Нейрокоррелят сознания (часть 1 из 2)
Здесь находится перевод вон той публикации в англоязычном научном журнале "Нейроквантология" с заголовком "Нейрокоррелят сознания в одном электроне: радикальный ответ на теории квантового сознания". Автор научной работы - argonov, физик из Владивостока, старший научный сотрудник ТОИ ДВО РАН.
Ниже - перевод.
Аннотация
В последние годы так называемые "теории квантового сознания" становятся популярными. Большинство из них подразумевают, что человеческое феноменальное сознание (и личность) могут быть связаны с макроскопическими коллективными квантовыми явлениями, такими, как конденсат Бозе - Эйнштейна. Макроскопические квантовые системы ведут себя в некотором смысле как единые громадные суперчастицы, и это может разрешить проблему целостности сознания. Однако, эти идеи не совсем хорошо согласуются с современной физикой. Способность теорий квантового сознания корректно объяснить целостность сознания также выглядит спорным касательно некоторых авторов. В данной статье мы предлагаем радикальную альтернативу: мы заявляем, что человеческое сознание может быть свойством одного отдельно взятого электрона в мозге. Мы допускаем, что каждый электрон во Вселенной имеет хотя бы примитивное сознание. Каждый электрон субъективно "наблюдает" свою квантовую динамику (энергию, момент, "форму" волновой функции) в виду ощущений а других психических явлений. Так или иначе, некоторые электроны в нейронах имеют сложные "человеческие" сознания благодаря сложной квантовой динамике в сложной органической среде. Мы обсуждаем нейрофизиологический и физический аспекты этой гипотезы и показываем, что: 1) один химически активный электрон имеет достаточную информационную емкость для того, чтобы содержать в себе все богатство субъективного жизненного опыта человека; 2) квантовые состояния некоторых электронов могут находиться под непосредственным влиянием данных, поступающих с органов чувств, и оказывать непосредственное влияние на поведение человека в реальном мозге; 3) главные физические и философские преграды "традиционных" теорий квантового сознания могут быть преодолены с помощью нашей гипотезы без значительных изменений в их концептуальном базисе. Мы не предлагаем никакой "новой физики", и наши нейробиологические допущения похожи на те, которые используются сторонниками "квантового сознания". Тем не менее, наша гипотеза вносит радикальные изменения в наше представление о человеке и физической реальности.
Ключевые слова: целостность сознания, проблема связывания, сознание одной клетки, сознание одной частицы, царская клетка, царская частица, квантовое сознание.
1. Введение в проблему целостности сознания
Проблема целостности сознания (целостности разума) - одна из самых важных проблем философии. Она родственна (и зачастую полностью связана) с проблемой связывания (соединения). В данной статье мы будем использовать эти термины как синонимы. Суть проблемы целостности сознания может быть сформулирована следующим образом. Субъективный жизненный опыт одной личности состоит из многих явлений (озарений, размышлений, эмоций, волевых актов), но все они "наблюдаются" одним наблюдателем (субъектом, личностью). Трудно себе представить 1,5 или 2,3 наблюдателя. Некоторые авторы, такие, как Сирл, даже предполагают, что никаких "отдельных" субъективных явлений не существует вообще. Сознание едино во времени и пространстве. Термин "пространственная целостность" означает, что один наблюдатель испытывает чувства, вызванные множеством различных органов чувств. Одна движущая сила объединяет (связывает) их в единое состояние сознания. Термин "временная целостность" означает, что единый наблюдатель испытывает такие чувства в различные моменты времени. Одна движущая сила объединяет (связывает) множество состояний сознания в единый "поток" сознания. Благодаря связыванию во времени, наблюдатель не только целостен, но также и неделим и тождественен самому себе. Тем не менее, мозг не является неделимым объектом, и его физические и информационные состояния в различные моменты времени не идентичны. Наблюдатель (личность, субъект) имеет ряд свойств, которые отсутствуют в большинстве физических систем, и это является проблемой.
В XVII веке Рене Декарт предполагал, что наблюдатель не является физическим объектом, потому что любой физический объект может быть разделен на части. Следовательно, мир состоит из двух радикально отличающихся друг от друга субстанций: неделимые субъекты (души) и делимые объекты (материя). Сегодня мы знаем, что этот картезианский логический довод был ложным: физическая реальность также состоит из неделимых элементарных частиц, таких, как кварки и лептоны. Тем не менее, человеческое тело и мозг не являются неделимыми объектами. И наука XX века показала, что эта "метафизическая" проблема может напрямую относиться к практическим вопросам.
В повседневной жизни мы веруем в догму "один мозг - один индивид". Любые два отдельно взятых нейрона одного мозга связаны, и мы предполагаем, что они продуцируют один единый жизненный опыт. Мозги различных людей не имеют прямой связи друг с другом, и мы предполагаем, что они продуцируют разные жизненные опыты. Однако, это простое предположение не может объяснить некоторые психические расстройства, при которых люди демонстрируют поведение, которое может быть интерпретировано как результат сосуществования двух сознаний в мозге человека. Главным образом, бросается в глаза "расщепление" сознания, которое появляется после хирургического разделения полушарий головного мозга (иногда используемого для лечения эпилепсии). Это разделение всегда неполное, и можно сказать, что два нейрона остаются связанными через другую нервную ткань. Тем не менее, есть много докладов о том, что такому человеку мерещится, что он имеет два независимых разума: левое полушарие контролирует правую руку и речь, в то время как правое контролирует левую руку. Ныне нет четкого объяснения этому эффекту. Одна группа авторов полагает, что сознание буквально разделяется посредством хирургических манипуляций (и поэтому может и не быть в полном смысле слова неделимым); вторая группа полагает, что в каждом мозге имеется два сознания даже до всякого хирургического вмешательства; третья группа полагает, что сознание даже после хирургических манипуляций остается одно. Подобные трудные вопросы сопровождают и такое явление, как краниопаги - сиамские близнецы, сросшиеся мозгами. Большинство таких людей умирают в раннем детстве и, следовательно, не сообщают о своем субъективном жизненном опыте. Тем не менее, есть как минимум один потрясающий случай Татьяны и Кристы Хоган, которым сейчас по пять лет каждой. "Мост" соединяет их таламусы, и каждый из близнецов наблюдает данные, поступающие с органов чувств другого близнеца. Тем не менее, каждый из близнецов управляет только своими собственными конечностями и демонстрирует свое собственное поведение. Каждый из близнецов буквально "имеет" по четыре глаза и уха. Несмотря на это, их личности не объединены.
