Здравствуйте! Меня зовут Ажар Доненбаева, я телесно-ориентированный психолог, и сегодня я продолжу знакомить Вас с Теорией времени и сознания, которую мы разработали совместно с физиком Досаевым Асаном.
В первых четырёх лекциях мы с Вами увидели, что для понимания природы сознания нужно рассматривать петли обратной связи в нейронной сети не изолированно, а вместе с генетическими, телесными, социальными и экологическими контурами саморегуляции.
Мы также показали, что важно отслеживать петли от самого первого уровня — иначе теряется связь между движением и законами химии и физики, которые это движение запускают.
Если я сейчас подумаю и подниму руку — остаётся загадкой, почему я вообще могу так сделать. Разрыв между химическими реакциями и мыслями кажется слишком большим.
Но если мы проследим, как менялись «правила движения» от первых живых организмов до человека, этот разрыв исчезнет. И в ближайшие три лекции мы с Вами убедимся, что мысли – это часть той же иерархии обратных связей, что ведёт от молекулярных процессов к движению и действию.
Мы с Вами пройдём эволюцию петель — от мира РНК до линии Homo sapiens — и свяжем движение с петлями обратной связи. И тогда станет понятно, какматерия в живых организмах становится процессом. Чтобы разобраться, нас будут интересовать два вопроса:
Во-первых, как петли обратной связи превращают энергию и материю в действие.
И во-вторых, когда и почему управление переходит к более медленным контурам и наоборот.
Эти три лекции можно назвать ядром Теории времени и сознания. Все остальные материалы тоже важны, но сегодня и в двух следующих видео я дам Вам ключ к пониманию сознания, как это видят авторы Теории времени и сознания.
Давайте приступим. Мы уже вкратце познакомились с петлями обратной связи и их базовым циклом «измерить — оценить — действовать». Этот цикл поддерживает динамическое неравновесие. Иначе говоря, помогает живым системам возвращать себя в свое собственное состояние при постоянном обмене с внешней средой. Возврат к собственной структуре отличает живые организмы от неживой материи, которая меняется при взаимодействии со средой.
Предотвратить столкновение со средой живой организм не может, но он способен до некоторой степени восстанавливать себя, узнавать во внешней среде вредные вещества и стараться их избегать. Он также может изменять свое местоположение в среде попадая в лучшие условия и повышая собственные шансы на выживание.
Теперь разложим этот цикл на минимальные элементы движения и посмотрим, как из них собирается произвольное действие. Начнём с самого простого — направленного движения у простейших, одноклеточных организмов.
Сам процесс подчиняется законам физики и химии. Участки РНК распознают молекулы и вещества как внутри клетки, так и во внешней среде. Это могут быть ионы, метаболиты или специальные «помощники» реакций — ко-факторы (например, ион магния или производные витаминов). При связывании с ними РНК меняет форму, и такие изменения работают как датчики, позволяя клетке уловить начало реакций.
Дальше сама структура РНК задаёт возможные варианты последствий: одни пути становятся более вероятными, другие — наоборот, тормозятся. Проще говоря, в самой последовательности РНК уже зашита информация о том, как реагировать, поэтому клетка как бы «понимает», сколько у неё ресурсов и в каком состоянии она находится.
Рибозимные участки РНК могут запускать и ускорять полезные превращения — синтез нужных веществ, поддержание ионных градиентов, восстановление мембраны. Одновременно они способны стабилизировать или связывать ингибиторы — молекулы, которые гасят избыточные и опасные процессы. Так постепенно возникает баланс активации и торможения, первичная форма саморегуляции живой системы.
И этот порядок принципиально важен. Многие современные теории сознания предполагают, что мозг строит модель реальности и при несовпадении корректирует ошибку, обучаясь на ней.
Но это и есть главное заблуждение: кажется, будто начало петли обратной связи скрыто в оценке или действии.
Формально начало петли обратной связи можно ставить где угодно, когда цикл замкнут. Но уже начиная с клеточных организмов это не так.
Операционным началом для них является именно измерение, потому что только оно вносит подлинную изменчивость.
Оценка и действие — это функции от параметров, заранее заданных и калибруемых более медленными генетическими, групповыми и экологическими контурами, закреплёнными сотнями миллионов лет эволюции. РНК, а впоследствии ДНК и набор хромосом изначально определяют строение тела организма, параметры гомеостаза и реакции, которые будут протекать.
В жизненном цикле особи и даже вида базовые механизмы оценки и действия не претерпевают принципиальных изменений — от простейших форм жизни до человека. Меняться могут лишь численные параметры, как, например, в случае с усреднённой температурой тела человека (36,6 °C).
Вариативность поведения возникает не потому, что организм свободно меняет способы оценки или действия, а потому что разные измерения проходят разные виды оценки и приводят к активации разных готовых шаблонов реакции.
