Концепции современного естествознания
Синергетический подход к проблеме сознания
Синергетический подход к живым системам.
Критерий строгой повторяемости и воспроизводимости, применимый в физике, вряд ли подходит для биологических систем. Живые системы никогда не бывают одинаковыми в силу внутренних биоритмов, нелинейных адаптивных реакций и других причин. Методология изучения живых систем может потребовать новых форм экспериментальной достоверности. В частности, спецификой науки о живом является учет полевых явлений. Особое внимание следует обратить на циркадный и другие биоритмы, на ЭМ обстановку, включая геомагнитные и другие окружающие нас поля. Одной из физических моделей жизни является модель коггерентного состояния, аналогичного лазеру или сверхпроводнику. Относительная стабильность, регенеративная способность, макроскопические реакции живых систем, по-видимому, могут объясняться их коггерентностью, т. е. квантовой природой жизни.
Человеческое тело способно обнаружить сигналы намного ниже уровня шума, поскольку биофизические системы приспособлены к соотношению сигнал - шум в 109 раз лучше, чем современная электроника. В состоянии информационного сопряжения могут находиться даже те физиологические процессы, в которых происходит обмен энергией много меньшей энергии тепловых флюктуаций. При этом не адресуясь каким-либо специализированным рецепторам, они возмущают своей пространственно-временной структурой фрактальный "метрический каркас" биологической системы. Метрические фрактальные взаимодействия предполагают возможность влияния сравнительно кратковременных, статистически малозначимых событий на долговременную эволюцию биологической системы. При этом существенно наличие особого пространственного поля дистантных внутрисистемных связей. Хорошо известно явление биотропности слабых полей электромагнитной природы, слабых космофизических факторов, полей, создаваемых телом человека и животных и целого ряда других раздражителей, находящихся за нижним порогом чувствительности биологической системы.
При определенных условиях, как экспериментально установлено Н. И. Музалевской и другими, эти факторы вызывают, несмотря на свою аномально малую интенсивность, реакцию всех исследованных уровней структурно-функциональной организации живой системы, начиная с субклеточного и кончая организменным уровнем.
Слабые неспецифические раздражители выступают по отношению к живой системе в качестве информационного управляющего сигнала, либо информационной помехи. Критерий информационного действия - преобладание энергии ответной реакции организма, т. е. превышения свободной энергии биосистемы над энергией внешнего поля-сигнала.
Проявления "сознания" можно рассматривать во всех системах, особенно в моменты их неустойчивости (в точках бифуркации), чтобы с его помощью заставить систему сделать выбор траектории. Если траектория выбрана, то роль сознания снижается. Синергетика (и теория диссипативных структур), изучающая универсальность процесса самоорганизации, дает для этого основания.
Фракталы - объекты, в каком-либо смысле подобные своим частям. Наличие самоподобия позволяет существенно упростить описание фрактальных объектов. Для хранения изображения фрактала достаточно хранить алгоритм его построения с помощью последовательных изображений. Можно полагать, что свойство фрактальных объектов используется мозгом при хранении зрительной информации, чем объясняется его большая эффективность в распознавании образов. Сеть нейронов как геометрический объект имеет свойства фракталов. Возникновение самоорганизующейся структуры ведет к уменьшению энтропии внутри такой системы за счет увеличения энтропии вне системы. Мозг человека пример такой системы. Познание может рассматриваться как процесс самоорганизации, т. е. отображение информации в мозгу человека в этом процессе можно охарактеризовать как создание фрактального образа фрактального объекта на фрактальном носителе - нейронах.
Фрактально организованные процессы можно рассматривать как один из основных компонентов низкочастотной динамики нейронов и нервной системы в целом, которые могут передавать сигнальную и когнитивную информацию. Самоподобная временная структура нейронных сигналов имеет преимущество перед другими способами их формирования. Оно заключается в том, что допускает статистически равноправные операции с сигнальной информацией, передаваемой в широком диапазоне отличающихся между собой временных шкал. Участие в организации деятельности мозга низкочастотных шумов дает возможность передачи и обработки сверхслабых подпороговых сигналов. Эта гипотеза подтверждается рядом нелинейных флуктуационных моделей, показывающих, что коммуникативные явления возникают с участием хаотических биологических процессов.