Так что же такое личность? Где пролегают ее "границы"? Какой фактор объединяет множество нервных импульсов в единую индивидуальность? Вопрос этот настолько сложен, что многие ученые полагают, что целостность сознания (как минимум, целостность во времени) отчасти может быть иллюзией и поэтому не требует объяснения. Этот очень спорный элиминативистский подход довольно популярен сегодня, но в рамках ограничений данной работы мы не обсуждаем его.
2. Оговорка
В данной работе мы постулируем, что и связность во времени, и связность в пространстве реально существуют и требуют научного объяснения. Другими словами, мы постулируем целостность сознания в веской околодекартовой форме. Мы понимаем, что это допущение может показаться чересчур веским для некоторых читателей, но нормальной научной практикой является анализ некоторой проблемы только в рамках неких спорных предположений.
Цель данной работы - показать оригинальную гипотезу о природе сознания, не подтверждая ее досконально. Мы веруем в то, что ее подтверждение (или, как минимум, опровержение) возможно в ходе научного исследования межклеточных информационных процессов. Поэтому в данной работе мы вводим сложный философский аппарат и не претендуем на всеобъемлющий анализ всевозможных маловразумительных философских аспектов.
В данной работе термин "сознание" используется в смысле его феномена, как синоним "субъективной реальности": восприятие, волевой акт, мысленные образы и эмоции. Однако, такие вещи, как интеллект или память, могут относиться к сознанию, но явно с ним не отождествляться.
3. Популярные объяснения целостности сознания и их недостатки
Классическая информационная/функциональная гипотеза
Традиционный взгляд XX столетия заключался в том, что сознание объединено некими "холистическими" свойствами работы мозга. В частности, там может быть некая информационная интеграция , благодаря которой мозг работает как неделимая "информационная машина". Другим популярным функциональным объяснением связности является нейронная синхронизация. Сознание может продуцироваться сетью синхронизированных нейронов, порождающих одинаковые сигналы. Если эта сеть была бы разделена на две независимо друг от друга синхронизируемые подсети, тогда появились бы два сознания.
Характерные недостатки
Любое определение "неделимой информационной системы" является возможным, в то время как неделимость сознания представляется фундаментальной особенностью, которая не может зависеть от наших определений. В частности, любая синхронизация классических вычислительных элементов является всего лишь временной корреляцией между многими процессами. Эта корреляция может быть более или менее точной, но никогда не может быть идеальной.
Гипотеза о макроскопическом квантовом состоянии
В соответствии с этой гипотезой, сознание зависит от некоего макроскопического коллективного квантового явления, которое в некотором смысле ведет себя как одна суперчастица. Наиболее видными и знаменитыми сторонниками этой гипотезы являются Роджер Пенроуз и Стюарт Хамерофф. Гипотеза о макроскопическом квантовом состоянии похоже на гипотезу о функциональной синхронизированности, но она предполагает квантовую синхронизацию между нейронами, а не классическую. Пенроуз и Хамерофф предполагают, что сознание продуцируется сетью нейронов, соединенных щелевыми контактами. Эта сеть представляет собой синцитий - "гипернейрон" с общей цитоплазмой и множеством клеточных ядер. Авторы предполагают, что в этом синцитии микротрубочки (компоненты цитоскелета) формируют коллективное квантовое состояние. Хамерофф утверждает, что некоторые электроны в микротрубочках достаточно близки друг к другу для того, чтобы становиться квантово запутанными и формировать конденсат Бозе - Эйнштейна или конденсат Фрелиха. Он полагает, что этот конденсат может распространяться на многие нейроны посредством щелевых контактов.
Характерные недостатки
Существование долговременных микроскопических и особенно макроскопических когерентных эффектов в цитоскелете физиками рассматривается как сомнительная идея. Хамерофф и Пенроуз веруют в то, что стандартные квантовые ограничения не работают в данном случае, и динамика микротрубочек должна быть описана особый квантовой моделью - ООР (оркестрируемой объективной редукцией), изначально предложенной Пенроузом в 1994 году. Однако, эта модель также очень спорная, и ее экспериментальное подтверждение все еще остается проблематичным.
