Мозг как архитектор реальности

Наш мозг каждую секунду создает и перестраивает модель мира — сложную и динамичную конструкцию, позволяющую нам ориентироваться в окружающей действительности, предсказывать события и создавать собственные фантазии. О грани между познанием и иллюзией, о нейрофизиологических механизмах, которые лежат в основе восприятия реальности, и о том, как искусственный интеллект, от шахматных программ до нейросетей, формирует ментальные модели, рассказал на лекции в «Прямой речи» психофизиолог и профессор биофака МГУ Александр Каплан. Мы собрали несколько цитат.

Посмотреть запись лекции Александра Каплана «Мозг как архитектор реальности» можно в видеоархиве «Прямой речи».

Как мозг создает психические образы и восприятие реальности

«Последние 10 лет моя лаборатория, мои коллеги, сотрудники, аспиранты, студенты „заряжены“ на изучение того, как рождаются психические образы. На самом деле это тонкий момент. Ведь у нас сугубо вещественный мозг: нейроны, нервные импульсы. Как из этого „материального хозяйства“ рождается идеальный, психический мир? Вот базовый вопрос, который когда-нибудь, может быть, мы одолеем. Это всем интересно.

Или вопрос о реальности. Это словечко такое расхожее, что нам кажется, что мы понимаем, о чём говорим. Но на самом деле у каждого может быть своё понимание реальности. Поэтому, прежде чем внедряться в эту тему, надо договориться, чтобы мы что-то общее понимали под словом „реальность“.

Эпиграфом к дискуссии я взял слова А. Эйнштэйна: „Мне нравится думать, что Луна существует, даже если я на нее не смотрю“. Вот уже есть некоторая проблема: действительность, Луна и все прочее — существуют ли они, когда человек закроет глаза? Допустим, человека вообще нет в природе. А природа-то сама существовала или существует без человека? Или она вся связана с тем, что у него есть мозг, и он может эту природу воспроизводить у себя в голове?

Вот это ключевой момент, к которому мы с вами должны подойти — хотя я далек от мысли, что мы прямо сегодня решим эту проблему».

Эффект «Матрицы»: психофизиологический взгляд на границы реальности

«Одна из самых главных, капитальных проблем — психофизиологическая проблема, отношения сознания и тела, или психики и тела. Могу вам напомнить фильм „Тринадцатый этаж“, уже очень-очень давнишний, но очень точно раскрывающий проблему реальности. Он буквально на полгода опередил другой аналогичный фильм, который назывался „Матрица“.

Фильм про то, как человек путается: та реальность, которая вокруг него, она полностью синтезирована в его голове, или он действительно находится в этой реальности? Не буду вам рассказывать в подробностях, но в конце концов главный герой вдруг подумал, что если он живёт действительно в такой иммерсивной, но кажущейся неестественной действительности, то где-то должен быть ее предел. Он прикинул, где бы мог быть такой район, куда не добрались еще программисты, и нашёл его — доехал до момента, где заканчивается хорошо прописанная реальность, и остаются только конструктивы. Он понял, что живёт в синтезированном мире».

Чем отличается объективная реальность от субъективной

«Раз мы говорим о виртуальной реальности, давайте дадим ей какое-нибудь общее определение. Виртуальная реальность — это созданный техническими средствами мир, передаваемый человеку через его ощущения. То есть наши собственные ощущения дают нам опознавательный знак, что мы находимся в какой-то реальности.

В «Матрице» ощущения создавали так: кабель всунули в голову и создают эти ощущения через мозг. Можно создавать их через внешние чувства — очки, шлемы виртуальной реальности. Но и простое кино ее создает: сидите вы в кинотеатре или перед телевизором, отвлеклись — и вот вы уже там, внутри кино.

Можно вообще попасть в такую реальность, которая не выглядит как реальность, и объекты, которые там находятся, не существуют вообще, их никогда и не было. Такая реальность или такие объекты называются «симулякры».

Но если мы говорим о реальности, которая ближе к той плоскости, где разделяется физическая природа и человек, который живет в этой природе, — тогда получается, что есть физическая реальность или реальность вне человека. Она делится на две части — объективная реальность, та, что существует без человека, и субъективная, которую мы несем в голове. И вот как раз субъективная реальность не дает нам жить уверенно. Мы начинаем путаться — где фантазии, где вымыслы, мечты, иллюзии?

А может ли быть, что мы живем в ментальной реальности, созданной мозгом человека, и никакой физической реальности нет? Для меня это равноправные гипотезы. Мы можем жить в ментальной реальности, и доказать, что это не так, невозможно. А если мы говорим, что нет, все-таки есть физическая основа, а ментальная реальность вторична, — это просто другая гипотеза.