Мысль - это "самоорганизация" нейронов, образование в мозгу дальней пространственно-временной коггерентности. Одним из возможных механизмов образования аттракторов в головном мозгу является движение ионов кальция Са2+ межклеточного электролита. Так как на их движение влияют слабые электромагнитные поля, то не исключено управление мозгом с помощью внешнего электромагнитного поля (даже если это просто шум, но динамика нейронных сетей нелинейна).
Почему мы вообще "понимаем" окружающую среду? Мозг "снижает" хаотические последовательности наблюдений за окружающим миром в осмысленные алгоритмы минимальной длины в ("законы природы"). Самоорганизация и образование категорий в мозге осуществляется через набор странных аттракторов, притягивающих к себе (а значит, и сжимающих) подмножество начальных условий (внешних воздействий) (рис. ). Множество передаваемых (воспринимаемых рецепторами) сигналов отождествляется с множеством начальных условий области притяжения аттракторов в N-мерном пространстве (N-число переменных, описывающих рассматриваемое явление). Множество аттракторов-шаблонов ("приемник") меньшей размерности погружено в качестве инвариантных компактных подмножеств в это N-мерное пространство состояний. Абстрагирование сигнала (сжатие) - это выход из аттрактора. Таким образом, множество аттракторов - это эталонные структуры, с которыми сравниваются ("свертываются") сигналы извне, причем процесс абстрагирования может идти вглубь на более высокий иерархический уровень; последних столько, сколько можно придумать содержательных абстракций.
Зная N - фрактальные размерности соответствующих аттракторов, можно вычислить количество информации, связанной с формированием любой категории.
Процесс творчества интерпретируется следующим образом [Симонов П.В., Ершов П.М. Темперамент, характер, личность - М.: Наука, 1984 - 161 c.]. Центральный тезис состоит в том, что потребность познания связывается с универсальной потребностью всего живого в информации (наряду с необходимостью притока вещества и энергии). Правдоподобное объяснение привлекательности новизны заключается в том, что она повышает содержание в мозгу веществ, похожих по составу и действию на морфий. Сознание рассматривается как логическое осмысление ситуации, которое может быть передано другим и понято ими. Подсознание интерпретируется как усвоенные навыки, выполняемые автоматически, социальные нормы типа "голоса совести", а также проявления интуиции, которые связаны не с порождением новой информации, а с использованием ранее накопленного опыта. Его роль - защита сознания от лишней работы и перегрузок. Сверхсознание, также как и подсознание, есть неосознанное психическое, но его функционирование порождает новую информацию; оно не контролируется осознанным волевым усилием. К его сфере относится порождение гипотез, творческих озарений и т. д.; оно защищает от преждевременного вмешательства сознания и "здравого смысла". Без этой защиты (своеобразного провала в точку бифуркаций) здравый смысл и догмы, т. е. существующий набор мер или статистических совокупностей, или готовых мыслей (шаблонов, аттракторов) душили бы любые оригинальные мутации (идеи) на корню. Поэтому сначала инстинкт - контролер отключается, появляется с помощью сверхсознания (информационного вакуума-шума) новый мутант шаблон (аттрактор), затем он на среднем уровне (ранее накопленном опытом) пытается логически договориться или борется с другими уже существующими шаблонами. Если он проходит испытания (в т. ч. и практикой), то его принимают, перестраивая всю меру личности, волю и, возможно, логику, т. е. верхний уровень - сознание.
Вырисовывается следующая схема. Средний уровень (подсознание) содержит накопленный и проверенный жизнью опыт в виде догм (шаблонов, аттракторов) и т. д., который на верхнем уровне ранжирован и увязан в многомерную статистическую совокупность, обладающую определенной автокорреляцией - памятью. С этой точки зрения личность (сознание) характеризуется, по крайней мере, тремя факторами:
1.Вероятностным логическим мышлением - его обеспечивает сам факт увязки шаблонов в единую статистическую совокупность, имеющую определенную функцию распределения;
2.Устойчивостью - моменты распределения должны существовать при определенной интенсивности внешнего информационного шума;
3.Памятью - личность не просто устойчивое многомерное распределение, а вероятностный процесс, радиус корреляции которого определяет глубину личности.
Сверхсознание (нижний уровень) не может быть мотивировано личностью, оно само его мотивирует, являясь наряду с внешней средой источником неустойчивости. Переходя от подсознания к сознанию, т. е. поднимаясь на более высокий иерархический уровень, мы начинаем оперировать меньшим, но более упорядоченным числом более обобщенных понятий (категорий в философском смысле). Если в подсознании имеется N шаблонов, которые сознанием объединяются в статистическую совокупность, имеющую нормальное распределение, то достаточно оперировать только двумя числами - моментами (математическим ожиданием и дисперсией). Для данного примера фазовое пространство подсознания N-мерно, а сознание 2-мерно, хотя оно качественно другое. В этом смысле становиться умнее - значит терять степени свободы, свертывать свое фазовое пространство.
Теоретически и экспериментально показано, что фрактальные 1 / fb-флуктуации могут формировать "вертикальные" связи между различными структурами головного мозга при решении поведенческих задач. Высказана и экспериментально обоснована гипотеза, согласно которой фрактальные стохастичесие взаимодействия распространяются и в масштабах целостного организма, образуя особую группу регуляторных связей в системе гомеостаза. Установлено, что 1 / fb-флуктуации в периодических ритмах растущего эмбриона и материнского организма проявляют взаимную корреляцию, что может свидетельствовать об участии фрактальных межмасштабных связей в механизмах управления эмбриогенезом. Исследуется регуляторная функция хаотических фрактальных процессов в сердечно-сосудистой системе и организме в целом. Фрактальные представления могут быть привлечены и для объяснения данных хронобиологии, указывающих на существование не отождествленного до сих пор системного уровня регуляции биологических ритмов, ответственного за их взаимную иерархическую сопряженность в широком диапазоне длительности периодов. Такая регуляция может осуществляться на основе темпоральных межмасштабных связей фрактальных стохастических процессов: известно, что фрактальные флуктуации, как правило, всегда сопровождают квазипериодические биоритмы и служат для последних своего рода стохастической поддержкой.
Помимо интегративной информации, "обслуживающей" задачи системных иерархических связей, фрактально-организованные процессы, как одна из основных компонент низкочастотной динамики нейронов и нервной системы в целом, могут передавать сигнальную и когнитивную информации. Как было установлено, самоподобная временная структура нейронных сигналов имеет явное преимущество перед другими способами их формирования, состоящее в том, что допускает статистически равноправные операции с сигнальной информацией, передаваемой в широком диапазоне отличающихся между собой временных шкал. Обнаружено, что участие в организации деятельности мозга низкочастотных шумов заключает в себе возможность передачи и обработки сверхслабых подпороговых сигналов. Эта гипотеза подтверждается рядом нелинейных флуктуационных моделей. С общих позиций показано, что коммуникативные явления возникают и с участием хаотических биологических процессов.<
По-видимому, сенсорные и нейронные структуры мозга человека генерируют исключительно негауссовые распределения. Гауссовые компоненты в деятельности человека объясняются, вероятно, природной и физиологической средой, в которой функционирует его мозг. Распределения людей по весу, росту и т. д. гауссовы, по творческим способностям, предпочтениям и т. д. негауссовы, причем более творческий человек генерирует более негауссовые распределения. Степень негауссовости данного распределения определяется степенью участия мозга в смеси факторов, определяющих форму распределения.
Сошлемся на результаты статистического анализа одного научного текста (С. Д. Хайтун, 1988). Здесь четыре распределения приведены в порядке увеличения роли мозга:
1.Распределение слов по числу букв.
2.Предложений по числу слов.
3.Слов по частоте встречаемости.
4.Слов, состоящих из трех букв, по частоте встречаемости.
Число букв в слове лимитируется во многом голосовым аппаратом человека, роль мозга в формировании первого распределения относительно невелика. Число слов в предложении уже в меньшей степени определяется голосовым аппаратом, роль мозга представляется в этом случае большей. Форма распределения слов по частоте встречаемости уже во многом определяется деятельностью мозга, роль голосового аппарата сказывается здесь, по-видимому, только на употреблении слов разной длины. Это ограничение снято в последнем из четырех названных распределений. Таким образом, если верны высказанные здесь соображения, то эти четыре зависимости представлены в порядке увеличения степени их негауссовости, как результата большого управляющего влияния мозга.
Критерий строгой повторяемости и воспроизводимости, применимый в физике, вряд ли подходит для биологических систем. Живые системы никогда не бывают одинаковыми в силу внутренних биоритмов, нелинейных адаптивных реакций и других причин. Методология изучения живых систем может потребовать новых форм экспериментальной достоверности. В частности, спецификой науки о живом является учет полевых явлений. Особое внимание следует обратить на циркадный и другие биоритмы, на ЭМ обстановку, включая геомагнитные и другие окружающие нас поля. Одной из физических моделей жизни является модель коггерентного состояния, аналогичного лазеру или сверхпроводнику. Относительная стабильность, регенеративная способность, макроскопические реакции живых систем, по-видимому, могут объясняться их коггерентностью, т. е. квантовой природой жизни.
Человеческое тело способно обнаружить сигналы намного ниже уровня шума, поскольку биофизические системы приспособлены к соотношению сигнал - шум в 109 раз лучше, чем современная электроника. В состоянии информационного сопряжения могут находиться даже те физиологические процессы, в которых происходит обмен энергией много меньшей энергии тепловых флюктуаций. При этом не адресуясь каким-либо специализированным рецепторам, они возмущают своей пространственно-временной структурой фрактальный "метрический каркас" биологической системы. Метрические фрактальные взаимодействия предполагают возможность влияния сравнительно кратковременных, статистически малозначимых событий на долговременную эволюцию биологической системы. При этом существенно наличие особого пространственного поля дистантных внутрисистемных связей. Хорошо известно явление биотропности слабых полей электромагнитной природы, слабых космофизических факторов, полей, создаваемых телом человека и животных и целого ряда других раздражителей, находящихся за нижним порогом чувствительности биологической системы.
При определенных условиях, как экспериментально установлено Н. И. Музалевской и другими, эти факторы вызывают, несмотря на свою аномально малую интенсивность, реакцию всех исследованных уровней структурно-функциональной организации живой системы, начиная с субклеточного и кончая организменным уровнем.
Слабые неспецифические раздражители выступают по отношению к живой системе в качестве информационного управляющего сигнала, либо информационной помехи. Критерий информационного действия - преобладание энергии ответной реакции организма, т. е. превышения свободной энергии биосистемы над энергией внешнего поля-сигнала.
Проявления "сознания" можно рассматривать во всех системах, особенно в моменты их неустойчивости (в точках бифуркации), чтобы с его помощью заставить систему сделать выбор траектории. Если траектория выбрана, то роль сознания снижается. Синергетика (и теория диссипативных структур), изучающая универсальность процесса самоорганизации, дает для этого основания.
Фракталы - объекты, в каком-либо смысле подобные своим частям. Наличие самоподобия позволяет существенно упростить описание фрактальных объектов. Для хранения изображения фрактала достаточно хранить алгоритм его построения с помощью последовательных изображений. Можно полагать, что свойство фрактальных объектов используется мозгом при хранении зрительной информации, чем объясняется его большая эффективность в распознавании образов. Сеть нейронов как геометрический объект имеет свойства фракталов. Возникновение самоорганизующейся структуры ведет к уменьшению энтропии внутри такой системы за счет увеличения энтропии вне системы. Мозг человека пример такой системы. Познание может рассматриваться как процесс самоорганизации, т. е. отображение информации в мозгу человека в этом процессе можно охарактеризовать как создание фрактального образа фрактального объекта на фрактальном носителе - нейронах.
Фрактально организованные процессы можно рассматривать как один из основных компонентов низкочастотной динамики нейронов и нервной системы в целом, которые могут передавать сигнальную и когнитивную информацию. Самоподобная временная структура нейронных сигналов имеет преимущество перед другими способами их формирования. Оно заключается в том, что допускает статистически равноправные операции с сигнальной информацией, передаваемой в широком диапазоне отличающихся между собой временных шкал. Участие в организации деятельности мозга низкочастотных шумов дает возможность передачи и обработки сверхслабых подпороговых сигналов. Эта гипотеза подтверждается рядом нелинейных флуктуационных моделей, показывающих, что коммуникативные явления возникают с участием хаотических биологических процессов.
Мысль - это "самоорганизация" нейронов, образование в мозгу дальней пространственно-временной коггерентности. Одним из возможных механизмов образования аттракторов в головном мозгу является движение ионов кальция Са2+ межклеточного электролита. Так как на их движение влияют слабые электромагнитные поля, то не исключено управление мозгом с помощью внешнего электромагнитного поля (даже если это просто шум, но динамика нейронных сетей нелинейна).
Почему мы вообще "понимаем" окружающую среду? Мозг "снижает" хаотические последовательности наблюдений за окружающим миром в осмысленные алгоритмы минимальной длины в ("законы природы"). Самоорганизация и образование категорий в мозге осуществляется через набор странных аттракторов, притягивающих к себе (а значит, и сжимающих) подмножество начальных условий (внешних воздействий) (рис. ). Множество передаваемых (воспринимаемых рецепторами) сигналов отождествляется с множеством начальных условий области притяжения аттракторов в N-мерном пространстве (N-число переменных, описывающих рассматриваемое явление). Множество аттракторов-шаблонов ("приемник") меньшей размерности погружено в качестве инвариантных компактных подмножеств в это N-мерное пространство состояний. Абстрагирование сигнала (сжатие) - это выход из аттрактора. Таким образом, множество аттракторов - это эталонные структуры, с которыми сравниваются ("свертываются") сигналы извне, причем процесс абстрагирования может идти вглубь на более высокий иерархический уровень; последних столько, сколько можно придумать содержательных абстракций.
Зная N - фрактальные размерности соответствующих аттракторов, можно вычислить количество информации, связанной с формированием любой категории.
Процесс творчества интерпретируется следующим образом [Симонов П.В., Ершов П.М. Темперамент, характер, личность - М.: Наука, 1984 - 161 c.]. Центральный тезис состоит в том, что потребность познания связывается с универсальной потребностью всего живого в информации (наряду с необходимостью притока вещества и энергии). Правдоподобное объяснение привлекательности новизны заключается в том, что она повышает содержание в мозгу веществ, похожих по составу и действию на морфий. Сознание рассматривается как логическое осмысление ситуации, которое может быть передано другим и понято ими. Подсознание интерпретируется как усвоенные навыки, выполняемые автоматически, социальные нормы типа "голоса совести", а также проявления интуиции, которые связаны не с порождением новой информации, а с использованием ранее накопленного опыта. Его роль - защита сознания от лишней работы и перегрузок. Сверхсознание, также как и подсознание, есть неосознанное психическое, но его функционирование порождает новую информацию; оно не контролируется осознанным волевым усилием. К его сфере относится порождение гипотез, творческих озарений и т. д.; оно защищает от преждевременного вмешательства сознания и "здравого смысла". Без этой защиты (своеобразного провала в точку бифуркаций) здравый смысл и догмы, т. е. существующий набор мер или статистических совокупностей, или готовых мыслей (шаблонов, аттракторов) душили бы любые оригинальные мутации (идеи) на корню. Поэтому сначала инстинкт - контролер отключается, появляется с помощью сверхсознания (информационного вакуума-шума) новый мутант шаблон (аттрактор), затем он на среднем уровне (ранее накопленном опытом) пытается логически договориться или борется с другими уже существующими шаблонами. Если он проходит испытания (в т. ч. и практикой), то его принимают, перестраивая всю меру личности, волю и, возможно, логику, т. е. верхний уровень - сознание.
Вырисовывается следующая схема. Средний уровень (подсознание) содержит накопленный и проверенный жизнью опыт в виде догм (шаблонов, аттракторов) и т. д., который на верхнем уровне ранжирован и увязан в многомерную статистическую совокупность, обладающую определенной автокорреляцией - памятью. С этой точки зрения личность (сознание) характеризуется, по крайней мере, тремя факторами:
1.Вероятностным логическим мышлением - его обеспечивает сам факт увязки шаблонов в единую статистическую совокупность, имеющую определенную функцию распределения;
2.Устойчивостью - моменты распределения должны существовать при определенной интенсивности внешнего информационного шума;
3.Памятью - личность не просто устойчивое многомерное распределение, а вероятностный процесс, радиус корреляции которого определяет глубину личности.
Сверхсознание (нижний уровень) не может быть мотивировано личностью, оно само его мотивирует, являясь наряду с внешней средой источником неустойчивости. Переходя от подсознания к сознанию, т. е. поднимаясь на более высокий иерархический уровень, мы начинаем оперировать меньшим, но более упорядоченным числом более обобщенных понятий (категорий в философском смысле). Если в подсознании имеется N шаблонов, которые сознанием объединяются в статистическую совокупность, имеющую нормальное распределение, то достаточно оперировать только двумя числами - моментами (математическим ожиданием и дисперсией). Для данного примера фазовое пространство подсознания N-мерно, а сознание 2-мерно, хотя оно качественно другое. В этом смысле становиться умнее - значит терять степени свободы, свертывать свое фазовое пространство.
Теоретически и экспериментально показано, что фрактальные 1 / fb-флуктуации могут формировать "вертикальные" связи между различными структурами головного мозга при решении поведенческих задач. Высказана и экспериментально обоснована гипотеза, согласно которой фрактальные стохастичесие взаимодействия распространяются и в масштабах целостного организма, образуя особую группу регуляторных связей в системе гомеостаза. Установлено, что 1 / fb-флуктуации в периодических ритмах растущего эмбриона и материнского организма проявляют взаимную корреляцию, что может свидетельствовать об участии фрактальных межмасштабных связей в механизмах управления эмбриогенезом. Исследуется регуляторная функция хаотических фрактальных процессов в сердечно-сосудистой системе и организме в целом. Фрактальные представления могут быть привлечены и для объяснения данных хронобиологии, указывающих на существование не отождествленного до сих пор системного уровня регуляции биологических ритмов, ответственного за их взаимную иерархическую сопряженность в широком диапазоне длительности периодов. Такая регуляция может осуществляться на основе темпоральных межмасштабных связей фрактальных стохастических процессов: известно, что фрактальные флуктуации, как правило, всегда сопровождают квазипериодические биоритмы и служат для последних своего рода стохастической поддержкой.
Помимо интегративной информации, "обслуживающей" задачи системных иерархических связей, фрактально-организованные процессы, как одна из основных компонент низкочастотной динамики нейронов и нервной системы в целом, могут передавать сигнальную и когнитивную информации. Как было установлено, самоподобная временная структура нейронных сигналов имеет явное преимущество перед другими способами их формирования, состоящее в том, что допускает статистически равноправные операции с сигнальной информацией, передаваемой в широком диапазоне отличающихся между собой временных шкал. Обнаружено, что участие в организации деятельности мозга низкочастотных шумов заключает в себе возможность передачи и обработки сверхслабых подпороговых сигналов. Эта гипотеза подтверждается рядом нелинейных флуктуационных моделей. С общих позиций показано, что коммуникативные явления возникают и с участием хаотических биологических процессов.<
По-видимому, сенсорные и нейронные структуры мозга человека генерируют исключительно негауссовые распределения. Гауссовые компоненты в деятельности человека объясняются, вероятно, природной и физиологической средой, в которой функционирует его мозг. Распределения людей по весу, росту и т. д. гауссовы, по творческим способностям, предпочтениям и т. д. негауссовы, причем более творческий человек генерирует более негауссовые распределения. Степень негауссовости данного распределения определяется степенью участия мозга в смеси факторов, определяющих форму распределения.
Сошлемся на результаты статистического анализа одного научного текста (С. Д. Хайтун, 1988). Здесь четыре распределения приведены в порядке увеличения роли мозга:
1.Распределение слов по числу букв.
2.Предложений по числу слов.
3.Слов по частоте встречаемости.
4.Слов, состоящих из трех букв, по частоте встречаемости.
Число букв в слове лимитируется во многом голосовым аппаратом человека, роль мозга в формировании первого распределения относительно невелика. Число слов в предложении уже в меньшей степени определяется голосовым аппаратом, роль мозга представляется в этом случае большей. Форма распределения слов по частоте встречаемости уже во многом определяется деятельностью мозга, роль голосового аппарата сказывается здесь, по-видимому, только на употреблении слов разной длины. Это ограничение снято в последнем из четырех названных распределений. Таким образом, если верны высказанные здесь соображения, то эти четыре зависимости представлены в порядке увеличения степени их негауссовости, как результата большого управляющего влияния мозга.
- Войдите на сайт для отправки комментариев