Гипотеза об одной клетке / гипотеза о микроскопическом квантовом состоянии
Значительное число авторов не поддерживают идею о макроскопической когерентности. С точки зрения физики, микроскопические межклеточные коллективные квантовые эффекты более реалистичны, чем макроскопические. В частности, когерентное межклеточное поведение может иметь место быть в микротрубочках (благодаря упомянутым выше механизмам, но без межклеточного сцепления) или в клеточной мембране. Так или иначе, эта идея ведет к радикальному философскому заключению касательно того, что один нейрон может быть индивидуально сознательным. В XIX веке Уильям Джеймс допускал, что сознание человека существует в специальной царской клетке (ЦК) в мозге. Эта идея была подвергнута критике, но никогда строго не опровергалась. В наши дни сторонники гипотезы о сознании одной клетки полагают, что, в принципе, там может быть множество синхронизированных ЦК с похожими субъективными жизненными опытами. Каждый нейрон является сознательным, но лишь несколько нейронов (несколько ЦК) имеют высокоразвитое сознание (совместно используя почти одинаковые ощущения и исполняя почти одинаковые волевые акты). Авторы предоставляют нейробиологическую гипотезу, согласно которой ЦК могут существовать в мозге. Большие пирамидальные нейроны в префронтальной коре головного мозга имеют до 50 000 синапсов. Их синаптический входной поток оценивается в несколько мегабайт (sic!) в секунду. Это выглядит вполне достаточным для того, чтобы кодировать все субъективные ощущения одной личности. Биберих допускал существование механизма самоорганизации, благодаря которому формируются рекуррентные фрактальные нейросети. В таких сетях множество ЦК могут получать похожий синаптический вход из-за самоподобия фрактальных структур. Упомянутый выше "гипернейрон" Хамероффа (по аналогии, мы будем назвать его царским синцитием, ЦС) может быть также всего лишь синхронизированной сетью из ЦК (не одним сознательным объектом, а нейросетью с индивидуальными сознаниями, имеющими по большей части одинаковые ощущения и продуцирующими одинаковые волевые акты).
Характерные недостатки
Данная гипотеза базируется на спорном предположении о том, что некоторые нейроны получают полный входной поток данных, поступающих с органов чувств человека. За более чем сто лет исследования не удалось обнаружить "конечный интеграционный центр" в мозге. Гипотеза многочисленных ЦК может объяснить этот отрицательный результат, но она также основывается на довольно скорее умозрительных, чем экспериментальных доводах.
Главный недостаток упомянутых гипотез
Общая проблема всех упомянутых гипотез заключается в их неспособности объяснить целостность во времени (и неделимость) сознания в точных терминах. Любое коллективное явление - классическое ли, квантовое ли (исключая относящееся к адронам), может быть разделено на части. Ни гипотеза о классической, ни гипотеза о квантовой синхронизированности не поясняют, какая часть будет являться "мной" после такого эксперимента. Например, если сознание продуцируется классической синхронизацией сети, и операция по рассечению мозолистого тела разделяет сеть на две части, то нет объяснения тому, какое полушарие будет содержать оригинальную личность. Это также верно для квантовой модели Хамероффа-Пенроуза. Когда некоторые щелевые контакты закрываются, квантовая синхронизация ломается, и появляются несколько изолированных синцитиев. Согласно Хамероффу, если они достаточно большие, они могут иметь собственные сознания. Например, многие щелевые контакты закрываются во время глубокого сна или анестезии. Что происходит с личностью человека в такой ситуации? Она умирает или нет? Какой процесс поддерживает ее жизнь без квантовой когерентности? Хамерофф говорит, что личность остается живой, потому что "микротрубочки по-прежнему являются теми же самыми". Тем не менее, без синхронизации, они не составляют холистический объект. Одна клетка имеет подобную проблему на клеточном уровне. В отличие от "гипернейрона", один нейрон не расщепляется в повседневной жизни. Но, теоретически, он может быть разрушен, после чего восстановлен искусственными методами (например, использующими нанотехнологию). Что случится с его личностью? Можно предположить, что любое расщепление нашей находящейся в сознании структуры убивает оригинальную личность, но это приводит к весьма парадоксальному выводу о том, что мы умираем после любых изменений в структуре нашей синхронизированной сети из ЦК. Это не отменяет временного связывания, но близко к элиминативистским идеям. Следовательно, было бы неплохо найти решение проблемы без такого странного допущения.
4. Гипотеза о сознании одной частицы и ее философские преимущества
Для того чтобы преодолеть упомянутые недостатки гипотезы о коллективном состоянии, мы предлагаем радикальную альтернативу: гипотезу о сознании одной частицы. Мы полностью отбрасываем парадигму "один человек - одно сознание" и допускаем, что нет никакого единого сознания "мозга" или даже "клетки". Мы полагаем, что каждый электрон (или даже каждый фермион) имеет свое собственное сознание. В прошлом подобные идеи поддерживали немецкий философ и математик Готфрид Лейбниц, русский основоположник теоретической космонавтики Константин Циолковский и известные физики XX столетия Дэвид Бом и Бэзил Хили, которые говорили: "В некотором смысле находящееся в зачатке квазиразумное качество присутствует даже на уровне физики элементарных частиц. И чем дальше мы переходим к тонким уровням, тем сильнее и развитее становится это квазиразумное качество". Тем не менее, ни один из них не создал удовлетворительной теории с нейрофизиологическим терминологическим аппаратом. В данной работе мы пытаемся построить "мост" между "безумной" гипотезой о сознании одной частицы и экспериментальной наукой. Мы допускаем и доказываем следующие утверждения:
- Каждый электрон во Вселенной обладает сознанием. Каждый электрон является субъективным "наблюдателем" своей квантовой динамики (энергии, момента, "формы" волновой функции). Каждый электрон "чувствует" свою квантовую динамику как "собственные" субъективные ощущения и желание. В принципе, то же самое может быть верно для всех фермионов.
- Большинство электронов (или фермионов) во Вселенной имеют примитивные сознания. Однако, некоторые частицы в биологических клетках (особенно в мозге) имеют сложные сознания благодаря сложной динамике в сложной органической среде. Это особенно верно для химически активных электронов.