Вариативность оценки и действий в живых организмах действительно существует, но она принадлежит другой петле — генетической, работающей по иным правилам: мутация – отбор – фиксация. И что важно, эта петля действует в других временных масштабах: от нескольких часов у бактерий с их коротким жизненным циклом, до тысяч и даже миллионов лет у сложных организмов.
В прошлых лекциях мы кратко касались гипотезы РНК-мира: в самых ранних протоклетках РНК одновременно хранила наследуемые «инструкции» и катализировала нужные химические реакции.
Наследование шло через копирование по шаблону: к каждой «букве» РНК подстраивалась комплементарная пара, образуя новую цепочку. Ошибки при копировании давали варианты, а естественный отбор оставлял те молекулы и те протоклетки, которые оказывались более приспособленными. Так шаг за шагом, сотни миллионов лет, в первых живых организмах накапливалась информация о внешней среде и способах поддержания собственного гомеостаза.
На уровне отдельной особи кажется, что она обладает свободной вариативностью действий. Но на деле это не вариативность, а множественность. Живые организмы переключаемся между множеством заранее подготовленных возможностей, заданных анатомией и генетикой.
Например, у человека речь возможна потому, что у нас эволюционно изменилась форма гортани, расположение лицевых костей и строение дыхательных путей. Мы говорим на разных языках и поем, но сама возможность речи появилась как результат генетической петли, которая изменила нашу биомеханику, а не благодаря операционной (измерение–оценка–действие).
Именно поэтому Теория времени и сознания начинает рассмотрение с уровня РНК. Только там, где контуры первых петель обратной связи ещё различимы, можно увидеть их устройство и избежать ложных трактовок.
Если же начинать сразу с человека, то возникает так называемая трудная проблема сознания: мы сталкиваемся с множеством наслаивающихся петель и не можем отделить источник изменчивости от тех функций, которые тоже изменяются, но в других временных циклах и поэтому остаются константами в рамках петель регуляции жизнедеятельности.
За миллиарды лет эволюции петли, работающие в разных временных масштабах, наслаивались друг на друга, образуя многоуровневую систему.
И здесь принципиально важна еще и нелинейность: появление новой петли меняет работу всех последующих. Так, например, возникновение билатеральной симметрии позволило выделить перед и зад тела, собрать органы чувств и нервную систему в «головном конце» и открыло путь к направленному движению.
Но симметрия возникла не у всех: губки остались асимметричными, многие простейшие сохраняют текучие формы, а иглокожие во взрослом состоянии переходят к радиальной симметрии. Это наглядно показывает, что эволюция могла пойти иным путём, и дальнейшие петли — вплоть до когнитивных — сложились бы совершенно по-другому.
Кроме того, петля обратной связи замыкается, когда её выход возвращается в систему и становится новым входом.
И именно здесь особенно ясно видно, что оценка и действие сами принадлежат другой петле — генетической. На короткой шкале времени они остаются фиксированными многовариантными функциями, но на длинной шкале эволюции именно они изменяются. Генетическая петля — мутация, отбор, фиксация — медленно перестраивает сами механизмы оценки и шаблоны действия, закрепляя удачные варианты и отбрасывая неэффективные.
Источник изменений, как мы уже знаем, это случайные мутации ДНК/РНК, а закрепляет их естественный отбор. У прокариот это могут быть, например, изменения чувствительности рецепторов, сигнальных каскадов, частоты переключений флагеллярного мотора, числа/расположения жгутиков или появление пилей или белковых волосков передвижения.
У эукариот добавляются другие решения, включая псевдоподии (амёбное движение). Такие модификации дают преимущество и передаются потомкам, постепенно усложняя петли обратной связи.
Получается, что каждая операционная петля “измерить – оценить – действовать” работает внутри более широкой генетической: измерение всегда даёт переменный вход, а оценка и действие реализуют те формы реакции, которые были когда-то закреплены в эволюции.
Поэтому для жизненного цикла одной особи и даже целого вида входом всегда служат сигналы от рецепторов. Это то место, где операционная петля получает изменчивость. Система не должна произвольно подменять этот вход — иначе теряется связь с реальностью.
А вот то, как эти сигналы будут оценены и какие действия последуют, определяется рамками более медленных контуров — генетической, групповой и экологической петель, которые задолго до данного момента сформировали соответствующие механизмы реакции. Мы пока кратко упомянули цикл генетической петли, к двум другим  мы еще вернемся в последующих лекциях.
Но петля жизнедеятельности способна влиять на условия поступления входа. Клетка может смещать себя относительно сигнала: двигаться жгутиками или ресничками в сторону или от источника вещества, вращаться вокруг своей оси, менять проницаемость мембраны или число открытых каналов. Она также умеет регулировать чувствительность рецепторов: временно снижать отклик, если сигнал слишком сильный, или усиливать, если сигнал слабый.