Мне лично больше нравится гипотеза, как у Эйнштейна, что Луна все-таки существует без моего воображения. Тогда мне как-то спокойнее. Я изучаю физический мир, и все ученые копаются не в собственной голове, а изучают реальные атомы, молекулы. В конце концов, за что же они будут получать деньги, если будут строить замки внутри головы? Интереснее жить в такой реальности, где есть физическая часть и есть часть ментальная часть«.

Слепое пятно и ганцфельд-эффект: как мозг конструирует то, чего нет

«Рассмотрим „слепое пятно“ в нашем глазу. Это место, где волокна от всех фоточувствительных клеток собираются и уходят в мозг в виде зрительного нерва. Сюда же уходят и кровеносные сосуды. В этом месте нет фоточувствительных элементов, оно действительно слепое. Каждый из вас может сам выявить его — если закрыть один глаз, большой палец поставить прямо перед другим глазом, а потом, не переводя взор, двигать палец вбок — в какой-то момент его не будет видно. А если мы не закроем другой глаз, тогда он будет „подсматривать“, и не будет никакого слепого пятна.

Теперь другой факт. У Шарля Бонне, швейцарского философа, был дедушка 87 лет, который постоянно жаловался, что ему мерещатся перед глазами то животные, то какие-то растения, то рыбы вдруг проплывают перед глазами. И он не был сумасшедшим, логически мыслил, в остальном все было в порядке.

Многие люди, у которых начинается дегенерация сетчатки, перестают видеть какие-то места пространства. И появляются неизвестные, совершенно не нужные объекты — тигры прямо на людной улице, между кустов проглядывает какое-то лицо. Когда стали разбираться внимательнее, выяснилось, что эти тигры и лица появляются в затемненных местах — там, где сетчатка нарушена, и человек не может ничего видеть в этом кусочке пространства. Но что-то такое существует, что дорисовывает эти пустые места, эти „слепые пятна“.

Или ганцфельд-эффект: берете шарик теннисный, аккуратно разрезаете его на две части, приставляете к глазам — и вдруг на поверхности этих шариков вы увидите удивительные картины. Причем оформленные, как будто кто-то их там разрисовал вам.

Словом, что-то у нас есть активное в мозгу, что может рисовать целую реальность. Что же это?».

Эволюционная функция мозга: адаптация к среде и теорема Эшби

«Для чего нам нужен мозг? Мозг — это орган, специализирующийся на адаптации организма к среде обитания. Вот его главная функция. А не для того, чтобы думать: где-то и не надо думать, где-то надо глазами увидеть и быстро среагировать. Мозг умеет собирать органами чувств информацию, потом ее перерабатывать и создавать новое поведение. Все это для адаптации к среде обитания, потому что те, кто лучше будут адаптированы, имеют больше шансов выжить. И эволюция будет идти в направлении всё более умных существ, всё более адаптированных — но не за счёт того, что челюсти становятся громадные и можно всех покусать и съесть, а за счет того, что он становится умнее и может обхитрить тех, у которых большие челюсти.

И вот теперь вопрос. Получается, что мозг — это просто регулятор? Он регулирует наше поведение, наши физиологические функции относительно среды обитания. Бежать надо — значит, сердце быстрее бьётся; где-то прятаться — другие функции организма подключаются, спать — следующие, и так далее.

А как работает регулятор? Я приведу теорему. Она простая, ее придумал и доказал психиатр Уильям Росс Эшби, один из основоположников кибернетики. Идея очень элегантна: «оптимальный регулятор должен содержать МОДЕЛЬ регулируемого процесса». Модель как бы воспроизводит процесс.

Как ментальная модель мира заполняет пустоты восприятия

«Так не является ли та ментальная реальность, о которой мы говорили, просто моделью физического мира? Потому что она выработалась как единственно оптимальный способ регулировать процессы.

А какой у нас процесс? Мы адаптируемся к миру. Значит, модель должна воссоздавать этот мир. То есть, в голове у нас, вполне возможно, зародилась динамическая ментальная модель физического мира.

Тогда всё по-другому выглядит. Получается, что мир вокруг нас — это не какие-то дискретные объекты: я сюда посмотрел, туда посмотрел, а здесь вообще какая-то „дырка“. Модель всё заполнит непрерывно. Все объекты станут „гладкими“, потому что просто вычисляются в любой точке.

Опыт, который у нас постепенно накапливается относительно этого мира, всегда дискретный — то это узнаешь, то другое. А модель все сглаживает.

