Мы только что убедились, что, хотя мы до сих пор не понимаем, что такое сознание, у нас накопилось удивительно большое количество экспериментальных данных о различных его аспектах. Но все эти данные получены для мозга, – чему они могут нас научить, если говорить о сознании машин? Здесь требуется массированная экстраполяция за пределы нашей нынешней экспериментальной базы. Другими словами, здесь требуется теория.

Чтобы понять почему, давайте сравним теории сознания с теориями гравитации. Ученые начали серьезно относиться к теории гравитации Ньютона потому, что они получили от нее больше, чем в нее требовалось вложить: простые уравнения, легко умещающиеся на салфетке, могут дать точное предсказание исхода любого эксперимента с силой тяжести, когда-либо проводившегося. Поэтому они так же серьезно отнеслись к его предсказаниям по поводу явлений, далеко выходящих за пределы той области, где теория проверялась, и их самые смелые экстраполяции, как оказалось, подтверждают свою пригодность даже для движения галактик и скоплений в миллионы световых лет в поперечнике. Однако прогнозы чуточку разошлись для движений Меркурия вокруг Солнца. Ученые тогда начали принимать серьезно улучшенную Эйнштейном теорию гравитации, общую теорию относительности, потому что она была, возможно, даже более элегантной и экономичной и к тому же правильно предсказывала те явления, где теория Ньютона оказалось неверной. Они последовательно и серьезно экстраполировали ее предсказания далеко за пределы той области, где ее проверяли, на явления столь экзотические, как черные дыры и гравитационные волны, в самую ткань пространственно-временного континуума и расширения нашей Вселенной, от самого ее рождения в огненном бурлящем вареве – и все со временем подтверждало эксперимент.

Аналогично, если какая-то математическая теория сознания, чьи уравнения уместятся на салфетке, будет давать успешные предсказания для результатов всех тех экспериментов, которые мы проводили со своим мозгом, то мы начнем серьезно относиться не только к самой теории, но и к ее прогнозам относительно сознания вне мозга – например, в машинах.

Хотя некоторые теории сознания возникли еще в глубокой древности, самые современные из них основываются на нейропсихологии и нейробиологии, пытаясь объяснить и предсказать осознанность с точки зрения событий, затрагивающих нейроны и происходящих в мозгу. Хотя некоторые из этих теорий дали определенные успешные прогнозы для нейронных коррелятов сознания, они не могут делать прогнозы о сознании машин и не стремятся к этому. Чтобы сделать скачок от человеческого мозга к машинам, нам понадобится обобщение нейронных коррелятов сознания – физические корреляты сознания, которые мы определим как устойчивые образования движущихся частиц, обладающие сознанием. Потому что если теория правильно предсказывает, что осознается и что не осознается, апеллируя только к физическим строительным блокам – таким, как элементарные частицы или силовые поля, то такая теория сможет делать предсказания не только для мозга, но и для иначе организованного вещества, включая будущие системы искусственного интеллекта. Поэтому давайте встанем теперь на физическую точку зрения: каким образом должно быть организовано множество частиц, чтобы оно было сознательно?

Но отсюда в действительности немедленно возникает еще один вопрос: каким образом нечто столь сложное, как сознание, может быть построено из чего-то столь простого, как частицы? Я думаю, что так происходит потому, что у самого этого явления имеются свойства, отличные от свойств составляющих его частиц. В физике мы называем такие явления “эмергентными” (от латинского emergo – возникать). Давайте попытаемся понять, что это такое, анализируя более простое эмергентное явление, чем сознание, – смачиваемость.

Капля воды смачивает, но этого не может ни кристалл льда, ни облако пара, несмотря на то, что молекулярный состав у них у всех один и тот же. Почему? Потому что свойство смачиваемости зависит только от расположения молекул. Абсолютно бессмысленно говорить, что одна молекула воды может что-то намочить: смачивание происходит только тогда, когда большое количество молекул организовано в нечто такое, что мы называем жидкостью. Поэтому все твердые тела, все жидкости и газы представляют собой эмергентные явления: они больше, чем сумма их частей, потому что имеют свойства, лежащие за пределами свойств последних. У них есть какие-то особенности, которых лишены составляющие их частицы.

Так же как и твердые тела, жидкости и газы, так же, я думаю, и сознание – эмергентное явление, свойства которого лежат за пределами свойств составляющих его частиц. Например, погружение в глубокий сон гасит сознание простой перестановкой частиц. Таким же образом мое сознание исчезнет, если я замерзну до смерти, из-за чего составляющие меня частицы расположатся менее удачным образом.

Когда вы соединяете вместе много частиц, образуя что-то новое, от воды до мозга, возникают и новые явления с наблюдаемыми свойствами. Мы, физики, любим изучать эти возникающие эмергентные свойства, которые часто могут быть идентифицированы с помощью небольшого набора чисел, – и вы можете просто пойти и измерить их: какова у возникшего вещества вязкость, какова сжимаемость и так далее. Например, если вещество оказалось настолько вязким, что даже проявляет жесткость, мы называем его твердым телом, в противном случае мы называем его текучим. И если оно текучее, но несжимаемое, то мы называем его жидкостью, в противном случае это газ или плазма, в зависимости от того, насколько хорошо оно проводит электричество.