На уровне человека принцип остаётся тем же. Мы не можем видеть в темноте, как кошки, но можем повернуть голову и глаза, сузить зрачок, напрячь мышцы, переключить внимание — то есть действием формировать то, что будет измерено дальше.
Расширение сенсорного набора даёт новые данные: усложнение зрительного аппарата перевело живые организмы от простого фототаксиса к восприятию изображения. Чем больше датчиков, тем шире возможности восприятия и оценки: пчёлы видят ультрафиолет, летучие мыши воспринимают ультразвук.
Еще очень важно понимать, что система не «меняет мир» напрямую. Любое влияние идёт опосредованно — через изменение самой себя. Организм перераспределяет внутренние потоки, смещает пороги, перемещает тело, и этим сдвигает градиенты вокруг. Это отражается в химических и физических реакциях на границе со средой.
На клеточном уровне арсенал пока прост: регулировать интенсивность микродвижений и пауз, переключать метаболизм, выделять вещества (ферменты, сигнальные молекулы), ремонтировать мембрану и структуры, объединяться в плёнку или колонию.
Но в сумме все живые организмы все равно тянутся к питательной среде и избегают опасной, создавая условия для репликации РНК, а позже ДНК и хромосом. При этом алгоритмы оценки и действий остаются генетически заложенными и предопределёнными биомеханикой тела.
Поэтому обратная связь регуляции жизнедеятельности живых организмах строится именно так: сначала идёт фиксация внешнего или внутреннего сигнала, и только потом — его оценка и ответ.
Но поскольку цикл повторяется беспрерывно, легко потерять точку отсчёта и принять любой шаг за первый. Эта путаница мешает правильно понимать работу как простейших организмов, так и мозга человека.
На самом деле мы с вами только что сделали важный шаг в понимании природы сознания. Мы нашли переменную в жизненном цикле организмов — тот элемент, который действительно меняется от шага к шагу.
Когда мы говорим о сознании, кажется, будто в нём есть «тайна», не подчиняющаяся физике и химии. Но эта кажущаяся непредсказуемость — лишь проявление нелинейности.
В науке хаос понимают не как беспорядок, а как детерминированный хаос. Это означает, что система следует строгим законам, но малые различия на входе со временем приводят к огромным различиям на выходе. Это называется «эффект бабочки» метафора, которая показывает как взмах крыла бабочки в одном месте может изменить погоду на другом конце планеты.
Так работает атмосфера: законы гидродинамики точны, но малейшее возмущение делает недельный прогноз ненадёжным. То же справедливо для турбулентности воды, движения галактик и множества других процессов. Хаос — это не отсутствие правил, а следствие их нелинейности.
Сознание устроено по тому же принципу: оно измеряет параметры среды и организма, сопоставляет их с генетическим шаблоном и запускает реакции. Эти действия возвращаются в цикл как новый вход, и из-за чувствительности к исходным условиям динамика кажется непредсказуемой.
Теперь, когда мы нашли отправную точку, остаётся проследить, как такие переменные множились и усложнялись за миллиарды лет эволюции. Поэтому мы подведем небольшой итог и затем продолжим.
Цикл петель обратной связи в живых организмах запускают простейшую самоподдержку: извлечение энергии из градиентов, восстановление оболочки «пузырька»-клеточки, питание и т.д.
Результат действия, например, новые продукты, сдвиг pH и ионов, более прочная мембрана меняет то, что «видят» датчики, и цикл запускается снова.
Те петли, которые лучше удерживали протоклетку в рабочем, но неравновесном состоянии, естественный отбор усиливал и закреплял.
И это важно для вопроса сознания: в основе любого движения самых ранних клеточных организмов лежат химические процессы. Но в отличие от неживой материи — это движение со временем становится всё более управляемым и направленным за счёт петель обратной связи.
Именно этот переход — от «просто химии» к организованному процессу — остаётся пробелом во многих существующих теориях сознания, которые начинают сразу с нейронных сетей.
Теперь мы можем вернуться к движению. Как мы уже обсудили в прошлых лекциях, для возникновения активного движения живым организмам нужны два условия. Внутренний источник энергии и ориентирующий сигнал из среды. Вместе они замыкают петлю обратной связи: измерение среды и внутренних параметров, оценка полезности/вреда и запуск действия (приблизиться или избежать).
Внутри клетки, ограниченной мембраной, постоянно идёт обмен веществ: высвобождается энергия, возникают микроколебания, поэтому клетка может перемещаться случайным образом. Это ещё не выбор направления, а блуждание, куда толкнуло — туда и поплыла.
Но уже этого достаточно, чтобы поддерживать жизнь на минимальном уровне.
Планктонные цианобактерии, микроводоросли и другие одноклеточные организмы просто дрейфуют с потоками. Их переносят броуновские толчки и течения.
