Действуй, мозг! Квантовая модель разума: краткая версия

Во-первых, нередко в прошлом озвучивалась критика квантовой модели разума на том основании, что в масштабе мозговых макрофеноменов квантовые эффекты незначительны или вообще не происходят [106]. Сегодня этот тезис убедительно опровергнут [75] [79]; развивается такой междисциплинарный подход как квантовая биология [48], причём уже предложен практический способ изучения квантовых событий в мозге [44].

Во-вторых, идея описания мозговых процессов и событий существует с 1960 года [110], а до конца прошлого столетия было предложено уже несколько квантовых моделей мозга. В конструировании, как минимум, трёх из них принимали участие физики с мировым именем [40] [90] [113] (см. табл. 9).

Квантовое понимание природы, квантовая парадигма, есть развитие идеи вычисляемой дискретности (т.е. предыдущей, цифровой, парадигмы), но не повторяющее и не дополняющее, а значительно её изменяющее. Очень кратко текущую научную парадигму можно свести к двум пунктам:

1. Взаимодействие частиц вещества осуществляется посредством обмена квантами, в которых процесс и событие объединены.

2. Цепочка «один процесс – одно событие» (и наоборот) есть кажимость. Один и тот же процесс может приводить к бесконечному числу событий; одно и то же событие может начинать различные (пусть, и бесконечно похожие) процессы.

Пункт 2, кроме прочего, позволяет по-новому трактовать один из традиционных постулатов науки – принцип причинности.

В классических научных теориях (теории Ньютона, теории Фарадея-Максвелла) реальность уподобляется непрерывной линии, на которую нанизаны точки-события. Последние строго разграничены и не могут быть совмещены. Так что, одна причина – одно следствие (см. рис. 2).

Первоначальная версия квантовой механики провозглашала суперсимметрию (это отразилось в основном уравнении новой теории, предложенном Эрвином Шрёдингером в 1926 году [99]). Речь шла о принципиальной обратимости всякого природного процесса. В обычных условиях, когда квантовые объекты находятся в своих основных состояниях, события-причины подчиняются статистическим законам, поэтому цепочка «причина-следствие» ничем не отличается от классического толкования. Но в особых условиях (сверхвысокая температура, плотность и пр.) увеличивается вероятность обратного процесса: тогда «следствие» становится «причиной» (см. рис. 3).

Однако попытки доказать суперсимметрию в экспериментах на Большом Адронном Коллайдере не увенчались успехом. Среди физиков-теоретиков это привело даже к мнению о том, что сама идея неверна и от неё следует отказаться [101].

Это может означать более тонкое, чем было принято даже в ранней квантовой теории, понимание причинности: сосуществование на самом глубоком уровне бытия суперсимметрии и суперасимметрии.

В привычной нам реальности первая проявляется высоковероятными цепочками событий, преимущественно обратимыми, вторая – маловероятными и средневероятными последовательностями, которые чаще необратимы (см. рис. 4).

Следствием такого объяснения для теории мозга является, например, тезис об обратимых и необратимых сдвигах динамических режимов колебаний элементов, приводящих к заметной трансформации его т.н. «когнитивных» функций.[2 - Подробнее см. главу 8.]

Говоря совсем просто: мозг устроен так, что может произвольно менять – сжимать, расширять – то, что мы называем «памятью» и «интеллектом».

Однако для конструирования квантовой модели мозга ещё более важным представляется применение пункта 1 квантовой парадигмы.

Причём не в духе имеющих место спекуляций и далёких от реальности метафор о людях как «блуждающих волновых функциях», о социальных взаимодействиях, приводящих к «квантовым сдвигам» в социуме, и т. п.

Квантовая концепция должна использоваться по своему прямому назначению – как физическая теория. Нужно описать условные «события» и «процессы» в живом мозге в терминах суперпозиций бозонных элементов: на уровне его структурной, динамической и информационно-операционной подсистемы.[3 - Подробнее см. главу 7.]

Это может стать ключом к управлению (в т.ч. самоуправлению) информационными потоками в мозге.

В связи с попыткой описать мозг в рамках квантовой парадигмы немаловажно соблюсти преемственность с классическими научными моделями.

В частности, мы постулируем, что главной физической силой в мозге является электрослабое взаимодействие, по отношению к которому электромагнитные явления, бывшие в центре внимания классических толкований, становятся эмерджентными.

Элементами квантовой системы «мозг-среда» являются бозоны (включая, например, падающие на сетчатку глаза фотоны) – кванты электромагнитного поля.