- Представители животного царства являются иерархическими структурами, состоящими из частиц. Некоторые химически активные электроны в мозгах животных находятся "на вершине" иерархии. Их динамика находится под непосредственным влиянием данных, поступающих с органов чувств и оказывает прямое воздействие на поведение животных. В данной работе мы будем называть данные электроны царскими частицами (ЦЧ).
- Так называемый "человеческий разум" фактически является разумом ЦЧ. В принципе, в одном мозге может быть несколько ЦЧ с синхронизированной динамикой. Они "чувствуют" то же самое и совершают те же самые волевые акты. Правило "один человек - одно сознание" является неверным. Мозг человека может иметь много наблюдателей, совместно использующих похожий "человеческий" разум.
- Большинство функций интеллекта человека выполняются при помощи классических механизмов в нейросети. ЦЧ отвечают только за восприятие и за принятие решений на "финальной стадии".
Философские преимущества этой гипотезы очевидны. И хотя она основа на двух весьма парадоксальных допущениях (о том, что человек имеет много сознаний и о том, что электроны обладают сознанием), она предлагает чрезвычайно простую онтологическую модель:
- Предполагается нейтральный монизм. Он совмещает концептуальные преимущества и физикализма, и панпсихизма. Есть только одна субстанция. Мир не делится на материальные и нематериальные вещи либо на сознательные и бессознательные вещи. Все является физическим, и нет никаких сверхъестественных движущих сил. Сознания могут быть изучены объективными научными методами. С другой стороны, все обладает сознанием, и не нужно объяснять, как сознание возникает в высокоразвитых системах. Оно существует в любой разновидности систем.
- Элементарные физические частицы являются лишь фундаментальными неделимыми "кирпичами" реальности. Одна частица имеет одно сознание. Любой больший объект является всего лишь системой из самостоятельных сознательных элементарных частиц без всякой "магии" эмергентных свойств.
- Информация не имеет особого онтологического статуса: это всего лишь инструмент для описания процессов в материи. Информация не является основой сознания. Только физический субстрат является фундаментальным.
- Целостность сознания не является иллюзией.
- Все трудные для понимания клинические случаи "двух личностей в одном мозге" имеют ясное объяснение: много личностей сосуществуют в любом мозге, но в нормальных условиях мы не можем различать их.
С другой стороны, гипотеза об одной частице имеет неясные взаимоотношения с современной наукой во множестве аспектов. Главные научные проблемы гипотезы об одной частице могут быть подытожены следующим образом.
Физические аспекты
Элементарная частица не имеет структуры. В атоме состояния электрона квантованы. Они могут быть описаны несколькими целыми числами. Должно быть объяснение тому, как именно состояния электрона могут содержать все многообразие человеческого субъективного жизненного опыта.
Нейрофизиологические аспекты
Если один электрон содержит в себе сознание человека, должно иметься объяснение тому, как именно сенсорные данные (получаемые посредством классических органов чувств) устанавливает его квантовое состояние и как именно его квантовая динамика воздействует на классическое поведение тела человека.
5. Физические аспекты гипотезы о сознании одной частицы
И хотя электрон не имеет внутренней структуры, его волновая функция может быть очень сложной. Электрон может занимать множество энергетических подуровней благодаря взаимодействию с соседними атомами, эффекту Штарка, релятивистским эффектам, спин-орбитальному взаимодействию (тонкой структуре уровней) и так далее. Размещение электронов в пространстве также может быть очень сложным. Например, в численном эксперименте ученые "записали" слово "OPTICS" на "поверхности" атомной волновой функции (см. картинку 1).
Картинка 1. Слово "OPTICS" "записано" внутрь атома
Давайте оценим суммарное количество информации, которое имеющий сознание электрон гипотетически может содержать в своем сознании. Эта оценка не так проста, как кажется. Фактически, утверждение "электрон субъективно наблюдает свою квантовую динамику" может быть понято двумя способами. Могут существовать две радикально различающиеся между собой версии гипотезы о сознании одной частицы.
Вариант 1
Электрон наблюдает только поддающиеся экспериментальному обнаружению переменные, то есть энергию, момент, позицию и так далее. Поэтому его состояние сознания может быть полностью измерено объективными методами. Волновая функция (содержащая не поддающиеся наблюдению переменные) есть всего лишь теоретическая выдумка, используемая для упрощения численного моделирования. Следовательно, эксперимент не подтверждает большой информационной емкости одного электрона. Картинка 1 показывает всего лишь теоретическую выдумку. Электрон наблюдает свою собственную динамику с ограниченной погрешностью, заданной принципом неопределенности Гейзенберга:
Наше субъективное временное разрешение Дельта t хорошо известно. Большинство авторов предполагают, что оно лежит в интервале от 0,02 до 0,04 с. В частности, Фрэнсис Крик прямо ассоциирует сознательную активность колебаний гамма-волны с частотой ~ 40 Гц. Итак, будем считать Дельта t ~ 0,025 с. Вследствие этого, "наш" электрон способен "чувствовать" энергию с большой разрешающей способностью:
Типичная энергия флуктуаций электрона при комнатной температуре примерно равна 0,025 eV. Следовательно, электрон может иметь ~ 10 ^ 12 субъективно различимых градаций энергии, каждая из которых может соответствовать различным состояниям сознания. Более того, благодаря вырождению квантовых уровней несколько различных квантовых состояний могут иметь одинаковую энергию. Поэтому суммарное число различных состояний сознания может быть даже еще большим. Тем не менее, это выглядит недостаточным для "хранения" нашего реально существующего жизненного опыта. 10 ^ 30 состояний могут быть закодированы лишь 100 битами информации. 10 ^ 12 - 10 ^ 13 состояний могут быть закодированы 40-50 битами или 5-6 байтами. Это может быть достаточным для кодирования волевых актов (которые, конечно, должны соответствовать явлениям, поддающимся объективному наблюдению), но не восприятия.