Так могут ли быть аналогичные количественные характеристики, которые бы квантифицировали сознание? Итальянский нейробиолог Джулио Тонони предложил такую характеристику, которую назвал “интегральной информацией” и обозначил греческой буквой Ф (фи): она указывает, как много различных частей системы знают о существовании друг друга (см. рис. 8.5).

Я впервые встретился с Джулио в 2014 году на конференции по физике в Пуэрто-Рико, куда я пригласил его и Кристофа Коха, и он сразу поразил меня как глубоко ренессансная личность, образованная словно бы смешением Галилео Галилея и Леонардо да Винчи. Его мягкие манеры не могут скрыть его феноменального знания искусства, литературы и философии, а слава о его кулинарных талантах опережает его, куда бы он ни ехал. Один всемирно известный тележурналист однажды рассказывал мне, как Джулио всего за несколько минут соорудил салат, вкуснее которого он в жизни не пробовал. Но я очень быстро понял, что за его мягкими манерами скрывается бесстрашный интеллект, который не побоится следовать за данными, куда бы они ни повели его, независимо от предубеждений и табу истеблишмента. Так же, как Галилей создавал свою математическую теорию движения несмотря на растущее давление со стороны истеблишмента, противящегося отказу от геоцентризма, так и Джулио разработал наиболее точную к настоящему времени математическую теорию сознания, в основе которой его теория интегральной (интегрированной) информации (IIT).

Для данного физического процесса, преобразующего с течением времени начальное состояние системы в какое-то новое состояние, его интегральная информация Ф представляет из себя меру невозможности разделить этот процесс на независимые части. Если состояние каждой части определяется только ее прошлым состоянием и не зависит от того, что происходило с другой частью, то Ф = 0: то есть то, что мы называли системой, вовсе ею не является, а представляет собой две независимые системы, не коммуницирующие друг с другом.

Я уже несколько десятилетий утверждаю, что сознание – это ощущение, возникающее при обработке информации определенным сложным образом. Теория интегральной информации вполне согласуется с этим утверждением, заменяя мою расплывчатую фразу “определенным сложным образом” более точным определением: обработка информации должна быть интегрированной, то есть Ф должно быть велико. И Джулио приводит аргумент столь же сильный, сколь и простой: сознательная система должна быть интегрирована в единое целое, потому что если она будет состоять из двух независимых частей, то эти две части будут чувствовать себя как две различные сознательные сущности, а не одна единая. Другими словами, если часть мозга или компьютера, ответственная за сознание, не может коммуницировать со всеми остальными, то все остальные части не смогут участвовать в формировании его субъективного опыта.

Джулио и его коллеги измерили упрощенную версию Ф при помощи электроэнцефалографа, определявшего отклик мозга на стимуляцию магнитным полем. Их “детектор сознания” и в самом деле очень хорошо работает: прибор показывал, что пациент в сознании, если он бодрствовал или дремал (находился в состоянии легкого сна со сновидениями), и что пациент без сознания, если он был под наркозом или в состоянии глубокого сна (без сновидений). Прибор даже установил наличие сознания у двух пациентов, страдающих от синдрома “запертого человека”, которые не могли ни двигаться, ни общаться каким-либо нормальным способом. Так что такая технология может оказаться очень перспективной для врачебной практики, чтобы выяснять, какие пациенты находятся в сознании, а какие нет.

Теория интегральной информации определена только для дискретных систем, множество состояний которых конечно – это могут быть, например, биты компьютерной памяти или упрощенная модель нейронов, находящихся только в одном из двух состояний: включенном или выключенном, активном или пассивном. К сожалению, это означает, что теорию нельзя применить для большинства традиционных физических систем, параметры которых могут изменяться непрерывно: например, координаты частицы или сила магнитного поля могут принимать любое из бесконечного числа значений. Если вы будете пытаться применить теорию для таких систем, то получите бесполезный результат, когда Ф равно бесконечности. Квантовая система может быть дискретной, но теория изначально не определена для квантованных систем. Так как же нам заякорить теорию интегральной информации, а также любую другую теорию сознания, использующую теорию информации, на прочном физическом фундаменте?