А вот вирусы, то есть формы на границе живого и неживого, миллиарды лет вообще обходятся без собственной моторики и метаболизма: вне клетки их несут броуновское движение и потоки среды, а внутри они пользуются транспортными и биосинтетическими системами клетки-хозяина.
Мы всё ещё не знаем, что именно считать «жизнью» и как она возникла. Однако наблюдаем, что на всех уровнях — от броуновских толчков до клеточных сетей — работают одни и те же физико-химические принципы. Живые системы не нарушают законы природы, они их используют, создавая устойчивые, но открытые к изменениям структуры. Эволюция — это постепенное наращивание этой организации и функциональной сложности.
Чуть позже у одноклеточных появляется простейшая настройка скорости. В «хорошей» среде движение замедляется, в «плохой» — учащается. Этот процесс называют кинезисом или кинезом.
Кинез возможен потому, что локальные рецепторы клеточных организмов через простые химические реакции изменяют работу элементарной моторики. В норме она даёт хаотичные толчки на месте. В комфортной среде этот «шум» утихает и тогда организм задерживается. В неблагоприятной среде интесивность хаотических движений возрастает, и организм с большей вероятностью покидает участок.
Важно понимать, что кинез не задаёт направления «вперёд/назад» или «вправо/влево». Он лишь регулирует скорость и интенсивность микро толчков  и вибраций внутри клетки, в зависимости от силы стимула. Мы можем видеть, что никакой магии нет и на этом уровне движение определяется внутренней химией и статистикой столкновений с внешней средой.
Тем не менее, кинез – это огромный скачок в эволюции, и он дает намного большую степень, если пока не свободы, то по крайней мере вероятности.
Представьте, что вы в лодке без вёсел посреди не очень бурной, но широкой реки. Течения уносят вас куда угодно, и вы не можете выбрать направление. Но сама лодка может слегка раскачиваться: иногда сильнее, иногда слабее.
Если колебания усиливаются — лодку чаще выносит из одного потока в другой, и вы быстрее покидаете участок. Если колебания затихают — лодка дольше остаётся в том же течении.
Это и есть кинез: не управление курсом, а лишь настройка интенсивности собственных колебаний, которые определяют, где именно вы задержитесь дольше, а откуда уйдёте скорее.
Мы уже знаем, что считается «подходящей» или «неподходящей» средой, задано врождённой химической настройкой клетки — составом рецепторов и чувствительностью внутриклеточных каскадов; ничего произвольного здесь тоже пока нет. Клетка постоянно сопоставляет текущее состояние с генетически «заданными» параметрами и подстраивает скорость и интенсивность вибрации.
Но любой порядок в живых системах — это временная настройка. Чтобы её удержать, организм тратит энергию и неизбежно создаёт побочные эффекты: исправляя одно, он расшатывает другое. Ресурсы убывают, побочные продукты копятся, тонкие балансы смещаются — и прежняя схема даёт сбои.
Иначе говоря, любая система со временем накапливает свой собственный внутренний «беспорядок», если выражаться в духе Ильи Романовича Пригожина.
Предпринимателям это хорошо известно: пока продавец один все достаточно просто. Нанимаешь второго — терпимо, но на трёх–пяти начинаются больничные, дыры в графиках, споры за смены. Бизнес либо проседает, либо появляется следующий уровень организации — начальник отдела, регламенты, CRM.
Порядок приходится перестраивать снова и снова: каждое решение помогает справиться с одним беспорядком, но по своей сути само порождает следующий уровень сложности и новые задачи.
Кинезис стал практическим решением конфликта пары «мембрана - РНК». Мембрана защитила РНК от внешнего воздействия и создала ей условия для репликации или копирования. Но одновременно она же породила новую потребность: теперь нужно было добывать ресурсы для постоянного ремонта самой мембраны, ведь  повреждения неизбежны и именно это создало задачу избегать угроз для целостности мембраны и искать ресурсы.
Кинезис добавил простой безнаправленный механизм — регулировку интенсивности микродвижений. Создав статистическую возможность сохранения.
Но у этого решения есть обратная сторона: распознаваемые сигналы из среды со временем накапливаются и могут противоречить друг другу.
В однородной общей среде, где стимулы одинаковы «со всех сторон», чистая моторика перестаёт давать выигрыша. При равнозначности сигналов организм буквально застревает на месте и можно потерять время, ресурсы и шанс выжить.
Значит, системе нужен следующий приём, который разрывает равенство сигналов и позволяет выбрать ход, а не просто менять интенсивность микродвижений.
Постепенно в опыте живых организмов закрепляются устойчивые соответствия между внешним сигналом и исходом.  «Этот химический градиент, означает еду», «свет дает энергию», «снижение кислорода означает опасность» и так далее. Держим в уме, что этот происходит миллионы лет через законы генетики и эволюции и продолжаем.
