В книге Анила Сета ‘Быть собой. Новая теория сознания‘ мой интерес привлекло описание экспериментов, результаты которых предполагается использовать для диагностики о нахождении человека в сознании; описание теории интегрированной информации Джулио Тонони и принципа свободной энергии Карла Фристона. Ниже несколько цитат с комментариями.
Методика замера ответного импульса и индекс сложности возмущений
‘сознание зависит не от деятельности мозга в целом, а от коммуникации разных его частей между собой. … Новейшие и самые потрясающие подходы к измерению уровня сознания и поисков способа отличить его от бодрствования основываются на отслеживании и количественной оценке этого взаимодействия. … Основоположником этого нового подхода стал итальянский нейробиолог Марчелло Массимини.’
‘Решение они нашли простое и элегантное. Чтобы проверить, как коммуницируют друг с другом разные отделы коры, они стимулировали активность в одной ее области и фиксировали пространственно-временное распространение этой активности в другие. Для этого они применяли две технологии – ЭЭГ и транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС). С помощью аппарата ТМС – точно контролируемого электромагнита – исследователь посылает короткий и резкий импульс непосредственно в мозг сквозь череп, а ЭЭГ позволяет зафиксировать реакцию мозга на этот импульс. Это примерно как ударить по мозгу электрическим молотком и слушать эхо.’
‘по-настоящему в этом подходе поражает именно то, что сложность ответного импульса поддается количественной оценке. То есть величину сложности можно обозначить неким числом. Этот метод называется zap-and-zip («разряд и сжатие») – ТМС воздействует разрядом (zap) на кору мозга, затем компьютерный алгоритм обрабатывает полученную реакцию, электрическое эхо, и сжимает ее (zip) в одно-единственное число.’
‘Установить алгоритмическую сложность для любой заданной последовательности позволяет алгоритм сжатия, вычисляющий так называемую сложность Лемпеля – Зива – Велча (или, если кратко, сложность ЛЗВ). Массимини и его команда назвали способ замера ответного импульса, фиксируемого в ходе экспериментов, индексом сложности возмущений (ИСВ). Он дает возможность с помощью алгоритма ЛЗВ высчитать величину (индекс) алгоритмической сложности реакции мозга на возмущение, то есть на импульс ТМС.’
Полученные данные хорошо коррелируют с уровнем сознания и, как пишут, позволяют отличить вегетативное состояние в коме от состояния минимального сознания. Правда, самое большое значение такого индекса получается после принятия наркотических средств. Интерпретация такого результата Анилом Сетом связана с тем, что максимальная сложность соответствует случайной последовательности и что в этом случае теряется координация между разными областями мозга. Поэтому нормальный уровень сознания характеризуется средним уровнем сложности по этой шкале.
Теория интегрированной информации (ТИИ) Джулио Тонони
Мне понравилось изложение идей Тонони в книге Анила Сета:
‘Ядро ТИИ – это величина «Φ» (греческая «фи»). Проще всего представлять себе Ф как показатель того, насколько система с точки зрения информативности «больше суммы» своих частей. … Показатель Ф в ТИИ обозначает количество информации, порожденной системой «в целом» помимо и сверх количества, порождаемого ее частями по отдельности. На этой основе строится основной постулат теории – «система сознательна в той мере, в какой ее целое порождает больше информации, чем ее части».’
Тонони ищет функцию, которая позволит определить информацию, присущую физической системе. В результате непонятно, каким образом можно померить предлагаемую им функцию, поскольку наблюдения за системой недостаточно:
‘нужно знать все различные варианты поведения системы, даже если на самом деле ее поведение реализуется не во всех.’
‘Подступиться к такому измерению можно двумя способами. Первый – воздействовать на систему всеми возможными способами и смотреть, что получится, примерно как ребенок нажимает на новой игрушке все кнопки подряд и смотрит, что она умеет. Второй – вывести распределение максимальной энтропии из исчерпывающего, полного знания о физическом механизме системы, ее «причинно-следственной структуре».’
Другая проблема заключается в том, что для сравнения поведения системы с поведением суммы ее частей необходимо решить, каким образом система должна быть разделена на подсистемы. Поэтому непонятно, можно ли будет использовать идеи Тонони на практике, но по крайней мере стало более понятно, про что идет речь.
Принцип свободной энергии (ПСЭ) Карла Фристона
Совсем недавно читал про этот принцип и видимо поэтому информация из книги Анила Сета пришлась по душе.
‘Отчасти все осложнил гигантский размах. Первое, чем поражает принцип свободной энергии, – огромными масштабами идеи. Она объединяет понятия, мысли и методы из области биологии, физики, статистики, нейронаук, инженерии, машинного обучения и многих других. И ее применение ни в коем случае не ограничивается мозгом. Фристон считает, что принцип свободной энергии объясняет все свойства живых систем, от самоорганизации отдельной бактерии до тонкостей устройства мозга и нервной системы, общей формы и строения тела животных и даже (в общих чертах) самой эволюции.’
Это описание согласуется с моим впечатлением о Фристоне. Сложно сказать, помогает ли в науке одержимость своими идеями или вредит, наверное все зависит от конкретной ситуации. Так, меня удивило в выступлении Фристона на postnauka сравнение живого с пульсирующей капелькой чернил — Фристон убеждал, что математическое описание будет одинаковым в обоих случаях. В данной ситуации только надо отделить информационную энтропию от термодинамической, смешивать их совершенно ни к чему.
‘ПСЭ подтверждает изложенную в предшествующей главе идею: живые системы обладают, или выступают, моделями своей среды. (Точнее, моделями источников своих сенсорных сигналов.) Происходит это потому, что в прогнозной обработке, как мы видели в главе 5, модели должны поставлять прогнозы, которыми, в свою очередь, определяются ошибки прогнозирования. Согласно ПСЭ, именно благодаря тому, что система обладает или выступает моделью, у нее появляется возможность судить о (статистической) степени неожиданности ее ощущений.’
‘мы получим систему, которая активно моделирует свой мир и свой организм так, чтобы снова и снова пребывать в наборе состояний, определяющих ее как живую, – начиная с удара сердца раз в секунду и заканчивая отмечанием дня рождения раз в год. Перефразируя Фристона, ПСЭ представляет живые организмы как собирающие и моделирующие сенсорную информацию с тем, чтобы максимизировать сенсорные свидетельства собственного существования.’
Правда, Анил Сета отмечает трудности использования ПСЭ на практике:
‘Правильнее всего относиться к ПСЭ как к образцу математической философии, а не теории, которую можно подтвердить проверкой гипотез. … Роль ПСЭ можно рассматривать как мотивирующую и обеспечивающую интерпретацию других, более конкретных теорий, которые, в отличие от нее, поддаются экспериментальному опровержению. … В конце концов ПСЭ будут оценивать по тому, насколько он полезен, а не по тому, подтвердится он или не подтвердится эмпирически.’
Информация
Анил Сет, Быть собой. Новая теория сознания, 2023
Anil Seth, Being You: A New Science of Consciousness, 2021