Мы можем сделать это, основываясь на главе 2, из которой мы узнали о том, как сгустки вещества могут обладать эмергентными свойствами, имеющими отношение к информации. Мы видели, что в качестве устройства, пригодного для хранения информации, может использоваться только нечто такое, у чего есть много долгоживущих состояний. Мы также видели: чтобы быть компьютрониумом, то есть субстанцией, пригодной для проведения расчетов, кроме того, требуется сложная динамика – законы физики должны быть в состоянии заставлять эту субстанцию изменяться достаточно сложным образом, чтобы производить произвольную обработку информации. Наконец, мы видели, что нейронные сети, например, оказываются подходящим субстратом для машинного обучения, потому что, просто подчиняясь законам физики, этот субстрат способен трансформировать себя, все больше и больше приспосабливаясь к проведению нужных вычислений. А теперь мы задаем новый вопрос: что сделает сгусток вещества способным обладать субъективным опытом? Другими словами, при каких условиях сгусток вещества будет в состоянии проделывать следующие четыре вещи:

Первые три вещи мы изучили в главе 2. Теперь к ним добавилась четвертая. Так же, как Марголус и Тоффоли создали термин компьютрониум для вещества, которое способно выполнять произвольные вычисления, я хотел бы предложить термин сентрониум для абстрактного вещества, которое способно иметь субъективный опыт (от латинского sentio – чувствовать, ощущать).

Но как само сознание может ощущать себя настолько нефизическим, если оно на самом деле – физическое явление? Как может оно чувствовать себя настолько независимым от своего физического субстрата? Я думаю, что так происходит потому, что оно и в самом деле не зависит от своего физического субстрата, служащего ему лишь ложем! Нам уже знакомо много красивых примеров независимости от субстрата, рассмотренных в главе 2. В их числе – волны, воспоминания и вычисления. Мы видели, как во всех этих примерах не просто возникает нечто большее, чем сумма участвующих в явлении частей (то есть эмергентность), но, скорее, независимость явления от своих частей, когда оно начинает жить собственной жизнью. Например, мы видели, что симулированный разум будущего или персонаж компьютерной игры никоим образом не сможет распознать, какая операционная система при этом используется – Windows, Mac OS, Android на телефоне или еще какая-нибудь другая, потому что его функционирование совершенно не будет зависеть от субстрата. Не сможет он распознать, как именно реализованы логические гейты его компьютера – это транзисторы, оптические схемы или какой-то другой “хард”. Или какие использовались фундаментальные законы физики – они могут быть какими угодно, лишь бы только позволяли создание универсального компьютера.

В целом, я думаю, сознание – это физическое явление, которое воспринимает себя нефизическим потому, что оно подобно волне и вычислению: его свойства не зависят от его конкретного физического субстрата. Это логически следует из идеи представить сознание как информацию. Такое представление приводит к еще одной радикальной идее, которая мне решительно нравится: если сознание – это ощущение, возникающее при обработке информации определенным образом, то оно обязано быть не зависящим от субстрата – ведь значение имеет структура обработки информации, а не структура того вещества, в котором эта обработка производится. Другими словами, сознание оказывается дважды не зависящим от субстрата!

Как мы видели, физика описывает возмущения пространственно-временного континуума, которые соответствуют движущимся частицам. Когда конгломераты определенным образом организованных частиц подчинены определенным принципам, они порождают явления, которые мы называем эмергентными и которые очень мало зависят от порожденного частицами субстрата, и эти явления совершенно иначе воспринимаются. Яркий пример тому – обработка информации, или компьютрониум. Но теперь мы можем перенести эту идею на новый уровень: если обработка информации ведется в соответствии с определенными принципами, то результатом может оказаться эмергентное явление более высокого уровня, которое мы называем сознанием. Это помещает ваши субъективные переживания не на один, а на два уровня выше материи. Ничего удивительного, ваш дух ощущает себя нефизическим!

Но тогда возникает вопрос: каковы должны быть принципы, следуя которым, обработка информации становится сознанием? Я не претендую на знание всех достаточных условий, гарантирующих сознание, но есть четыре необходимых условия, на которые я делаю ставку и посвящаю им свои исследования:

Как я уже говорил, по-моему, сознание – это то, что испытывает информация, когда обрабатывается определенным образом. А значит, чтобы быть сознательной, система должна иметь возможность хранить и обрабатывать информацию, что подразумевают первые два принципа. Обратите внимание, что память не должна быть долгосрочной: я очень рекомендую посмотреть трогательное видео Клайва Уэринга о человеке, который выглядит совершенно сознательным, даже несмотря на то, что его воспоминания длятся меньше минуты. Я также думаю, что сознательная система должна быть достаточно независимой от всего остального мира, потому что в противном случае у нее не возникнет субъективного ощущения самостоятельного существования. Наконец, я думаю, что сознательная система должна быть интегрирована в единое целое, как утверждал Джулио Тонони, потому что если бы она состояла из двух независимых частей, то они чувствовали бы себя как две отдельные сознательные сущности, а не одна. Первые три принципа предполагают автономию: система способна хранить и обрабатывать информацию без заметного вмешательства извне, определяя тем самым свое собственное будущее. Все четыре принципа вместе означают, что система как целое автономна, но это не относится ни к одной из ее частей.

Если эти четыре принципа верны, то значит, для нас готова новая работа: нам надо найти строгие математические теории, в которых эти принципы были бы воплощены, и провести их экспериментальную проверку. Нам необходимо также проверить, не нужны ли какие-нибудь дополнительные принципы. Независимо от того, верна ли теория интегральной информации, исследователям надо попытаться разработать конкурирующие теории и проверить их все в самых совершенных экспериментах.