ГИПОТЕЗА О МАНГРОВОМ МЕХАНИЗМЕ МЫШЛЕНИЯ

01-09-2022

Если жёстко исходить из теории эволюции, принципа отражения и метода ТРИЗ при анализе феномена мышления, то возникает любопытная гипотеза, названная мангровой. Она описывает механизм мышления через взаимодействие нейронов, которые выполняют структурный анализ поступающих электрических импульсов. Гипотеза позволяет по-новому увидеть проблемы творчества, развития способностей и т.д. Включая проблемы искусственного интеллекта. И, разумеется, новые направления их решения. Данная работа является продолжением статей на тему творческого мышления: "Анти-РТВ" и "Анти-РТВ (2)".

"Ты прав, я ошибался. Да:

Всё дрессировка тут, а духа ни следа"

(И. Гёте "Фауст")

На нынешнем этапе развития теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) пора выбирать между мистикой и наукой. Для объяснения феномена мышления (и человека) в рамках мистики достаточно сослаться на бога (под любым его псевдонимом типа "вселенского разума", "ментального поля" и т.п. измышлизмов). При этом опираются на модель мышления как непознаваемый в принципе "чёрный ящик". Очевидно, что этот подход означает работу вслепую, методом проб и ошибок.

Он хорошо иллюстрируется известной образной моделью, в которой видимые нами явления и объекты - только тени на стенах пещеры. Если в поисках зависимостей между движением теней ограничиваться самими тенями, то получится очень много очень сложных и нередко очень красивых теорий. Вот только к действительности они будут иметь очень отдалённое и косвенное отношение. Почему механизмы сознания и мышления со временем и относятся во всё более глубокие уровни организации материи, до которых физика ещё не добралась.

Однако давно пора перейти, продолжим аналогию, к источнику света и объектам, отбрасывающим тени (позже мы ещё вернёмся к этому образу). А далее с "бритвой Оккама" наперевес искать объяснения сложнейших явлений, отправляясь от простейших и ограничиваясь только естественными законами в рамках рационального материализма [1]. Поэтому нижеследующий текст будет мало приемлемым для противников теории эволюции [2], сторонников витализма, а также тех, кто плохо знаком с ТРИЗ.

1. Проблема

"Не бойся"

(А. Эйнштейн)

Даже очень хорошо знающие ТРИЗ люди высоко ценят интуицию. И верно, все или почти все решения творческих задач (за исключением математически алгоритмизированных) получены интуитивно. Даже инструменты ТРИЗ обычно используются для стимулирования интуиции. Но было бы крайне интересным выяснить механизм этой самой интуиции. Что это там, в мозгу, такое происходит? Стимулировать вслепую как-то неправильно. Первые эксперименты ставить - ну ещё туда-сюда, но заниматься этим постоянно? Тем более в такой сложной области. Это ведь не простейшие, статистически подтверждённые рефлексы типа слюны собаки Павлова.

Если мышление - это реально существующий феномен, то он вызывается вполне материальными процессами, которые можно познать и использовать. А ссылаться на неподконтрольное нам и не познаваемое подсознание или разные там "информационные поля" - в высшей степени неконструктивно. Рациональный подход труден и сложен, но только он даёт нам возможность выяснить, что же происходит на самом деле.

Деловитые янки давно поняли, что словам об интуиции - грош цена. Они не знают, каков именно механизм интуиции, но зато понимают, что для появления интуитивного решения (идеи) требуется исходная информация. Они не знают, сколько и какой информации необходимо и достаточно, и как она превращается в идею, но понимают, что иначе ничего не выйдет.