Продолжение статьи читайте в соседнем посте:
https://neuralcorrelate.livejournal.com/692.html
Ниже - перевод.
Аннотация
В последние годы так называемые "теории квантового сознания" становятся популярными. Большинство из них подразумевают, что человеческое феноменальное сознание (и личность) могут быть связаны с макроскопическими коллективными квантовыми явлениями, такими, как конденсат Бозе - Эйнштейна. Макроскопические квантовые системы ведут себя в некотором смысле как единые громадные суперчастицы, и это может разрешить проблему целостности сознания. Однако, эти идеи не совсем хорошо согласуются с современной физикой. Способность теорий квантового сознания корректно объяснить целостность сознания также выглядит спорным касательно некоторых авторов. В данной статье мы предлагаем радикальную альтернативу: мы заявляем, что человеческое сознание может быть свойством одного отдельно взятого электрона в мозге. Мы допускаем, что каждый электрон во Вселенной имеет хотя бы примитивное сознание. Каждый электрон субъективно "наблюдает" свою квантовую динамику (энергию, момент, "форму" волновой функции) в виду ощущений а других психических явлений. Так или иначе, некоторые электроны в нейронах имеют сложные "человеческие" сознания благодаря сложной квантовой динамике в сложной органической среде. Мы обсуждаем нейрофизиологический и физический аспекты этой гипотезы и показываем, что: 1) один химически активный электрон имеет достаточную информационную емкость для того, чтобы содержать в себе все богатство субъективного жизненного опыта человека; 2) квантовые состояния некоторых электронов могут находиться под непосредственным влиянием данных, поступающих с органов чувств, и оказывать непосредственное влияние на поведение человека в реальном мозге; 3) главные физические и философские преграды "традиционных" теорий квантового сознания могут быть преодолены с помощью нашей гипотезы без значительных изменений в их концептуальном базисе. Мы не предлагаем никакой "новой физики", и наши нейробиологические допущения похожи на те, которые используются сторонниками "квантового сознания". Тем не менее, наша гипотеза вносит радикальные изменения в наше представление о человеке и физической реальности.
Ключевые слова: целостность сознания, проблема связывания, сознание одной клетки, сознание одной частицы, царская клетка, царская частица, квантовое сознание.
1. Введение в проблему целостности сознания
Проблема целостности сознания (целостности разума) - одна из самых важных проблем философии. Она родственна (и зачастую полностью связана) с проблемой связывания (соединения). В данной статье мы будем использовать эти термины как синонимы. Суть проблемы целостности сознания может быть сформулирована следующим образом. Субъективный жизненный опыт одной личности состоит из многих явлений (озарений, размышлений, эмоций, волевых актов), но все они "наблюдаются" одним наблюдателем (субъектом, личностью). Трудно себе представить 1,5 или 2,3 наблюдателя. Некоторые авторы, такие, как Сирл, даже предполагают, что никаких "отдельных" субъективных явлений не существует вообще. Сознание едино во времени и пространстве. Термин "пространственная целостность" означает, что один наблюдатель испытывает чувства, вызванные множеством различных органов чувств. Одна движущая сила объединяет (связывает) их в единое состояние сознания. Термин "временная целостность" означает, что единый наблюдатель испытывает такие чувства в различные моменты времени. Одна движущая сила объединяет (связывает) множество состояний сознания в единый "поток" сознания. Благодаря связыванию во времени, наблюдатель не только целостен, но также и неделим и тождественен самому себе. Тем не менее, мозг не является неделимым объектом, и его физические и информационные состояния в различные моменты времени не идентичны. Наблюдатель (личность, субъект) имеет ряд свойств, которые отсутствуют в большинстве физических систем, и это является проблемой.
В XVII веке Рене Декарт предполагал, что наблюдатель не является физическим объектом, потому что любой физический объект может быть разделен на части. Следовательно, мир состоит из двух радикально отличающихся друг от друга субстанций: неделимые субъекты (души) и делимые объекты (материя). Сегодня мы знаем, что этот картезианский логический довод был ложным: физическая реальность также состоит из неделимых элементарных частиц, таких, как кварки и лептоны. Тем не менее, человеческое тело и мозг не являются неделимыми объектами. И наука XX века показала, что эта "метафизическая" проблема может напрямую относиться к практическим вопросам.
В повседневной жизни мы веруем в догму "один мозг - один индивид". Любые два отдельно взятых нейрона одного мозга связаны, и мы предполагаем, что они продуцируют один единый жизненный опыт. Мозги различных людей не имеют прямой связи друг с другом, и мы предполагаем, что они продуцируют разные жизненные опыты. Однако, это простое предположение не может объяснить некоторые психические расстройства, при которых люди демонстрируют поведение, которое может быть интерпретировано как результат сосуществования двух сознаний в мозге человека. Главным образом, бросается в глаза "расщепление" сознания, которое появляется после хирургического разделения полушарий головного мозга (иногда используемого для лечения эпилепсии). Это разделение всегда неполное, и можно сказать, что два нейрона остаются связанными через другую нервную ткань. Тем не менее, есть много докладов о том, что такому человеку мерещится, что он имеет два независимых разума: левое полушарие контролирует правую руку и речь, в то время как правое контролирует левую руку. Ныне нет четкого объяснения этому эффекту. Одна группа авторов полагает, что сознание буквально разделяется посредством хирургических манипуляций (и поэтому может и не быть в полном смысле слова неделимым); вторая группа полагает, что в каждом мозге имеется два сознания даже до всякого хирургического вмешательства; третья группа полагает, что сознание даже после хирургических манипуляций остается одно. Подобные трудные вопросы сопровождают и такое явление, как краниопаги - сиамские близнецы, сросшиеся мозгами. Большинство таких людей умирают в раннем детстве и, следовательно, не сообщают о своем субъективном жизненном опыте. Тем не менее, есть как минимум один потрясающий случай Татьяны и Кристы Хоган, которым сейчас по пять лет каждой. "Мост" соединяет их таламусы, и каждый из близнецов наблюдает данные, поступающие с органов чувств другого близнеца. Тем не менее, каждый из близнецов управляет только своими собственными конечностями и демонстрирует свое собственное поведение. Каждый из близнецов буквально "имеет" по четыре глаза и уха. Несмотря на это, их личности не объединены.