Эти устойчивые соответствия формируются базовые таксисы или правила взаимодействия с внешней средой. Например хемотаксис, т.е. движение по химическому градиенту, т.е. к питанию или от яда. Фототаксис — к свету или от него. Аэротаксис — к оптимальному уровню кислорода. Термотаксис — к комфортной температуре и так далее.
Технически этого достаточно, чтобы действовать, но уже с направлением. Датчик или рецептор фиксируют изменение сигнала, внутриклеточная химия оценивает «лучше/хуже», двигательный блок (жгутик, псевдоподии, сокращение мембраны) меняет вектор движения.
Таксис — это уже минимальный уровень управления. Это все та же петля «измерить — оценить — действовать», но теперь с направленным выходом. Правда, пока управление все равно больше зависит от среды. Организм не плывёт туда, куда хочет, а лишь отталкивается от того, что вредно, и тянется за тем, что полезно.
Если продолжить нашу аналогию про лодку, то таксис — это багор. Он не превращает лодку в полноценный управляемый корабль с рулём и парусами, это даже ещё не весло. Но багор уже позволяет корректировать движение во взаимодействии со средой.
Если есть возможность зацепиться за дно, лодка задерживается там, где условия лучше. Если вода становится холоднее, темнее или беднее, вы отталкиваетесь багром, чтобы повысить шансы уйти из неблагоприятного участка. Но багор работает только при контакте с опорой. Точно так же и таксис включается лишь тогда, когда существует внешний градиент или проще говоря контакт со средой: без него никакого управления не происходит.

Для ясности будем считать, что базовый порядок таков. Сначала появляется кинезис или кинез, т.е. регулировка интенсивности микродвижений; затем добавляется направляющий модуль и возникает таксис.
В реальной эволюции жёсткой очередности не было: разные линии могли приобретать элементы таксиса параллельно.
Но как эвристика здесь будет полезной и возможной. Например, мы можем видеть, что у бактерий направленность часто достигается через модификацию кинезиса. Они меняют вероятность и частоту случайных переориентаций (микровибраций моторики), и средний дрейф становится направленным. Сегодня клетки обычно используют оба механизма одновременно.
Процесс постепенного управления движением занял сотни миллионов, а вероятно и миллиарды лет. Но уже у простейших организмов, даже на уровне чисто химической регуляции, он строился по одному и тому же принципу циклической петли обратной связи: «измерить — оценить — действовать». Результат действия тут же становился новым «измерением», и цикл повторялся снова и снова. Совершенствовались лишь механизмы: появлялись новые сенсоры и моторные элементы, усложнялись внутренние контуры регуляции — и движение постепенно менялось: от пассивного дрейфа к кинезу, от кинеза к таксисам. Так шаг за шагом жизнь осваивала пространство, превращая хаотическое движение в направленное.
Несмотря на то, что оценка и действие генетически заданы для вида, в течение жизненного цикла даже элементарные организмы подкручивают рабочие параметры. Отдельные организмы меняют пороги чувствительности, силу ответа, уровень экспрессии рецепторов. Эта пластичность помогает выживать «здесь и сейчас», но обычно не закрепляется в геноме (если только не возникла мутация; эпигенетику здесь пока опустим). В популяции закрепляются те настройки, что когда-то были «временной удачей», а затем случайной мутацией стали постоянной чертой.
Даже у одноклеточных успех зависит не только от отдельной клетки, но и от коллективных эффектов — плёнок, колоний, «общественных» молекул. Линии, где клетки лучше согласуют локальные настройки, чаще переживают кризисы. Это пример многоуровневого отбора (включая отбор на уровне групп/колоний): выигрывает не только особь, но и связка «особь и её коллективные режимы».
Среда часто может выступать своего рода уравнителем. Даже идеально приспособленная конфигурация может исчезнуть, столкнувшись с токсичными факторами или резкими сдвигами градиентов: внешние условия быстро обнуляют частные преимущества.
Итак, уже в мире простейших реально работают три глобальные петли: генетическая, групповая и экологическая. Телесная здесь пока минимальна и почти неотделима от химии и механики мембраны и цитоскелета: именно эта «шероховатость» тела и среды создаёт возможности, которые со временем становятся материалом для следующего эволюционного скачка.
Почему это готовит почву для нейронной сети. По мере усложнения организма датчиков и эффекторов становится больше, а диффузионные сигналы и локальная химия оказываются слишком медленными и расплывчатыми для быстрой координации.
Система упирается в предел: нужно передавать команды быстро и на расстояние, синхронизируя множество участков. Отсюда следующий шаг — появление возбудимых тканей и проводящих путей, а затем и нейронных сетей как специализированного «скоростного слоя» той же петли «измерить — оценить — действовать».