Практичность сделала даже очень религиозных американцев вполне материалистами "по жизни": они твёрдо уверены, что "из ничего ничего не получишь". Отсюда возникла возможность установления авторства идеи: если не подтвердишь наличие некоторого минимума исходной информации, значит, имела место не интуиция, а кража идеи. Не секрет ведь, что если уж интуиция выдала нам идею, то потом, задним числом, мы обыкновенно можем восстановить цепочку умозаключений и ассоциаций, приведших нас к данной светлой мысли. А не смог восстановить - ну что ж… Американцы всегда славились трепетным отношением к собственности. Особенно своей. Или которую считали таковой.

Насколько известно, все предыдущие попытки разобраться в механизме интуиции основывались на понимании мышления как "чёрного ящика" докопаться до устройства которого человеку не дано. Разве что выяснить реакции на те или иные действия. Какое-то время и это было много: не знаем, дескать, что там происходит, но получается вот что… В конце концов, врачи до сих пор успешно лечат множество болезней, не очень-то понимая их механизм. Но почему бы не поискать механизм интуиции всерьёз? Почему бы не реконструировать процесс мышления? То есть, если принять, что мышление есть процесс отражения, то каков физический механизм этого отражения? В конце концов, одного утверждения мало. Исходить следует, с одной стороны, из того, что уже известно о мозге, а с другой стороны - из теории отражения: либо механизм отражения действительно существует, либо мышление действительно не познаваемо в рациональном смысле.

Можно, конечно, возразить против самого утверждения, что "мышление - это форма отражения". Но, во-первых, в рамках данной статьи это утверждение принимается в качестве постулата и потому доказательства не требует, во-вторых, при достаточном усердии можно найти немало подтверждающих фактов (в нужной интерпретации). Поэтому лучше пойти от противного - по отсутствию фактов, не имеющих объяснения в рамках данной сугубо рационалистической теории. В качестве контраргумента могут привести математику, но она - тоже только теория, покоящаяся на постулатах, в числе которых наличие у материальных объектов и процессов свойств, которые мы называем "количество" или "мера".

В качестве исходной точки для последующих рассуждений примем не сложнейший мозг современного человека, а то мелкое, с чего всё началось. То есть, попытаемся реконструировать его эволюцию. Разумеется, мы не знаем сегодня, как всё это происходило когда-то, в течение миллионов и миллиардов лет. Но мы можем вполне обоснованно предположить то, чего не могло не произойти в условиях действия уже известных нам законов. Всё остальное - вымысел, фантазия, спекуляция. Конечно, совпадения с реальностью возможны, но только случайно, иногда.

Известно, что каким-то образом соответствующие органы чувств (рецепторы) воспринимают изменение состояния внешней среды и преобразуют их в первичные сигналы, которые поступают в мозг и далее как-то обрабатываются. Примем также, что возникновение рецепторов было и случайным, и закономерным, не углубляясь в механизмы собственно эволюции. Далее для упрощения и локализации задачи вынесем за скобки рецепторы, а также физический механизм реакции организма. Вполне возможно, что мы ещё не всё знаем о возможностях восприятия организмом, но будем исходить из того, что уже знаем.

2. Начало развития

"Бог изощрён, но не злонамерен"

(А. Эйнштейн)

Восприятие - это набор первичных сигналов от комплекса рецепторов с окружающей средой. Логично предположить, что каждый новый канал поступления сигналов возникал как специализированный, лишь со временем вливаясь в общий комплекс восприятия потока сигналов от внешней среды. При этом независимо от происхождения внешнего раздражителя в мозг поступает унифицированный рецептором сигнал. Унификация состоит в преобразовании внешнего сигнала любой физической природы в электрический импульс. То есть, мозг имеет дело не со звуком, вкусом, образом и т.п., а только с электрическими импульсами. Поэтому имеет смысл ограничить рассмотрение только одним каналом поступления сигнала. Увеличение их числа усложняет работу мозга, но уже не имеет принципиального значения для понимания механизма этой работы.