Так что же такое личность? Где пролегают ее "границы"? Какой фактор объединяет множество нервных импульсов в единую индивидуальность? Вопрос этот настолько сложен, что многие ученые полагают, что целостность сознания (как минимум, целостность во времени) отчасти может быть иллюзией и поэтому не требует объяснения. Этот очень спорный элиминативистский подход довольно популярен сегодня, но в рамках ограничений данной работы мы не обсуждаем его.
2. Оговорка
В данной работе мы постулируем, что и связность во времени, и связность в пространстве реально существуют и требуют научного объяснения. Другими словами, мы постулируем целостность сознания в веской околодекартовой форме. Мы понимаем, что это допущение может показаться чересчур веским для некоторых читателей, но нормальной научной практикой является анализ некоторой проблемы только в рамках неких спорных предположений.
Цель данной работы - показать оригинальную гипотезу о природе сознания, не подтверждая ее досконально. Мы веруем в то, что ее подтверждение (или, как минимум, опровержение) возможно в ходе научного исследования межклеточных информационных процессов. Поэтому в данной работе мы вводим сложный философский аппарат и не претендуем на всеобъемлющий анализ всевозможных маловразумительных философских аспектов.
В данной работе термин "сознание" используется в смысле его феномена, как синоним "субъективной реальности": восприятие, волевой акт, мысленные образы и эмоции. Однако, такие вещи, как интеллект или память, могут относиться к сознанию, но явно с ним не отождествляться.
3. Популярные объяснения целостности сознания и их недостатки
Классическая информационная/функциональная гипотеза
Традиционный взгляд XX столетия заключался в том, что сознание объединено некими "холистическими" свойствами работы мозга. В частности, там может быть некая информационная интеграция , благодаря которой мозг работает как неделимая "информационная машина". Другим популярным функциональным объяснением связности является нейронная синхронизация. Сознание может продуцироваться сетью синхронизированных нейронов, порождающих одинаковые сигналы. Если эта сеть была бы разделена на две независимо друг от друга синхронизируемые подсети, тогда появились бы два сознания.
Характерные недостатки
Любое определение "неделимой информационной системы" является возможным, в то время как неделимость сознания представляется фундаментальной особенностью, которая не может зависеть от наших определений. В частности, любая синхронизация классических вычислительных элементов является всего лишь временной корреляцией между многими процессами. Эта корреляция может быть более или менее точной, но никогда не может быть идеальной.
Гипотеза о макроскопическом квантовом состоянии
В соответствии с этой гипотезой, сознание зависит от некоего макроскопического коллективного квантового явления, которое в некотором смысле ведет себя как одна суперчастица. Наиболее видными и знаменитыми сторонниками этой гипотезы являются Роджер Пенроуз и Стюарт Хамерофф. Гипотеза о макроскопическом квантовом состоянии похоже на гипотезу о функциональной синхронизированности, но она предполагает квантовую синхронизацию между нейронами, а не классическую. Пенроуз и Хамерофф предполагают, что сознание продуцируется сетью нейронов, соединенных щелевыми контактами. Эта сеть представляет собой синцитий - "гипернейрон" с общей цитоплазмой и множеством клеточных ядер. Авторы предполагают, что в этом синцитии микротрубочки (компоненты цитоскелета) формируют коллективное квантовое состояние. Хамерофф утверждает, что некоторые электроны в микротрубочках достаточно близки друг к другу для того, чтобы становиться квантово запутанными и формировать конденсат Бозе - Эйнштейна или конденсат Фрелиха. Он полагает, что этот конденсат может распространяться на многие нейроны посредством щелевых контактов.
Характерные недостатки
Существование долговременных микроскопических и особенно макроскопических когерентных эффектов в цитоскелете физиками рассматривается как сомнительная идея. Хамерофф и Пенроуз веруют в то, что стандартные квантовые ограничения не работают в данном случае, и динамика микротрубочек должна быть описана особый квантовой моделью - ООР (оркестрируемой объективной редукцией), изначально предложенной Пенроузом в 1994 году. Однако, эта модель также очень спорная, и ее экспериментальное подтверждение все еще остается проблематичным.