Но нейронная сеть — не единственный способ справиться с усложнением. Илья Романович Пригожин показал, когда система доходит до развилки, у неё есть четыре сценария. Система может сдерживать усложнение: тогда устройство тела остаётся минимальным, а избыточные гены уходят в «молчаливый» запас. По сути, вариативность не переводится в новый уровень организации. Целые линии простейших в таком режиме живут миллиарды лет, меняясь мало и оставаясь эффективными в своей нише.
Растения используют многовариантность по-другому. Они дублируют гены, строят резервные контуры, передают сигналы гормонами и даже электрическими импульсами — без нейронов. То есть они создают новые механизмы упорядочивания, которые позволяют им удерживать и интегрировать растущую сложность без перехода на новый уровень организации.
Большая часть линий живых организмов вообще сходит с эволюционной дистанции, потому что не выдерживает потоков среды и гаснет.
Но нас интересует именно четвёртый вариант: когда датчиков и эффекторов уже много, а химия и диффузия не успевают, появляются возбудимые ткани и проводящие пути, а затем — нервные сети. Это тоже не линейный процесс: к нему эволюция приходила разными путями.


Базовая идея нервной системы возникает рано, но «архитектура мозга» у животных эволюционируют конвергентно, то есть независимо. Например, у позвоночных и у головоногих — разные реализации сложной нервной организации. Существует даже версия, что у морских гребневиков элементы нервной системы могли возникнуть независимо от нашей линии.
Иными словами, нейронная сеть — не единственный способ справляться с растущей координационной нагрузкой, но именно он положил основу к новому порядку организации живых организмов и с его появлением зародилось царство животных от самых простых форм, вроде червей и насекомых, до рыб, птиц и млекопитающих.
Исключение — губки. Это уже многоклеточные животные, но их прикреплённый образ жизни избавил их от необходимости в нервной системе и мышцах. Они фильтруют воду, им не нужно быстро реагировать или координировать движения — достаточно медленных химических сигналов между клетками.
И сегодня мы разберём важные условия и ограничения нейронной петли обратной связи. Это критично для понимания сознания, скоро Вы поймете, почему.
Нейронная петля добавила единый язык для разных стимулов — язык электрических потенциалов (импульсов). Любой свет, звук, давление, молекула запаха сначала переводятся в один и тот же «алфавит», т.е. разряды нейронов и тогда они становятся сопоставимыми.
Поэтому даже элементарная диффузная нейронная сеть сразу замыкает цикл измерить, оценить и действовать. Разница в том, что модули появляются сразу, но замыкаются в три самостоятельных петли обратной связи последовательно, но мы это подробно разберем в следующей лекции.
Пока давайте посмотрим, почему нейронная сеть не могла взять «только измерение», «только оценку» или «только действие» и почему нужна вся тройка сразу.
Если взять одно лишь измерение, сенсоры будут посылать поток сигналов без смысла. Оценка, по сути, невозможна без входных данных иначе теряется связь с реальностью. Одна лишь моторика без входных сигналов и критерий оценки порождает бесцельное движение: команды расходятся, ресурс сгорает, а понять «стало лучше или хуже» невозможно.
Пары тоже не спасают. Измерить и оценить без действия влечет за собой паралич анализа: все всё поняли, но ничего не изменили. Измерить и действовать без оценки — бессмысленные и бесцельные колебания, перерасход, у организма нет критериев приоритета. Оценить и действовать без измерения невозможно в принципе, потому что нечего оценивать без входных сигналов.
Поэтому нейронная регуляция с самого начала замыкает цикл: измерить → оценить → действовать → снова измерить.
Мы уже говорили о том, что вход нижних петель менять нельзя, чтобы не утратить связь с реальностью, поэтому появившись, нейронная сеть взяла на себя только гейн контроль, адресацию и координацию по времени.
Гейн-контроль — это автонастройка «усиления» нейронной системы под текущий фон: если сигнал слабый, чувствительность повышаем, сильный фон тогда понижаем, чтобы не перегружаться и не теряться в шуме. Он держит работу в нужном диапазоне, выравнивает входы, экономит энергию и задаёт приоритет «что пропустить дальше».
Гейн-контрль реализуется балансом возбуждения и торможения, адаптацией рецепторов, нейромодуляторами и нормализацией активности в сети. Например, зрачок сужается на ярком свету, к запаху идет привыкание через несколько минут, на концерте мозг приглушает общий шум, чтобы услышать голос рядом.
Гейн контроль позволил живым организмам добавить к непосредственному контакту простейших организмов пространственную ориентацию. Таксисы, это движение вдоль градиента, который требует контакт и этот контакт вызывает химические реакции.
С появлением нейронной сети формируются инстинкты — жёстко заданные сенсомоторные программы. По сути, это те же правила движения, что и таксисы, но уже для более сложных организмов с специализированными органами.
С появлением нейронной сети такие программы запускаются по удалённым признакам: тени, вибрации, запахи, изменения кислорода или углекислого гаа и т.п., то есть без прямого контакта с градиентом.