Разумеется, организм располагает и другими механизмами. Например, химическим, с которого, собственно, и началось создание всего сигнального комплекса. Химический механизм в виде иммунной системы продолжает существовать и развиваться [3]. А в мозге химические процессы играют роль общего регулятора его работы, во многом предопределяя режимы его работы (в форме, например, настроения). Электрический же механизм оправдал себя и получил возможность развития для таких изменений среды, где требуется более быстрая реакция, нежели позволяет химия. Тем более что если наши одноклеточные предки могли обходиться только химией, то многоклеточные громады не смогли бы выжить, полагаясь лишь на медлительные переносы сигнальных молекул (нейромедиаторов) через множество клеток (мембраны и всё такое). А сколько ещё надо затратить времени на перекодирование чужеродных химических молекул в их пептидные функциональные аналоги для выработки надлежащей реакции конкретной клетки.

Первая электрическая сигнальная структура могла быть только предельно простой. То есть, внешний сигнал одного вида воспринимался одним-единственным рецептором и вызывал одну-единственную реакцию в виде генерирования первичного электрического импульса. Этот импульс тоже был очень простым, поскольку и первый примитивный рецептор мог иметь лишь очень ограниченные возможности. Сам механизм возникновения электрической сигнальной системы также вынесем за скобки, как совсем особый вопрос.

Затем в соответствии с принципами эволюции должно было произойти дополнительное усложнение [4]. Простейшая связь - первобытный аксон - между рецептором и исполнительным органом была одинарным волокном (или чем-то функционально подобным) для передачи электрического импульса. Очевидно, что в силу разных причин, одинарная связь могла рваться (как известно, "где тонко, там и рвётся"), вследствие чего организм-хозяин ускоренно вымирал. Зато выживали те, у кого вследствие генетических мутаций (изменения генов и их наборов; подробности оставим за скобками) происходило многократное дублирование первобытных простейших волокон. Это же происходило и с рецепторами.

Ещё надёжней передавался импульс у организмов, у которых опять таки из-за генетических мутаций нервные волокна местами срастались. Обрыв волокна уже не означал прекращения его функционирования. А в местах сращивания-разветвления возникала возможность коммутации импульсов по его характеристикам. Вероятней всего, что и сам первобытный нейрон (клетка мозга) появился именно в местах разветвлений нервного волокна как первобытный же коммутатор. Кроме того, такая конструкция позволяла производить разделение непрерывно поступающих импульсов. Не допускать, так сказать, перегрузки канала.

Возможен и другой вариант: первобытный нейрон мог появиться как механизм усиления транслируемого импульса. И как всякий транслятор, он обслуживал не одно, а несколько волокон. Усиление было необходимым, поскольку заведомо слабенький внешний сигнал надо было преобразовать в мощный импульс, достаточный для какого-либо физического действия. А уже затем можно было использовать возникшую возможность коммутации импульса. В трансляторы могла постепенно преобразоваться часть имеющихся клеток по мере нарастания специализации, неизбежной для многоклеточных организмов.

Естественно, что больше шансов на выживание было у организмов с расширенным диапазоном первичного импульса. Сам механизм различения характеристик импульсов возникал как генетическая мутация первоначально одинаковых коммутирующих элементов первобытного нейрона. И опять вынесем за скобки историю возникновения этого механизма. Для целей данной статьи достаточно знать, что это вполне возможно с точки зрения современных знаний об эволюции живых организмов.

Рассмотрим ситуацию: некий, находящий в начале сигнальной цепи - у самого рецептора, нейрон получает первичный импульс, возбуждается и передаёт его далее по аксону (соединительному волокну, проводящему электрический импульс) другому нейрону. В простейшем случае первобытного организма первому нейрону придётся выбирать, по крайней мере, из двух вариантов. Без коммутатора тут не обойтись, даже если есть всего два адресата [5]. А в современном мозге каждый нейрон соединён напрямую с сотнями других нейронов. Поэтому сомнительно, чтобы адресат импульса определялся случайным образом. Природа обычно не оставляет что-то на волю случая при выборе реакции на изменение состояния среды [6].

