляет, так как означает, что каждый из нас поистине уникален, причем не только в генах, но даже в происходящих со временем изменениях мозга. Хотя есть здесь и удручающая сторона, ведь перед нейроучеными это ставит чрезвычайно сложную задачу. При проживании любого опыта изменение мозга может затрагивать тысячи нейронов, миллионы и даже всю его структуру, а сам паттерн изменения будет индивидуален для каждого человека.

Бессмысленность моделирования

Все серьезно настолько, что даже будь у нас возможность получить снимок состояния всех 86 миллиардов нейронов, после чего имитировать состояние этих нейронов на компьютере, то подобный обширный шаблон не имел бы никакого значения вне самого тела, его породившего. В этом, пожалуй, и кроется наиболее глубокое заблуждение аналогии с обработкой информации, исказившее наше представление о функционировании человека. Если компьютеры хранят точные копии информации – копии, способные оставаться в неизменном виде длительные промежутки времени, даже при отключении питания – то мозг поддерживает работу интеллекта только пока остается жив. У него нет кнопки вкл/выкл — либо мозг работает, либо мы исчезаем.

Скажу более, как указал нейробиолог Стивен Роуз в книге «The Future of the Brain» (2005), снимок текущего состояния человеческого мозга окажется бессмысленным, если не знать всю историю жизни его владельца – в том числе детали социального контекста, в котором он вырос.

Представьте себе сложность задачи. Чтобы понять хотя бы базовые принципы поддержания мозгом работы интеллекта, нам может потребоваться знать не только текущее состояние 86 миллиардов нейронов и 100 триллионов их связей, не только различия в силе этих связей и не только состояния более, чем 1,000 белков, существующих в каждой точки сопряжения, но и то, какую роль играет ежемоментная активность мозга во всей целостной системе.

А теперь прибавьте сюда индивидуальность каждого мозга, отчасти обусловленную уникальностью истории жизни каждого человека, и тогда прогнозы Кэндела покажутся чрезвычайно оптимистичными. (Нейроученый Кеннет Миллер в своей авторской колонке журнала «The New York Times» предположил, что науке потребуются столетия, только чтобы разобраться в базовых принципах организации нейронных связей).

Тем временем огромные средства выделяются на исследования мозга, зачастую основанные на ложных идеях и обещаниях. Самый скандальный случай провала эксперимента в области нейронауки был изложен в докладе, опубликованном в журнале «Scientific American», где речь идет о проекте «Human Brain» с бюджетом в $1.3 миллиарда, запущенном Евросоюзом в 2013 году.

Проект основал израильский харизматичный нейробиолог Генри Маркрам, которому удалось убедить членов Евросоюза в том, что к 2023 году он сможет создать компьютерную модель всего головного мозга человека. По его словам, эта модель должна была произвести революцию в области лечения болезни Альцгеймера и других психических недугов. Маркрам получил полное одобрение своей программы практически без ограничений, а также $1.3 миллиарда поддержки. Однако не прошло и двух лет, как проект зашел в тупик, и Маркрама попросили отступиться.

Мы организмы, не компьютеры, и это необходимо принять. Лучше сосредоточиться на попытках понять себя, но не нагромождать это понимание излишним интеллектуальным багажом. Аналогия с обработкой информации существует уже пол века, но за все это время практически не внесла полезных открытий. Не пора ли уже нажать DELETE?