Например, у нематод резкое изменение (чаще — снижение) концентрации кислорода может сигнализировать о небезопасной среде и запускает омега-поворот, червь резко изгибается, принимая форму буквы омега, и уходит от потенциальной угрозы. Важно, что реакция запускается дистанционно, без непосредственного контакта с источником раздражителя.
И это принципиально для понимания сознания. Нейронная сеть не «видит будущее» во внешних сигналах. Она, как и клетка, продолжает действовать на основании следов химических процессов, но уже усиленных и преобразованных возможностями нервной ткани и систем органов.
Усиленных — значит переведённых в иной язык: сама картина мира не имеет химического следа, но в нервной системе она транслируется в электрические потенциалы. Так, ультрафиолет для пчелы становится не просто светом, а сигналом о нектаре.
Таким образом, нейронная ткань усиливает и фильтрует входящие сигналы, нормализует их и отбирает по врождённым, эволюционно закреплённым схемам. Процесс «оценки» по-прежнему опирается на фундаментальные правила химических реакций. Разница теперь в масштабе: стимулов стало больше, модальности разделились на запах, звук, вкус, изображение. Теперь «химический след» можно уловить на расстоянии — ещё до непосредственного контакта с источником.
Что касается движения, и его основа все равно остаётся основанной на кинезе и химических реакциях.
С появлением нейронной сети управление становится децентрализованным и специализированным: сигналы проводятся по выделенным путям к конкретным исполнительным структурам (мотонейронам и мышечным группам), а не распространяются на всё тело сразу.
У одноклеточных любой химический сдвиг затрагивает всю клетку; в нервной системе команда адресуется конкретному участку в нужный момент.
Если продолжить нашу метафору с лодкой, элементарная нейронная сеть – это уже весло. Ещё нет управления всем процессом — лодка всё равно зависит от течений, — но уже можно реагировать локально, подгребая то справа, то слева и направлять движение по воде. Весло не дает нам полное управление, не делает лодку кораблём, но даёт возможность удерживать курс и реагировать на изменения среды без опоры на дно.
Так выстраивается градация: прокариоты перемещаются в основном за счёт изменения интенсивности микродвижений и вибраций кинезиса.
Амёба уже ориентируется по градиенту, то есть работает таксис. Но они все еще запускают движение через химические реакции при непосредственном контакте.
А вот уже нематода, обладая компактной диффузной нервной системой без крупного мозга и специализированных органов зрения, уже способна выполнять управляемый поворот омега поворот по удалённым химическим и газовым сигналам благодаря работе сенсорных нейронов.
Но как запускается движение, если нет прямого контакта и нет химической реакции со средой? Нейронная сеть работает на опережение. На основании врождённых шаблонов и текущих входов она прогнозирует, как изменится собственное состояние организма, и сама выбрасывает в тело химические медиаторы, которые запускают кинез так, словно контакт уже произошёл.
В этом и кроется недостающее звено для понимания сознания: как материя превращается в процесс. Петли обратной связи позволяют увидеть этот переход.
Один из самых важных выводов для нашей теории такой: нейронная сеть получает пространственные сигналы от органов чувств и сигналы от внутренних рецепторов о состоянии организма. Она прогнозирует собственное состояние и усиливает сигналы их через гейн-контроль.
При этом нейронная сеть симулирует свое собственное состояние через выброс медиаторов, изменяя внутреннюю среду животных так, как будто контакт уже состоялся или гомеостаз нарушен. Фактически, как и на уровне клеточных организмов, как будто химические реакции уже начались.
Это моделирование и становится пусковым механизмом движения, всё по тем же законам химии и физики, что действовали у простейших организмов. Оно запускает те же нейро- и нейроэндокринные каскады, что и при прямом контакте у простейших.
В следующей лекции мы подробно разберем работу нейронной сети и три критических перехода. А пока подытожим то, что мы сегодня с Вами рассмотрели.
Любая живая система держится в только в непрерывном потоке: через неё постоянно проходят энергия, вещество, информация. В равновесии порядок исчезает, поэтому и нужен непрерывный обмен.
Вначале система вырабатывает самый простой контур стабилизации измерили отклонение → оценили → вернули параметр в допустимый коридор.
Система должна прокачивать больше потока, чтобы удерживать структуру. Иными словами, локальный порядок поддерживается за счёт увеличения беспорядка вовне.
Но любой порядок временный, он снижает беспорядок локально, но это решение порождает новый уровень беспорядка. Цена за новый порядок — большая сложность, которая сама по себе порождает и новый уровень беспорядка. Со временем потоки растут, условия меняются, в системе накапливаются изменения и в какой-то момент старый контур прекращает справляться.
Тогда на границе устойчивости возникает развилка. Часть случайных изменений положительной обратной связи усиливается и из них складывается новый устойчивый режим. Это и есть рождение следующего контура, более медленного. Но через некоторое время и этот порядок нарушается.