Многие из гипотез о мозге предполагают существование некоего центра, который подаёт нейронам команды на возбуждение, формируя тем самым структуру обработки сигналов. То есть, каждый нейронный коммутатор управляется как какой-нибудь триод. Но центру тоже надо обрабатывать сигналы для выработки управляющих команд. Это как бы мозг следующего уровня, который, фактически, должен быть не менее сложным, поскольку ему надо управлять каждым из нейронов современного мозга.

Но на основе чего этот центр будет давать команды? Во-первых, и ему нужны будут сигналы из внешней среды для адекватной реакции. А во-вторых, саму реакцию вырабатывать как? Разве что на основе ранее заложенной программы (как в компьютере). Но кем заложенной-то? Или под руководством такого же центра, но более высокого уровня. Несерьёзно всё это. Всё должно быть проще, много проще.

3. Принцип обработки сигнала

"Щёлкни кобылу в нос, - она махнёт хвостом"

(К. Прутков)

3.1

А проще будет, если предположить, что нейронный коммутатор как-то обходится без внешнего координатора. Это возможно, если только команду на переключение коммутатора (адрес) несёт сам импульс.

Но специально кодировать импульс - это тоже слишком сложно для рецептора. Да и непонятно как это делать. Тем более что для формирования кода надо прежде узнать содержание импульса, которое станет известным только после анализа уже закодированного импульса. Остаётся предположить, что адресующий код исходно содержится в импульсе. Кодом могут быть только характеристики импульса просто в силу их индивидуальности. Логично будет также предположить, что адресация импульса осуществляется ступенчато: каждый из нейронов в цепи последовательно коммутирует импульс по различным его особенностям.

3.2

Зададимся, однако, вопросом: "Зачем нужна адресация импульса, для которой потребовался координатор?" Если мы скажем, что для "обработки", то возникает новой вопрос: "Что означает слово "обработка?" Применительно к нашим нынешним представлениям, это нечто вроде того, что делает компьютер: складывает, вычитает, пересылает и, наконец, выдаёт в готовом виде человеку. В соответствии, разумеется, с заложенной в него программой. А у первобытного организма с первобытной же сигнальной системой никакой программы не было, и быть не могло (если опираться на естественность происхождения). Более того, если компьютер имеет дело с вполне подготовленной "к употреблению" информацией, то мозг получает дикую кашу, из которой ещё надо извлечь "изюминку" - то, что можно назвать полезной информацией (сигнал о близости чего-то съедобного, например).

Единственное, что можно с уверенностью утверждать, так это то, что самая первая сигнальная система обеспечивала безусловную реакцию на сигнал. Однако если дёргаться всякий раз при малейшем намёке на опасность, то не будет тебе ни спокойного процесса питания, ни последующего пищеварения. Словом, с голоду умрёшь, если не научишься различать степень опасности. Иначе говоря, наилучшие шансы на выживание получали организмы, у которых в ходе генетических мутаций сигнальная система обретала возможность различать хотя бы интенсивность сигнала. Интенсивность сигнала важна и при поиске пищи: надобно различать пищу "под носом" и пищу "за тридевять земель".

Понятно, что первоначально способность различать интенсивность сигнала обеспечивала только разную скорость реакции организма. То есть, связь была всё ещё прямая и реакция всё равно оставалась. Но сигнал сигналу рознь: не все из них говорили об опасности или пище. И опять наилучшие шансы на выживание получали организмы, у которых в ходе генетических мутаций сигнальная система обретала возможность сравнивать сигнал с некоторым эталоном, который требовал безусловной реакции. Собственно говоря, к этому и сводилась вся обработка сигнала: к сравнению. О механизме сравнения немного позже.