А, скажем, «память» и «интеллект» следует трактовать как сильно эмерджентные эпифеномены по отношению к суперпозициям бозонов, которые суть непосредственная причина формирования динамических ансамблей нейронов (см. табл. 10).

Глава 6. Математика мозга

Математическую процедуру описания поведения квантовых систем называют квантованием.

Рассматривая живой мозг как совокупность взаимодействующих квантовых объектов, квантование может быть выполнено способом, изложенным физиком Ричардом Фейнманом в ряде статей в начале 1950х гг. [65] [66]

Это т. н. «фейнмановское суммирование по траекториям», которое реализуется через расчёт функционального интеграла по бесконечному множеству всех возможных траекторий.

Мы оцениваем приблизительное число мозговых элементов («активных» бозонов) в 10

 (десять в пятидесятой степени).[4 - Подробнее см. в расширенной версии рукописи «Действуй, Мозг!».]

Косвенно этот результат подтверждается, например, тем обстоятельством, что подсчёт, касающийся неизмеримо более простой системы, чем мозг, молекулы метана, показывает, что для её полного квантовомеханического описания требуется провести вычисления по методу сеток в 10

 точках [27].

В настоящем мы не располагаем столь мощными устройствами, чтобы выполнять объём вычислений в системе из 10

 элементов за приемлемый отрезок времени.[5 - Впрочем, сохраняется надежда на появление в недалёком будущем устройств, которым такая задача под силу, – квантовых компьютеров.]

Вместе с тем этот результат даёт ясно понять, что все предпринимаемые в настоящем попытки создания искусственных нейросетей, якобы имитирующих работу человеческого, состоящего из 10

 нейронов и 10

 синапсов, мозга – не имеют никакого отношения к реальному объекту.

Любой современный «нейрокомпьютер последнего поколения» – даже не суррогат нашего разума, а обычная сказочная выдумка. К тому же, сочиненная в духе устаревшей, цифровой, парадигмы.

Выбором способа квантования разъяснение математики мозга не ограничивается: необходимо указать на математические теории, которые могут быть применены для конструирования квантовой модели.

Первая из них – теория множеств, которая впервые предложена в 1891 году математиком Георгом Кантором [47], затем формализована математиком Эрнстом Цермело [114] и, наконец, была всесторонне изучена с т. зр. различных прикладных значений в трудах математиков, известных как «группа Бурбаки», в 1930—1960х гг. [52] [109]

Говоря очень кратко, мы используем: понятия бесконечного и конечного множества (см. рис. 5) для описания совокупностей мозговых элементов – формирующихся во взаимодействии, как с внешней средой, так друг с другом внутри системы; утверждение о том, что сумма всех подмножеств бесконечного множества больше, чем число его элементов (теорема Кантора, см. рис. 6), для описания взаимодействия бозонных совокупностей мозга; свойство бесконечных множества, изоморфизм (см. рис. 7), для объяснения особенностей пересечения мозговых множеств; сопоставление бесконечных множеств через кардинальное и ординальное число (т.е. отношения эквивалентности, см. рис. 8) для построения целостной картины иерархии бозонно-фермионных совокупностей мозга (см. рис. 9).

Таким образом, теория множеств даёт нам понимание структуры мозга.

Вторая привлекаемая нами математическая концепция – теория динамического хаоса. Её истоки были заложены выдающимся математиком Анри Пуанкаре (теорема о возвращении [93]); в 1950х гг. она получила развитие в теории о случайном поведении динамических систем, названной по начальным буквам фамилий её авторов – КАМ (Андрея Колмогорова, Владимира Арнольда, Юргена Мозера) [2] [19] [83]; была существенно обогащена концепцией диссипативной структуры за авторством физика и химика Ильи Пригожина [68] [87].

Данная концепция предоставляет: понятие неинтегрируемой (т.е. такой, впервые описанной Пуанкаре, системы, где взаимодействием элементов пренебречь нельзя) динамической системы; понятие динамических режимов сложной системы – общую схему поведения её элементов при воздействии возмущающего фактора; глубокое объяснение нюансов поведения системы при критическом значении возмущающего фактора, переводящем её в динамический хаос – диссипативную структуру (математической моделью в этом состоянии служит канторово множество или странный аттрактор), у которой может быть только три исхода: возвращение системы в исходное состояние, абсолютный хаос, возникновение новой структуры/свойства (см. рис. 10