Гипотеза об одной клетке / гипотеза о микроскопическом квантовом состоянии
Значительное число авторов не поддерживают идею о макроскопической когерентности. С точки зрения физики, микроскопические межклеточные коллективные квантовые эффекты более реалистичны, чем макроскопические. В частности, когерентное межклеточное поведение может иметь место быть в микротрубочках (благодаря упомянутым выше механизмам, но без межклеточного сцепления) или в клеточной мембране. Так или иначе, эта идея ведет к радикальному философскому заключению касательно того, что один нейрон может быть индивидуально сознательным. В XIX веке Уильям Джеймс допускал, что сознание человека существует в специальной царской клетке (ЦК) в мозге. Эта идея была подвергнута критике, но никогда строго не опровергалась. В наши дни сторонники гипотезы о сознании одной клетки полагают, что, в принципе, там может быть множество синхронизированных ЦК с похожими субъективными жизненными опытами. Каждый нейрон является сознательным, но лишь несколько нейронов (несколько ЦК) имеют высокоразвитое сознание (совместно используя почти одинаковые ощущения и исполняя почти одинаковые волевые акты). Авторы предоставляют нейробиологическую гипотезу, согласно которой ЦК могут существовать в мозге. Большие пирамидальные нейроны в префронтальной коре головного мозга имеют до 50 000 синапсов. Их синаптический входной поток оценивается в несколько мегабайт (sic!) в секунду. Это выглядит вполне достаточным для того, чтобы кодировать все субъективные ощущения одной личности. Биберих допускал существование механизма самоорганизации, благодаря которому формируются рекуррентные фрактальные нейросети. В таких сетях множество ЦК могут получать похожий синаптический вход из-за самоподобия фрактальных структур. Упомянутый выше "гипернейрон" Хамероффа (по аналогии, мы будем назвать его царским синцитием, ЦС) может быть также всего лишь синхронизированной сетью из ЦК (не одним сознательным объектом, а нейросетью с индивидуальными сознаниями, имеющими по большей части одинаковые ощущения и продуцирующими одинаковые волевые акты).
Характерные недостатки
Данная гипотеза базируется на спорном предположении о том, что некоторые нейроны получают полный входной поток данных, поступающих с органов чувств человека. За более чем сто лет исследования не удалось обнаружить "конечный интеграционный центр" в мозге. Гипотеза многочисленных ЦК может объяснить этот отрицательный результат, но она также основывается на довольно скорее умозрительных, чем экспериментальных доводах.
Главный недостаток упомянутых гипотез
Общая проблема всех упомянутых гипотез заключается в их неспособности объяснить целостность во времени (и неделимость) сознания в точных терминах. Любое коллективное явление - классическое ли, квантовое ли (исключая относящееся к адронам), может быть разделено на части. Ни гипотеза о классической, ни гипотеза о квантовой синхронизированности не поясняют, какая часть будет являться "мной" после такого эксперимента. Например, если сознание продуцируется классической синхронизацией сети, и операция по рассечению мозолистого тела разделяет сеть на две части, то нет объяснения тому, какое полушарие будет содержать оригинальную личность. Это также верно для квантовой модели Хамероффа-Пенроуза. Когда некоторые щелевые контакты закрываются, квантовая синхронизация ломается, и появляются несколько изолированных синцитиев. Согласно Хамероффу, если они достаточно большие, они могут иметь собственные сознания. Например, многие щелевые контакты закрываются во время глубокого сна или анестезии. Что происходит с личностью человека в такой ситуации? Она умирает или нет? Какой процесс поддерживает ее жизнь без квантовой когерентности? Хамерофф говорит, что личность остается живой, потому что "микротрубочки по-прежнему являются теми же самыми". Тем не менее, без синхронизации, они не составляют холистический объект. Одна клетка имеет подобную проблему на клеточном уровне. В отличие от "гипернейрона", один нейрон не расщепляется в повседневной жизни. Но, теоретически, он может быть разрушен, после чего восстановлен искусственными методами (например, использующими нанотехнологию). Что случится с его личностью? Можно предположить, что любое расщепление нашей находящейся в сознании структуры убивает оригинальную личность, но это приводит к весьма парадоксальному выводу о том, что мы умираем после любых изменений в структуре нашей синхронизированной сети из ЦК. Это не отменяет временного связывания, но близко к элиминативистским идеям. Следовательно, было бы неплохо найти решение проблемы без такого странного допущения.
4. Гипотеза о сознании одной частицы и ее философские преимущества
Для того чтобы преодолеть упомянутые недостатки гипотезы о коллективном состоянии, мы предлагаем радикальную альтернативу: гипотезу о сознании одной частицы. Мы полностью отбрасываем парадигму "один человек - одно сознание" и допускаем, что нет никакого единого сознания "мозга" или даже "клетки". Мы полагаем, что каждый электрон (или даже каждый фермион) имеет свое собственное сознание. В прошлом подобные идеи поддерживали немецкий философ и математик Готфрид Лейбниц, русский основоположник теоретической космонавтики Константин Циолковский и известные физики XX столетия Дэвид Бом и Бэзил Хили, которые говорили: "В некотором смысле находящееся в зачатке квазиразумное качество присутствует даже на уровне физики элементарных частиц. И чем дальше мы переходим к тонким уровням, тем сильнее и развитее становится это квазиразумное качество". Тем не менее, ни один из них не создал удовлетворительной теории с нейрофизиологическим терминологическим аппаратом. В данной работе мы пытаемся построить "мост" между "безумной" гипотезой о сознании одной частицы и экспериментальной наукой. Мы допускаем и доказываем следующие утверждения:
- Каждый электрон во Вселенной обладает сознанием. Каждый электрон является субъективным "наблюдателем" своей квантовой динамики (энергии, момента, "формы" волновой функции). Каждый электрон "чувствует" свою квантовую динамику как "собственные" субъективные ощущения и желание. В принципе, то же самое может быть верно для всех фермионов.
- Большинство электронов (или фермионов) во Вселенной имеют примитивные сознания. Однако, некоторые частицы в биологических клетках (особенно в мозге) имеют сложные сознания благодаря сложной динамике в сложной органической среде. Это особенно верно для химически активных электронов.
- Представители животного царства являются иерархическими структурами, состоящими из частиц. Некоторые химически активные электроны в мозгах животных находятся "на вершине" иерархии. Их динамика находится под непосредственным влиянием данных, поступающих с органов чувств и оказывает прямое воздействие на поведение животных. В данной работе мы будем называть данные электроны царскими частицами (ЦЧ).
