Слагаемые невыразимого: математики ищут способы вычислить сознание

Идея о том, что язык слишком несовершенен для передачи всей глубины жизни, очень давняя. Поэты и философы веками указывали на невозможность описать словами полную и точную картину того, что происходит в человеческом сознании.

Но волна открытий, связанных с развитием ИИ и нейронаук, вдохнула новую жизнь в исследование сознания, и ученые стали искать способы выйти за пределы языковых границ. Возможно там, где нам не хватает слов, может помочь математика. Физик и математик Йоханнес Клейнер назвал это структурным поворотом в науке о сознании.

«Я считаю, что язык математики — это способ выйти за границы, которые эволюция установила для когнитивных систем человека, — утверждает Клейнер. — Возможно, математическая структура — это тот самый хитрый способ обойти некоторые частности природы».

Например, с помощью слов можно написать стихотворение о том, как вы стоите на тротуаре, когда проезжающая мимо машина орошает вас водой из лужи после вчерашнего дождя. Математическая структура может создать интерактивную 3D-модель этих ощущений, показывающую, как все различные ощущения (запах мокрого бетона, отчаянный шум машины, скрывающейся с места преступления, вязкие капли грязной воды, стекающие по лицу) связаны друг с другом.

Структурные подходы могут дать новые и более надежные прогнозы относительно сознания. Это, в свою очередь, позволит решить целый ряд новых экспериментальных задач — например, определить уровень сознания у пациентов, находящихся в коме, что уже удается сделать с помощью таких концепций, как теория интегрированной информации.

Но, вероятно, между даже самыми лучшими структурными моделями сознания и тем, на что похож реальный опыт человека, всегда будет пропасть. Мика Сюй Цзи, в прошлом сотрудник Института искусственного интеллекта Mila и ведущий автор новой работы, в которой используется структурный подход к осмыслению сознания, считает, что это не ошибка, а особенность, заложенная в нас эволюцией.

От людей до моделей машинного обучения — проблема потери информации распространена повсеместно. Но можно взглянуть на этот вопрос и по-другому, как на определенное упрощение. А простота помогает сделать сознание обобщенным и полезным в ситуациях, с которыми мы раньше не сталкивались. Так что, возможно, невыразимость — это не просто проблема, закрывающая от нас всю полноту ощущений, но и эволюционная особенность, которая помогала нам выживать на протяжении веков.

Математика невыразимости

Теоретически вычислить точную невыразимость сознания довольно просто.

Цзи и ее коллеги начали с идеи о том, что богатство сознательного опыта зависит от количества информации, которую он содержит. Мы уже можем оценить полноту информации в реальном мире, измеряя энтропию или непредсказуемость электрической активности в мозге.

Исследователи утверждают, что для измерения степени невыразимости нужны всего две переменные: исходное состояние и состояние на выходе. Исходное состояние может быть прямым показателем активности мозга, включая всю нейронную обработку, которая происходит бессознательно. Выходное состояние может быть словами, которые вы произносите для его описания, или передачей внутреннего диалога.

Затем, сравнив эти числа, вы получите приблизительную величину невыразимого опыта. Чем больше информации теряется при преобразовании опыта в язык, тем больше величина невыразимого, или информации, которую язык «потерял». «Под невыразимостью мы понимаем то, как теряется информация при обработке мозгом», — объясняет Клейнер.

А теперь вспомним длинную траекторию человеческой эволюции. Невыразимость означает, что сознание создает более простые изображения ошеломляющего богатства чистого опыта, того, что американский философ Уильям Джеймс выразил в известном высказывании: «цветущая, жужжащая путаница сознания». Это означает, что встречу с разъяренным тигром можно обобщить до более широкой идеи, что все большие кошки с массивными зубами могут представлять угрозу, а не ограничивать этот вывод только одним тигром в конкретном случае.

В моделях машинного обучения, как и в человеческих, простота способствует обобщению, что и составляет практическую пользу. «Язык был оптимизирован для того, чтобы быть простым, чтобы мы могли быстро передавать информацию, — объясняет Цзи. — Невыразимость, или потеря информации, является фундаментальной особенностью обобщающих систем обучения».

Боль, здоровье и другие практические области невыразимости

Невыразимое часто ассоциируется с мистицизмом, поэзией или волнующими дискуссиями о природе разума. А сейчас с математикой теории информации и эволюционной целью сознания.

Но невыразимое играет роль и в более насущных и обыденных проблемах. Возьмем хроническую боль. Один из наиболее распространенных подходов, позволяющих понять, что чувствует человек с хронической болью, заключается в том, чтобы попросить его самостоятельно оценить интенсивность боли по шкале от 0 до 10. Другой метод, Визуальная аналоговая шкала, предлагает отметить интенсивность боли на 10-сантиметровой линии, где ноль — это отсутствие боли, а 10 — самая сильная боль.

Вряд ли эти показатели можно назвать точными. Кроме того, они могут искажать понимание боли других людей. Например, линейная шкала с равными промежутками между каждым возможным числом предполагает, что облегчить чью-то боль с четверки до тройки примерно то же самое, что уменьшить чью-то боль с девятки до восьмерки. На практике расстояние между восьмеркой и девяткой может быть на порядки больше, чем между меньшими числами на шкале, что приводит к тому, что мы недооцениваем, насколько сильно страдают люди, находящиеся на конце измерений.

Клейнер объясняет, что структурные подходы к представлению боли могут иметь такой же эффект, как переход от двухмерного изображения к трехмерному: «Структурные исследования позволяют определить не только местоположение, но и различные качества боли. Например, пульсирует ли она. Мы можем легко получить 20 измерений». И каждое измерение придает оценке глубину. Это может послужить стимулом для разработки лечения некоторых из самых мучительных заболеваний в мире, таких как кластерные головные боли.

Тот же принцип применим и к психическому здоровью. Многие показатели психического здоровья основаны на самооценке внутреннего состояния по линейным шкалам. Но если структурные подходы к сознанию могут создавать трехмерные репрезентации опыта, возможно, они смогут изменить то, как мы оцениваем, измеряем, а значит, и лечим психическое здоровье в целом.

Например, нейробиолог Селен Атасой разрабатывает идею «гармоники мозга», которая измеряет электрическую активность в мозге и создает реальные 3D-представления моментов переживаний. С помощью таких картин, возможно, удастся узнать больше, например, о степени удовольствия или боли, проведя математический анализ на основе содержащихся в них гармонических частот, а не прося человека сообщить об ощущениях с помощью языка.

Структурные подходы и математика, безусловно, имеют пределы. Но и язык никогда не сможет передать все богатство сознания. Это его качество служит нам во благо, помогая обобщать опыт в постоянно изменчивом мире. Более точные математические структуры для описания сознания могут принести пользу, позволяя понять то, что мы не можем выразить словами — от нестерпимой боли до самых сильных удовольствий.

Источник