И тогда объясняются все феномены, о которых мы говорили. Понятно, почему в „слепом пятне“ мы все видим — модель не терпит пустоты. Она все заполняет, дорисовывает.

И точно так же понятно, что это за болезнь была у дедушки философа. Те пустые места, где уже сетчатка не работала, модель начинала дорисовывать. Но она, конечно, не могла точно высчитать, а что же там конкретно в этой данной ситуации — и рисовала, что могла, так и появились тигрята.

То же самое с этими шариками и рисунками на пустом поле. Мозг не терпит пустоты. Если перед глазами пустое пространство, он чувствует: что-то не так, это тревога. Надо как-то спрогнозировать, что там есть — и вот эти прогнозы мы видим на поверхностях теннисных шариков.

Мозг занимается трактовкой всего, что попадается в поле зрения. И это мы говорим о зрении, на нем это удобнее всего продемонстрировать. А на самом деле мы можем говорить вообще обо всех органах чувств».

Сравнение мощности человеческого мозга и нейросетей GPT

«Сравним ментальную модель с языковой моделью — я был немного причастен к ее созданию, хотя и не верил, что можно сделать такую модель. Она считает статистику токенов — буквы, сгустки букв, слоги, слова и так далее. Вот, допустим, с какой вероятностью этот слог следует за этим? Модель ставит тот, который следует с наибольшей вероятностью. Потом следующий, следующий, и причем не только слоги и буквы, но и слова, и фразы, и предложения.

Не модель, а машины, которые очень быстрые и с большой памятью, переработали все тексты: ничего они не запоминали, просто считали статистику. И потом на основании этой статистики, если я задаю вопрос, они тут же этот вопрос под статистику подставляют и ищут другую статистику, которая будет похожа на ответ.

Я думал, что это пустая работа. В первых моделях было 10 миллиардов параметров — но то, что получалось, это была полная ерунда. А когда вдруг появилось 35-40 миллиардов параметров — я смотрю, стало работать. Количество перешло в качество. У современной GPT 175 миллиардов параметров.

Все это я вам рассказываю для того, чтобы понять: 175 миллиардов параметров — это модель языка.

Но модель, которую мы постулируем сейчас, модель физического мира, она гораздо сложнее. Хватит ли ресурсов у мозга, чтобы создать такую модель?

Информация в мозге передается не нейронами, а контактами между нервными клетками. Контакт определяет, передается сигнал дальше или нет. Почти как транзистор — открыт или закрыт. Нервная клетка имеет 10-15 тысяч контактов. Вот теперь, если вы перемножите 10-15 тысяч контактов на одну клетку, а таких клеток в мозгу 86 миллиардов, это хорошо посчитанные все вещи, — то получится миллион миллиардов.

То есть заранее уже ясно, что у мозга параметров на несколько порядков больше, чем у языковых моделей.

Но это мы самую нижнюю планку привели, потому что мы не знаем, как кодируется информация в мозгу. Во-первых, доказано сейчас, и есть статьи об этом, что каждый контакт он может быть в нескольких состояниях — не 2, как у транзистора, а до 20-25. Значит, это миллион миллиардов многопозиционных переключателей. То есть у мозга колоссальная мощь.

И вообще-то до этого момента, до вот этого слова «ментальная модель физического мира», вообще было непонятно, для чего мозгу такая мощность. А вот содержать такую модель — это благородная задача. И вот как раз под эту задачу мозгу и необходимо такое количество параметров«.

Роль игр в дообучении ментальной модели человека и ИИ

«Ментальная реальность очень сильно зависит от нашего опыта. Но, в общем-то, опыт у нас не очень-то богатый. Мы же не везде бываем, не все продумываем. А модель требует, она должна быть насыщенной, иначе у нее много чего не сойдется. Она должна дописывать, дорисовывать, дообучаться. Вообще говоря, это проблема и современных языковых моделей: у них не всегда хватает данных. И они не могут до конца научиться, что же делать дальше. Например, в шахматах нет больших данных, несмотря на то, что много партий сыграно. Но айтишники додумались, что делать: пусть эти шахматные программы играют друг с дружкой. А партии же быстрые, партия — это миллисекунда. И они нарабатывают таким образом большие данные.

У людей тоже есть такой специальный способ, как нарабатывать опыт. Вы его хорошо знаете. Это игра! В игре проигрываются самые разнообразные ситуации. Можно неправильно что-то делать, какие-то ситуацию по-разному прокручивать. Игры могут быть реальные физически, но они могут быть и ментальные. И чем старше человек, тем больше ему остаются возможностей ментальных игр, а физических может быть все меньше и меньше».