- Так называемый "человеческий разум" фактически является разумом ЦЧ. В принципе, в одном мозге может быть несколько ЦЧ с синхронизированной динамикой. Они "чувствуют" то же самое и совершают те же самые волевые акты. Правило "один человек - одно сознание" является неверным. Мозг человека может иметь много наблюдателей, совместно использующих похожий "человеческий" разум.
- Большинство функций интеллекта человека выполняются при помощи классических механизмов в нейросети. ЦЧ отвечают только за восприятие и за принятие решений на "финальной стадии".
Философские преимущества этой гипотезы очевидны. И хотя она основа на двух весьма парадоксальных допущениях (о том, что человек имеет много сознаний и о том, что электроны обладают сознанием), она предлагает чрезвычайно простую онтологическую модель:
- Предполагается нейтральный монизм. Он совмещает концептуальные преимущества и физикализма, и панпсихизма. Есть только одна субстанция. Мир не делится на материальные и нематериальные вещи либо на сознательные и бессознательные вещи. Все является физическим, и нет никаких сверхъестественных движущих сил. Сознания могут быть изучены объективными научными методами. С другой стороны, все обладает сознанием, и не нужно объяснять, как сознание возникает в высокоразвитых системах. Оно существует в любой разновидности систем.
- Элементарные физические частицы являются лишь фундаментальными неделимыми "кирпичами" реальности. Одна частица имеет одно сознание. Любой больший объект является всего лишь системой из самостоятельных сознательных элементарных частиц без всякой "магии" эмергентных свойств.
- Информация не имеет особого онтологического статуса: это всего лишь инструмент для описания процессов в материи. Информация не является основой сознания. Только физический субстрат является фундаментальным.
- Целостность сознания не является иллюзией.
- Все трудные для понимания клинические случаи "двух личностей в одном мозге" имеют ясное объяснение: много личностей сосуществуют в любом мозге, но в нормальных условиях мы не можем различать их.
С другой стороны, гипотеза об одной частице имеет неясные взаимоотношения с современной наукой во множестве аспектов. Главные научные проблемы гипотезы об одной частице могут быть подытожены следующим образом.
Физические аспекты
Элементарная частица не имеет структуры. В атоме состояния электрона квантованы. Они могут быть описаны несколькими целыми числами. Должно быть объяснение тому, как именно состояния электрона могут содержать все многообразие человеческого субъективного жизненного опыта.
Нейрофизиологические аспекты
Если один электрон содержит в себе сознание человека, должно иметься объяснение тому, как именно сенсорные данные (получаемые посредством классических органов чувств) устанавливает его квантовое состояние и как именно его квантовая динамика воздействует на классическое поведение тела человека.
5. Физические аспекты гипотезы о сознании одной частицы
И хотя электрон не имеет внутренней структуры, его волновая функция может быть очень сложной. Электрон может занимать множество энергетических подуровней благодаря взаимодействию с соседними атомами, эффекту Штарка, релятивистским эффектам, спин-орбитальному взаимодействию (тонкой структуре уровней) и так далее. Размещение электронов в пространстве также может быть очень сложным. Например, в численном эксперименте ученые "записали" слово "OPTICS" на "поверхности" атомной волновой функции (см. картинку 1).
Картинка 1. Слово "OPTICS" "записано" внутрь атома
Давайте оценим суммарное количество информации, которое имеющий сознание электрон гипотетически может содержать в своем сознании. Эта оценка не так проста, как кажется. Фактически, утверждение "электрон субъективно наблюдает свою квантовую динамику" может быть понято двумя способами. Могут существовать две радикально различающиеся между собой версии гипотезы о сознании одной частицы.
Вариант 1
Электрон наблюдает только поддающиеся экспериментальному обнаружению переменные, то есть энергию, момент, позицию и так далее. Поэтому его состояние сознания может быть полностью измерено объективными методами. Волновая функция (содержащая не поддающиеся наблюдению переменные) есть всего лишь теоретическая выдумка, используемая для упрощения численного моделирования. Следовательно, эксперимент не подтверждает большой информационной емкости одного электрона. Картинка 1 показывает всего лишь теоретическую выдумку. Электрон наблюдает свою собственную динамику с ограниченной погрешностью, заданной принципом неопределенности Гейзенберга:
Наше субъективное временное разрешение Дельта t хорошо известно. Большинство авторов предполагают, что оно лежит в интервале от 0,02 до 0,04 с. В частности, Фрэнсис Крик прямо ассоциирует сознательную активность колебаний гамма-волны с частотой ~ 40 Гц. Итак, будем считать Дельта t ~ 0,025 с. Вследствие этого, "наш" электрон способен "чувствовать" энергию с большой разрешающей способностью:
Типичная энергия флуктуаций электрона при комнатной температуре примерно равна 0,025 eV. Следовательно, электрон может иметь ~ 10 ^ 12 субъективно различимых градаций энергии, каждая из которых может соответствовать различным состояниям сознания. Более того, благодаря вырождению квантовых уровней несколько различных квантовых состояний могут иметь одинаковую энергию. Поэтому суммарное число различных состояний сознания может быть даже еще большим. Тем не менее, это выглядит недостаточным для "хранения" нашего реально существующего жизненного опыта. 10 ^ 30 состояний могут быть закодированы лишь 100 битами информации. 10 ^ 12 - 10 ^ 13 состояний могут быть закодированы 40-50 битами или 5-6 байтами. Это может быть достаточным для кодирования волевых актов (которые, конечно, должны соответствовать явлениям, поддающимся объективному наблюдению), но не восприятия.
Продолжение статьи читайте в соседнем посте:
https://neuralcorrelate.livejournal.com/692.html