Новый контур не заменяет старый, а надстраивается над ним: задаёт пороги, коэффициенты усиления, окна времени, приоритеты. Старый продолжает делать свою работу на своём масштабе, новый — координирует и распределяет.
Когда и этот порядок упирается в пределы — цикл повторяется: очередная развилка, усиление удачной новой конфигурации, надстройка ещё одного контура с ещё большей пропускной способностью и более длинными временны́ми окнами.
Получается иерархия петель: быстрые петли обратной связи работают снизу постоянно, медленные и энергетически более «дорогие» сверху. Они связаны сквозными сигналами: выход нижнего — это часть входа для верхнего, а решения верхнего модулируют и корректируют работу нижнего. Верхний контур берет только часть потока вещества, энергии и информации, с которым не справляется нижний.
Важный момент, система не может сломать нижний контур. Верхние существуют только пока работает нижний. Верхний может ограничивать, перенастраивать и перенаправлять нижний слой — но не отменять его. Если базовый контур разрушить, вся надстройка обрушится.
Важная особенность — взаимозависимость и нелинейность. Какая именно петля родится на развилке, определяется конкретными предыдущими изменениями и всей историей системы. Поэтому разные системы при схожих задачах приходят к разным «архитектурам».
Если коротко, то теория Ильи Романовича Пригожина дает нам основание утверждать, что новые петли обратной связи рождаются на развилках из усиленных случайных изменений, поддержанных системой.
Они надстраиваются друг над другом и держатся на непрерывном потоке — поэтому изменять можно сверху, а основание трогать нельзя. И изучение петель обратной связи должно идти по линии роста, а не наоборот. Иначе мы не сможем понять, как именно они организовываются.
На уровне простейших организмов, работают одновременно три глобальные петли: генетическая, групповая, экологическая.
Генетика задаёт архитектуру датчиков и эффекторов. Параметры подстраиваются в жизни, а удачные изменения закрепляются отбором.
На уровне простейших организмов движение идет за счет внутренней химии и кинеза, но ориентация случайна.
С появлением устойчивых правил реагирования на внешнюю среду формируются таксисы, которые позволяют формировать уже целенаправленное движение, но оно все еще зависит от внешнего градиента. В его отсутствии клетка может хаотически двигаться, исчерпать внутренний запас энергии и погибнуть.
Телесная петля пока не замыкается, но усложнение внутренней организации влечет за собой появление нейронной сети в фенотипической линии животных.
Телесные петли обратной связи, если кратко информация от разных внутренних органов становятся самостоятельными входными данными с появлением нейронной петли. Нейронные сети появляются как верхний контур той же петли измерить – оценить - действовать, когда диффузная химия не успевает координировать множество датчиков и эффекторов все усложняющихся живых организмов.
С нейронной сетью возникает адресное управление и гейн-контроль. Нейронная сеть становиться локальным решением в фенотипической линии животных.
Помимо врожденных таксисов появляются, инстинкты, которые позволяют животным реагировать по удалённым признакам, до непосредственного контакта.
Благодаря нейронной сети на основании данных органов восприятия организм вначале строит предсказание о собственном изменении на воспринятый стимул. Затем через медиаторы симулирует собственное предсказание, изменяя химию тела так, как будто контакт уже совершен. И эта симуляция в итоге запускает корректирующее действие.
ДНК как и на уровне простейших все еще хранит все требования к тому, что измерять, как оценивать и как действовать. От вида к виду меняются только их составляющие, чем больше органов восприятия и измерения, чем больше датчиков оценки, тем больше возможности действовать.
Но сами шаблоны действия все равно хранятся в ДНК, так, нематода не совершает других движений на определенный стимул, кроме омега поворота. Но за счет увеличения переменных, уже на уровне элементарных животных поведение становится все более сложным.
Тем не менее на протяжении всей эволюции петель обратной связи сохраняются законы физики и химии, которые инициируют движение. Живые системы не нарушают законы природы, они их используют, создавая устойчивые, но открытые к изменениям структуры. Эволюция — это постепенное наращивание этой организации и функциональной сложности.
Теперь мы с Вами имеем общее представление, как материя становится процессом на уровне простейших организмов и как этот же процесс сохраняется с появлением нейронной петли обратной связи.
Нейронные петли связывают химию, механику и поведение во времени и пространстве, открывая окно для сознательного контроля, но разговор об этом мы продолжим в следующей лекции.
В общем лекция получилась очень насыщенной, но я не стала ее разбивать, чтобы не утратить линию смысла взаимодействия и эволюции петель обратной связи. В следующий раз мы с Вами поговорим уже об эволюции самих нейронных петель обратной связи, как это связно со временем и это позволит нам вплотную приблизимся к разгадке тайны человеческого сознания.
До встречи в следующем выпуске!