3.3

Адрес - это волновые характеристики электрического импульса, а их всего ничего: частота, амплитуда и продолжительность. Разумеется, можно ещё добавить фазу, сочетание волн. есть ещё более сложные формы волны, нежели простая синусоида [7]. Но всё это лишь немного увеличивает число характеристик, ничего не меняя в принципе. Сколь бы сложной волна ни была, она всё равно подчиняется какому-то закону просто в силу подчинённости любого естественного источника сигналов естественному же закону. И её всегда можно разложить на более простые составляющие. Впрочем, вполне возможно, что к нашему времени нейрон обрёл способность выявлять не все возможные характеристики, а лишь две-три, а некоторые нейроны - и вовсе одну. И число это может быть разным для разных рецепторов [8].

Чем совершенней становился рецептор, чем больше их возникало, тем сложнее становилась импульсная "картинка", которую надлежало сравнивать с растущим числом эталонов. Поэтому выживание обеспечивало наипростейшее (следовательно, и наинадёжнейшее) решение: унификация импульсов и их анализа. А это значит, что превеликое число импульсов должно быть выражено в нескольких более простых импульсах. То есть, всё разнообразие структуры импульса должно обеспечиваться минимальным разнообразием элементов этой структуры и, следовательно, нейрон должен обладать механизмом выявления структуры импульса [9]. А поскольку сравнивать надо не сам импульс, а его волновые характеристики, то на последующие нейроны подаются именно они и раздельно, а не сам импульс. Волновые характеристики передаются, естественно, в виде нового - вторичного - импульса. Точнее - импульсов по числу характеристик. Получается нечто вроде ключа и группы замков: куда ключ подойдёт, такова и будет реакция. А не подойдёт, так организм не среагирует.

3.4

Как устроен этот механизм - неясно. Да и не существенно это пока. Важно выяснить вопрос принципиально: действительно ли есть ли в нейроне такой механизм? Возможно, зная, что надо искать, найти будет легче. Как говорил А. Эйнштейн, теория нужна для того, чтобы решить, что именно можно (то есть следует!) наблюдать. Во всяком случае, когда ещё в 20гг. взялись исследовать возможности мозга в качестве устройства для приёма и передачи радиоволн, то аналоги тогдашних радиоэлементов (конденсаторы, соленоиды и т.д.) в нейронах обнаружили очень быстро.

Сегодня в исследованиях мозга типична иная ситуация: что-то обнаруживают, но что именно - непонятно. Одни предположения: может быть для этого, а может быть и для того. Уточняют же методом "тыка" (в прямом смысле - втыкая электроды). Конечно, архитектура и химизм мозга изучен очень даже хорошо, но это почти ничего не говорит о его работе.

В конце концов, электричество не является чем-то чуждым для живого и электрорецепция весьма распространена среди водных обитателей. Правда, достоверно известно лишь то, что их соответствующие органы улавливают лишь напряжённость электрического поля и обеспечивают ориентацию по его изменению при движении (кстати, нейроны ведь тоже обитают в водном растворе). Логичным будет предположить, что сигнальная система способна, как минимум, обрабатывать такую частную электрическую характеристику как напряжение. И не менее логичным будет вопрос: а почему, собственно, нельзя работать и с другими характеристиками?

Во всяком случае, предположение о способности живого организма оценивать различные характеристики электрического импульса вполне правомерно, поскольку не нарушает законов природы вообще и физики в частности. Поэтому, не дожидаясь экспериментального обнаружения соответствующего механизма (или механизмов), попытаемся рассмотреть, способен ли он объяснить известные явления в деятельности мозга. Если нет, то и искать не надо, придётся думать над иным механизмом.

Ну, а пока будем считать его существующим просто в силу естественности и логичности такого предположения как решения поставленной задачи в свете известных фактов о нейропсихологии и в рамках заданного системного уровня. То есть, без отсылок куда-то "вверх" (к неким информационным полям) или "вниз" (к умозрительным сверхмикрочастицам, якобы носителям сознания).

Автор: Королёв В.А.

Другие статьи по теме: