Ученые из Физтеха предложили новую теорию происхождения сознания

Предложенная теория эволюции саморепрезентаций рассматривает сознание как свойство саморегулирующихся сложных систем. Статья опубликована в журнале Frontiers in Human Neuroscience.

«Эта идея совместима с существующими теориями сознания, но, в отличие от них, она объясняет, как связаны между собой разные уровни сознания — внимание, обучение, сознательная обработка информации и т. п. Понимание таких связей важно и для нейронауки, и для проектирования искусственных систем», — прокомментировал руководитель Аналитического центра Института искусственного интеллекта МФТИ Игорь Пивоваров.

Как материя порождает сознание? Этот вопрос остается одним из центральных в философии, когнитивистике и исследованиях искусственного интеллекта. Важный шаг на пути его решения — определить, что представляют собой сознание, психика и субъектность, чем они различаются и как соотносятся. Тем не менее до сих пор в научной литературе эти понятия нередко используются как взаимозаменяемые, либо их определения кажутся противоречивыми.

Основная причина этого затруднения, по-видимому, в том, что многие подходы опираются либо на феноменологические описания, либо на сложные вычислительные абстракции, не предлагая конструктивного объяснения того, как эти феномены последовательно возникают из динамики системы. В результате остается неясным, как связать наблюдаемое поведение, внутренние механизмы и субъективный опыт в рамках единой теории.

Именно этот пробел стремился заполнить исследователь из МФТИ, разрабатывая свою теорию эволюции саморепрезентаций — TEVSER: 

«Теория эволюции саморепрезентаций (Theory of Evolving Self-Representations, TEVSER) — концептуальная рамка, описывающая, как регуляторные механизмы возрастающей сложности порождают психику, сознание и интеллект, и каким физическим и адаптивно-поведенческим особенностям они соответствуют. Хотя обсуждение сосредоточено на эволюции живых организмов, все те же регуляторные механизмы могут характеризовать и искусственные вычислительные системы», — пояснил Игорь Пивоваров.

В теории эволюции саморепрезентаций живой организм рассматривается как саморегулирующаяся система, поддерживающая гомеостаз. И в таких системах неизбежно возникает специальный механизм — саморепрезентация. По сути, это «модель системы» внутри самой системы, необходимая для регуляции, а неизбежность возникновения такой модели внутри системы доказывается математической теоремой о хорошем регуляторе. Такие механизмы последовательно развиваются в процессе эволюции от простых к все более сложным, образуя своего рода иерархию. Каждый последующий уровень саморепрезентаций соответствует более сложной и эффективной способности организма адаптироваться к окружающей среде. В этом контексте сознание определяется как свойство, возникающее на определенном этапе филогенеза и приобретающее все более сложную, развитую форму по мере эволюции живых организмов.

Иерархия регуляторных структур живых организмов, согласно предлагаемой исследователем модели, представляет собой одновременно и модель биологической эволюции, и функциональную карту возрастающей когнитивной сложности. Она служит мостом от примитивной регуляции к психике, субъективности, сознанию и высшему интеллекту. Всего автор выделяет 12 уровней саморепрезентирующих систем: от нулевого до 11-го. 

• На нулевом уровне устойчивые молекулярные соединения образуют замкнутые системы, способные поддерживать свою целостность посредством внутренних независимых механизмов регуляции. Речь идет о простейших молекулярных механизмах обратной связи, таких как способность поддерживать концентрацию ионов или pH внутри протоклетки. Такие прообразы живых организмов, предположительно, появились через несколько сотен миллионов лет после формирования нашей планеты. 
• Первый уровень — между регуляторными механизмами налаживается связь, формируется система, в которой сигналы об изменении среды, считываемые одним механизмом регуляции, могут влиять на другие. В результате организм способен реагировать на внешние факторы, исходя из совокупного состояния системы. Таким свойством обладают одноклеточные организмы: процессы, протекающие внутри клетки, координируются за счет ферментативных каскадов. Примерно 600 миллионов лет назад это свойство получило «апгрейд» — когда возникли многоклеточные организмы с нервной системой.
• На втором уровне сигналы, воспринимаемые нервной системой, начинают дифференцироваться в зависимости от их локализации. Организм теперь не только обрабатывает сигналы, но также может их различать и переживать. Возникает психика — в виде внутреннего структурированного пространства, вмещающего ощущения и эмоции. Это свойство многоклеточных организмов, возникших около 570 миллионов лет назад: у них развилась централизованная нервная система и ганглии — пространственно локализованные скопления нейронов, связанных с сигналами определенного типа, например температурными или тактильными.
• Третий уровень саморепрезентаций: возникает первичная форма субъектности — «субъект-здесь». Организм воспринимает себя как нечто обособленное от внешнего мира. И хотя эксплицитное представление о собственном существовании еще отсутствует, на этом этапе организм способен воспринимать мир «от первого лица». Как полагает Игорь Пивоваров, «субъектность зарождается с возникновением механизмов, позволяющих живому организму определять свое положение в пространстве»: «Для этого необходимо наличие стереоощущения, когда мозг обрабатывает парные сигналы и на основе сравнения сигналов определяет расстояние до объекта». Речь идет об организмах с парными органами чувств, появившихся около 550 миллионов лет назад. 
• Четвертый уровень: организм умеет формировать условные рефлексы, т. е. он способен обучаться и развивать новые механизмы адаптации в течение жизни. Условный рефлекс — не что иное, как устойчивая связь между двумя последовательными событиями: стимулом и реакцией. Такими характеристиками обладают двусторонне-симметричные живые организмы с рудиментарным передним мозгом.
• На пятом уровне появляется новая функция — внимание, механизм, с помощью которого система способна избирательно усиливать одни сигналы и подавлять другие. Поведение организма становится значительно эффективнее, ведь вместо того чтобы реагировать на все стимулы сразу, он может сфокусироваться на тех сигналах, которые наиболее значимы для поддержания гомеостаза в данный момент. Эволюционно этот уровень, скорее всего, был достигнут первыми позвоночными — около 500 миллионов лет назад. Их главный физиологический инструмент, позволяющий настраивать внимание,— подвижные глаза. 
• Шестой уровень. Обилие и многообразие сенсорной информации, достигнутое к пятому уровню саморепрезентаций, в свою очередь, требовало значительных ресурсов обработки и способности быстро реагировать, быстро принимать решения. Поэтому эволюция пошла в сторону развития механизмов, упрощающих восприятие сенсорной информации. 

Один из таких механизмов отвечал за способность воспринимать объекты, выделяя их из первичного потока ощущений: вместо того чтобы обрабатывать все поступающие сигналы, система сразу идентифицирует объект и работает с ним. Это значительно упрощает обработку информации и ускоряет реакцию.

Еще один механизм — память как способность хранить информацию о своих предыдущих состояниях. Эта разновидность памяти оказывается формой саморепрезентации во времени и связана с развитием такой формы субъективности, как «субъект-сейчас». Такие механизмы появились у амфибий, в чьем мозге развилась периренальная кора,— 370 миллионов лет назад.

• Седьмой уровень — появляется способность обучения с подкреплением. Развитие этого навыка основано на способности формировать причинно-следственные связи, которая в наиболее простой форме реализуется за счет формирования устойчивых нейронных связей. На седьмом уровне этот механизм усложняется: организм теперь умеет формировать длинные каузальные цепочки, а также оценивать их значимость и полезность: если за стимулом А последует реакция В, то это хорошо для меня, реакция С — будет плохо, а результат реакции D будет нейтральным. И если на предыдущих уровнях поведение было реактивным: организм стремился сохранить устойчивое состояние, то теперь принятие решений становится ценностно-ориентированным и основывается на максимизации пользы. Биологически эта способность связана с формированием базальных ганглий и дофаминовой системы у ранних рептилий — около 310 миллионов лет назад.
• На восьмом уровне формируется способность целеполагания. Организм может строить прогнозы и планы, предполагая возможные сценарии, формировать виртуальные цели. «В поведении наблюдаются своего рода самосбывающиеся пророчества: система избирает действия, направленные на достижение предпочтительных исходов, совместимых с прогнозами»,— комментирует Игорь Пивоваров. При этом мотивация и субъективно переживаемое желание достичь цели, с операциональной точки зрения, не что иное, как стремление системы минимизировать несовпадение между прогнозом и результатом. Эволюционно этот уровень соответствует появлению плацентарных млекопитающих около 70 миллионов лет назад. У этих животных ускоряется метаболизм, значительно возрастает число нейронов, увеличивается площадь коры головного мозга за счет появления извилин и формируется модулярная структура мозга — за его отделами закрепляются определенные функции. 
• На девятом уровне саморепрезентации организмы научаются выделять «своих» и «чужих». На этом уровне поведение перестает ориентироваться исключительно на среду и начинает опираться на взаимодействие с другими организмами. Если инородные объекты воспринимаются как потенциальная угроза, то сородичи — это те, с чьим поведением можно координироваться. Появляется способность предсказывать поведение и внутреннее состояние другого — способность представлять сознание другого. Наиболее ярко это проявляется у приматов за счет развитой префронтальной коры и зеркальных нейронов. Впрочем, эволюционно механизмы, обусловливающие групповое поведение, появляются значительно раньше — около 145 миллионов лет назад, в мезозойский период в качестве реакции на возрастающее число хищников. 
• Десятый уровень: возникает самосознание — «субъект-кто», модель собственного «я» в социальном пространстве, формируемая через взаимодействие с другими. Появляется рефлексивное внимание и осознание себя как уникальной личности. Таким свойством обладают высшие приматы с развитой префронтальной корой, в частности гоминиды, появившиеся примерно три-два миллиона лет назад. В онтогенезе человека префронтальная кора оформляется к трем годам.
• Наконец, на 11-м уровне появляется абстрактный символический интеллект. Саморепрезентация теперь может оперировать не только объектами и действиями, но и символами, которые можно произвольно комбинировать. Возникает язык, абстрактное мышление. В поведенческом плане это позволяет учиться на чужом описании внутренних моделей, передавать знания через поколения и формировать культуру. Такие поведенческие особенности появляются с развитием определенных разделов коры головного мозга — зоны Брока и области Вернике, тем не менее они являются функцией всей 11-ступенчатой иерархии. Это относительно недавнее эволюционное достижение, связанное с появлением Homo sapiens около 150–100 тысяч лет назад. 

Исходя из этого описания определяются ключевые понятия для нейронаук и когнитивных исследований.

• Психика — способность системы кодировать внешние сигналы, переводя их на свой внутренний язык: ощущения.
• Базовая форма сознания складывается из следующих компонентов: психика (появляется на втором уровне), внимание (пятый уровень), «субъект-здесь» (третий уровень) и «субъект-сейчас» (шестой уровень). Сознание возникает у эволюционирующих систем шестого уровня. Субъективный опыт такого организма образует «феноменологический мир» с пространственно-временной настройкой, воспринимаемый от первого лица и наполненный квалитативными ощущениями — «квалиа», которые могут произвольно входить в фокус внимания или вытесняться из него.
• Субъектность — составное свойство, включающее три компонента: «субъект-здесь» (внутренняя и внешняя пространственная локализация; внутренняя — от какой части своего тела организм получил сенсорный сигнал, и внешняя — где располагается организм относительно внешних предметов, которые он воспринимает), «субъект-сейчас» (выстраивание причинно-следственных связей, распознавание на основе предшествующего опыта) и «субъект-кто» (самосознание).
• Интеллект — способность не только реагировать на девиации, но и моделировать, оценивать и реализовывать желаемые будущие состояния, активно создавая среду для наиболее благоприятных состояний.

Определение этих характеристик живых организмов в операциональных терминах дает надежду на то, что в перспективе их можно перенести на искусственные носители, при условии что принципы их устройства и регуляторные механизмы будут соответствовать тем же 12 уровням саморепрезентаций.

«Меня много лет мучила неопределенность термина сознание, из-за которой множество споров между разными специалистами становятся спорами о терминологии, а не о сути явления. TEVSER начался как попытка разложить по полочкам отдельные составляющие сознания, но вдруг оказалось, что “разные полочки” удивительно хорошо соответствуют некоторым структурам мозга и определенным этапам в эволюции жизни. И в результате это вылилось в довольно стройную картину появления и постепенного эволюционного усложнения внутреннего мира живого существа, которую на определенном уровне сложности мы уже можем назвать сознанием. И теперь я надеюсь, что дискуссии можно вести намного конструктивнее, например вместо вопроса, есть ли у моллюска сознание, теперь можно задать вопрос: а какие уровни саморепрезентации проявлены у этого моллюска и что отсюда следует? И TEVSER намечает конструктивный путь к созданию искусственных агентов нового поколения с искусственной психикой и сознанием», — резюмировал Игорь Пивоваров.

Институт искусственного интеллекта (ИИИ) — прикладной научно-технологический институт в составе МФТИ, обеспечивающий полный цикл создания научных результатов, технологий, опытных решений, продуктов и новых бизнесов в области ИИ и робототехники. Институт не только разрабатывает и внедряет передовые технологии ИИ для решения приоритетных задач экономики РФ, но и готовит лидеров, способных отвечать на ключевые научно-технические вызовы и определять успех России.

Доклад Игоря Пивоварова о теории эволюции саморепрезентаций вошел в программу конференции Нейроинформатика-2026, которая будет проходить 19–23 октября.

ФизТех

720 статей

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram