Девятое заседание Клуба межнаучных контактов СО РАН было совмещено с пленарной сессией симпозиума Cognitive sciences, neurogenetics, neuroinformatics and systems computational biology мультиконференции BGRS/SB-2022.
Научный руководитель ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» академик Николай Александрович Колчанов пояснил аббревиатуру: вся конференция посвящена различным аспектам биоинформатики, геномного регулирования и структурной/системной биологии — потому и «мульти». Даже в сегодняшней обстановке это представительный международный форум, в котором участвуют около тысячи специалистов из 34 стран, включая США, Германию, Францию, Иран, Индию, Китай и Тайвань, причем удаленно подключаются не более трети. От иностранной части BGRS/SB-2022 собравшихся приветствовал заместитель председателя Президиума Национальной академии наук Беларуси академик Александр Владимирович Кильчевский.
Мультиконференция состоит из тринадцати симпозиумов, один из которых стал одновременно и заседанием КМК. Оно было широко анонсировано, и свободных мест в малом зале новосибирского Дома ученых почти не наблюдалось. Модератор, заместитель председателя СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Робертович Сверчков, констатировал: «Мы вслед за всем научным сообществом совершили неизбежную ошибку — сначала обсуждали искусственный интеллект, а уже затем перешли к собственно человеческому». От антиномии нейросети — разум отталкивался и председатель КМК член-корреспондент РАН Сергей Игоревич Кабанихин, считающий, что с возможностями нашего мозга «не может сравниться никакой компьютер» (например, по соотношению энергоемкости и количества нейронных связей), хотя другой участник дискуссии констатировал: «В системах искусственного интеллекта начинает уже появляться что-то вроде интуиции». Председатель СО РАН академик Валентин Николаевич Пармон заострил проблему выявления генезиса и локации как врожденной памяти (вроде фототаксиса — инстинкта движения на свет), так и памяти приобретенной. Он обратился к аудитории с постановочным вопросом для последующей дискуссии: «Где конкретно находится и как действует то хранилище памяти, из которого сознание может извлечь то или иное?»
Валентин Пармон
Именно проблему памяти человека глава Сибирского отделения считает одной из ключевых в современной нейронауке: науке, которая балансирует между исследованием малоизученных и/или самых тонких, глубинных функций мозга (как та же память) и их искусственных воспроизведений; науке, интегрирующей компетенции математики, био- и просто информатики, физиологии, психологии, генетики и геномики. Список далеко не полон. В этой сфере не может не возникать желания создать единую объясняющую теорию. Одну из них обозначил на заседании КМК академик Константин Владимирович Анохин, директор Института перспективных исследований мозга Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова и заведующий лабораторией нейробиологии памяти НИИ нормальной физиологии им. П. К. Анохина. Представленная докладчиком гиперсетевая теория мозга (ГСТМ) является развитием ранее созданной академиком Петром Кузьмичом Анохиным теории функциональных систем.
Константин Анохин отталкивается от представления о человеческом мозге как о нейронной гиперсети, когнитоме. «Как и геном, когнитом — это структура, — объясняет автор. — Как и геном, когнитом — это запасенная информация. Но если в геноме сосредоточена информация об организме, то в когнитоме — об окружающем мире и взаимодействиях с ним». Соответственно, ученый вводит понятие когнитивных кодов — алгоритмов экспрессии информации из когнитома и ее реализации в поведении индивида, как внутреннего (на уровне организма), так и направленного вовне. Физическим носителем когнитивных кодов К. В. Анохин считает определенные группы нейронов (когнитивные группы, или коги), взаимодействующие между собой посредством сетей. Исследователь выдвинул гипотезу, согласно которой и за память отвечают строго определенные группы когов, причем сохранение ими информации может требовать вовлечения в эту функцию их генетического аппарата.
Нервные клетки из таких групп Константин Анохин называет к-нейронами (когнтивными нейронами) и считает их способными на специализацию, то есть избирательное хранение информации только определенного рода. Исследователь рассказал об экспериментах, российских и зарубежных, подтверждающих эту гипотезу. Так, с помощью вживленных датчиков у мышей были обнаружены «нейроны педали» — клетки, возбуждавшиеся перед тем, как животное нажимало на педаль, чтобы получить питание. «По специализации определенных групп нейронов сегодня вопросов намного больше, чем ответов, — отметил ученый, — но тем не менее идет накопление эмпирического материала, в том числе и по мозгу человека».
В одном из экспериментов, например, добровольцам одновременно представляли картинки, надписи и звуки на одну и ту же тему — киноэпопеи «Звездные войны». Исследователи регистрировали нейронный ответ и выявили резкое отличие реакции на Люка Скайуокера, независимо от того, видел ли испытуемый портрет, читал его имя или слышал голос. Точно такие же реакции следовали на образы Йоды и Дарта Вейдера — поэтому К. Анохин назвал выявленную точку активации нейроном джедаев (точнее, группу к-нейронов, хранящих информацию о том, кто это такие).
Константин Анохин рассказал о начале отечественной программы экспериментов «Прозрачный мозг». У трансгенных мышей выявляются и маркируются к-нейроны, затем в череп животным вживляется «окно» — микроэндоскоп, позволяющий визуально отслеживать нейронные ответы. Уже получены первые результаты, дающие представление о нейронах-маршрутизаторах, ответственных за выбор мышами направления движения в кольцевом лабиринте и запоминание этих траекторий. «Как это кодирование возникает с первого раза, мы еще не понимаем», — признался исследователь.
Еще одна теория человеческого мышления была представлена на заседании КМК доктором физико-математических наук Евгением Евгеньевичем Витяевым — сотрудником Института математики им. С. Л. Соболева СО РАН и профессором Новосибирского государственного университета. Его доклад назывался «Сознание как логически непротиворечивая и предсказательная модель реальности». «Ключевая идея состоит в том, что если правильно и точно формализовать основные принципы работы мозга, то можно получить формализацию основных информационных процессов его работы, — рассуждает автор. — Но что такое принципы? Понятно, что если бы мир был хаотическим, то в нем нельзя было бы выжить и тем более познать его, но наш мир не хаотический и позволяет к нему приспособиться. Те базовые свойства организмов, которые были выработаны в процессе эволюции и которые позволили адаптироваться к внешнему миру и познать его, мы и будем называть принципами работы мозга».
Евгений Витяев приравнивает сознание к предвосхищению событий внешнего мира и опирается на изобретенное еще в XIX веке Джоном Миллем понятие естественных классификаций, которые «…описываются различными группами индикаторных признаков, причинно определяющих остальные признаки». «Таким образом, — считает ученый, — наш мозг, осуществляя все возможные выводы по причинным связям, создает причинные модели, которые формируют “естественные” понятия для “естественных” объектов в виде циклически взаимно предсказывающихся причинных связей. Для формализации этих причинных моделей нами разработан новый математический аппарат — вероятностные формальные понятия». Имея представление о богатом нейрофизиологическом наследии и, в частности, трудах династии Анохиных, новосибирский математик считает возможным привязать все нейронные ответы и взаимодействия к некоторому множеству причинно-следственных алгоритмов.
«Мы должны рассматривать предложенную информационную теорию как промежуточную и связующую», — добавил Евгений Витяев. Но всё равно в ходе дебатов был подвергнут критике: прежде всего за спорные исходные постулаты. Докладчика засыпали риторическими вопросами: «Откуда вы взяли, что наш мозг занят только причинно-следственными связями? Почему вы считаете неоспоримым наличие миллевских естественных классификаций, тогда как классификация зависит от того, кто и зачем ее составляет? И вообще, откуда вы знаете, что есть реальность на самом деле?!» Один из оппонентов вспомнил рассказ Герберта Уэллса «Страна слепых», жители которой поголовно и полностью лишены зрения, поэтому представляют мир по-иному и отображают его в специфических понятиях и образах, а попавшего в их мир единственного зрячего считают ненормальным. Поэтому автор реплики предложил ввести в понятийный аппарат когнитивной науки классы необъяснимых явлений: физических, социальных, эмоциональных и так далее.
Татьяна Владимировна Черниговская — доктор биологических и филологических наук, член-корреспондент Российской академии образования, профессор кафедры общего языкознания Санкт-Петербургского государственного университета, а также известный популяризатор нейронауки, анонсировала свой доклад как «более гуманитарный» и построенный «в другом регистре», нежели у нейрофизиологов и математиков. В заголовке присутствовал Homo Semioticus, то есть порождающий смыслы. «Мы экстраполируем себя в те миры, которые нас окружают здесь и сейчас», — так определила Татьяна Черниговская суть мыслительного процесса, поставив во главу угла язык и вспомнив определение Ноама Хомского, что язык «больше для мыслей, чем для коммуникаций». При этом к языкам были причислены и невербальные каналы: музыка, пластика и мимика, математика и другие языки науки.
Всё же в фокусе выступления Татьяны Владимировны оказался язык как таковой. «Свыше семи тысяч языков, которыми оперирует население Земли, сводятся к тому или иному взаимосвязанному набору звуковых и графических символов, — отметила она. — Все они строятся по линейке фонемы — морфемы — слова — фразы — тексты, и любой здоровый ребенок за год-два своей жизни может освоить минимум один язык как свой родной». За исключением разве что страдающих синдромом SLI (specific language impairment, специфическое нарушение речи), при котором индивид нормально развивается, адекватно воспринимает внешний мир, но не может говорить. Татьяна Черниговская коснулась поисков гена языка, кандидатом в который одно время считали ген FOXP2. Однако его нашли не только у человека, выявив при этом основную функцию как регулятивного хаба, отвечающего, в частности, за рост нейронов. А SLI является результатом комбинированного влияния нескольких генетических вариантов (каждый из которых встречается в общей популяции), а также воздействия окружающей среды. Ген языка на сегодня оказался таким же призраком, как единый праязык человечества.
Касаясь перспектив получения новых знаний и тем более целостной картины генезиса мыслительных процессов, Татьяна Черниговская сказала: «Оставьте мозг в покое — по крайней мере, когда мы говорим о творчестве… Когнитивная наука не продвинется радикально, если не совершит парадигмальный скачок». Одним из его вариантов исследовательница считает «подглядывание» за ходом мысли признанных мировых гениев. «Надо изучать дневники Леонардо да Винчи и Пушкина, системно изучать, — предлагает Т. Черниговская. — Отсматривать, что они зачеркивали и чем заменяли, как двигалась их творческая мысль. Это очень трудная работа, но игра стоит свеч».
Вокруг языка строился и четвертый доклад — доктора биологических наук Максима Владимировича Киреева из Института мозга человека им. Н. П. Бехтеревой РАН, профессора СПбГУ и президент-электа Межрегиональной организации когнитивных исследований. Он сосредоточился на мозговых процессах обработки многозначной информации, поскольку «…окружающий нас мир принципиально многозначен, и наиболее ярко это проявляется в речевой деятельности». На сегодня экспериментально выявлены области мозга, в которых наблюдается увеличение активности, когда предложения, содержащие более многозначные слова, сравниваются с относительно менее многозначными фразами. Максим Киреев считает, что выбор верного значения возникает автоматически: например, когда в конструкции «сухое _ино» буква в встает как бы сама собой, по смыслу.
Но что происходит с отвергнутыми значениями? Докладчик исходил из двух версий: либо их просто нет, либо они активно подавляются, что позволяет избежать конкуренции вариантов (возможно «сухое кино», если речь о скучном фильме, или «сухое пино» в винном же контексте). За счет каких механизмов мозга обеспечивается автоматический выбор значений путем подавления невыбираемых? Одним из наиболее вероятных кандидатов предполагался мозговой механизм торможения. «Для проверки данной гипотезы мы провели функциональное МРТ-исследование, в котором просили испытуемых достраивать фразы с пропущенными буквами: ре_иновый _ланг — вра_еский _ланг, — рассказал М. Киреев. — Если человек осознавал несколько вариантов достройки, такие пробы убирались из анализа. При визуализации томограмм мы убедились, что автоматический выбор одного из вариантов достройки многозначного слова происходит на фоне снижения активности гиппокампа».
В ходе других экспериментов с ситуациями выбора было установлено, что подавление гиппокампа включается не только при обработке невыбираемых вариантов, но и для принятия окончательного решения и реализации подготовленного действия. Поэтому Максим Киреев сформулировал общий вывод: «Процессы тормозного контроля играют определяющую роль в организации поведения — от относительно простых движений до мыслительной деятельности». Таким образом, были получены четкие ответы на два вопроса, заявленные в анонсе заседания КМК: «Как мы обрабатываем многозначную информацию?» и «Зачем мозгу тормоза?»
Без ответа остались два других, более общих: «Какова природа когнитивной информации?» и «Можно ли считать сознание моделью реальности?» И поэтому весьма актуально прозвучала цитата нобелевского лауреата, первооткрывателя структуры ДНК Джеймса Уотсона: «Сейчас в нейронауке очень интересное время, когда большое открытие только предстоит сделать — понять, как информация хранится в мозге». «Ответ придет от думания, а не от эксперимента», — считает нобелиат. И прогнозирует, что озарение случится в Китае или в целом в «незападной стране».
Андрей Соболевский
Фото автора
