Информационные функции в мозге

Для каждого очевидно, что у него есть способность совершать произвольные действия, причем не только мышечные, но и "внутренние": вспоминать что-то, сориентироваться на местности, прогнозировать вероятность события или последствий, предположить что-то в отношении объекта внимания, выбрать оптимистическое продолжение действий и т.п.

Образов мышечных действий заготовлено огромное количество и их можно корректировать, комбинировать в новые последовательности. Образов ментальных действий так же очень много, и они могут быть самыми разными.

И все эти образы действий, и моторные, и ментальные могут активироваться произвольно, каким-то неуловимым усилием воли. Неуловимым, потому что во всех нас есть нечто управляющее действиями на основе информированности о текущей ситуации. Это - довольно простой по схемотехнике управляющий механизм, назовем его "Гомункулус", хотя понятно, что никакого такого человека внутри мозга нет (fornit.ru/7353), а есть всего лишь простой механизм, у которого есть возможность запуска самых различных произвольных действий.

Причем это не он придумывает эти действия, а информация о том, что сейчас нужно что-то сделать возникает как бы тоже из ниоткуда, раньше, чем осознается такое решение. Это значит, что на основе имеющейся информации о текущей ситуации, обрабатывается актуальный образ стимула некими механизмами, и перед самым действием сначала приходит новая информация о том, какое действие будет совершено, оно совершается, и затем поступает дополнительная информация о непосредственных и более поздних последствиях (fornit.ru/68516).

Поэтому часто мы совершаем то, что оказывается неожиданным для самого себя, так что трудно сказать, что модель нашего Я - это и есть то, что управляет нашим сознанием. И, в самом деле, модель Я, как и модели любых других образов - всего лишь часть уже имеющегося опыта, но суть осознания в том, что нужно получить новый опыт для понимания и реагирования на актуальный стимул.

Это тот механизм (Гомункулус), управляющий последовательностью осознания ситуации, имеет возможность совершать произвольно моторные и ментальные действия по гибкому алгоритму, который меняется после каждого нового действия из-за того, что эти действия дают новую информацию, которую нужно учитывать.

Так что да, алгоритм сознания не поддается вычислению, потому что на каждом шаге возникают образы новой реальности.

Полное описание организации субъективного в формате междисциплинарной популяризации опубликовано в книге Субъективность: fornit.ru/68364.

Как Гомункулус может запускать совершенно разные функции?

Есть только один общий способ работать как с любыми образами восприятия, так и с любыми образами действия - использовать их уникальный идентификатор. Каждая функция для совершения моторного или ментального действия имеет уникальный пусковой элемент (в нейрофизиологии - командный нейрон). И Гомункулус имеет доступ к этим пусковым элементам.

Кроме того, должна быть возможность получать информацию о выборе и последствиях запуска функций для обновления общей информационной картины.

"Информационные функции" - так условно названы механизмы, предназначенные для реализации произвольности системы управления обработки актуального стимула (fornit.ru/68516), потому что неотъемлемой чертой их интерфейса доступа является новая информация и выборе и его последствиях, которая обновляет существующую общую информационную картину.

Система управления циклическим процессом осознания актуального стимула имеет один главный цикл, в котором поддерживается один из двух взаимно-исключающих режимов обработки: 1) целевой активный процесс поиска решения текущей проблемы или 2) пассивный режим мышления (fornit.ru/68279).

После появления нового актуального стимула главный цикл становится фоновым и образуется новый главный цикл.

Только главный цикл производит обработку стимула в контексте общей информационной картины (или в глобальном рабочем пространстве - термины - двух известных теорий сознания). В этом цикле общая информация обновляется с каждым произвольным действием, которое осуществляет Гомункулус главного цикла. Любой вид произвольного действия осуществляется с помощью запроса к одному из механизмов со специфической функции для выполнения такого запроса. Таких функций в ходе эволюции возникает много, чем более эффективна психика в адаптивном плане - тем больше.

Для доступа Гомункулуса к очень разным по действию функциям должен быть один механизм запросов - интерфейс информационных функций. 

Все виды произвольных действий можно условно разделить на два вида:

1) выполнение моторных действий (сюда включается и воздействия в системе гомеостаза и мышечные реакции).

2) ментальные действия - получение информации из памяти накопленного опыта и выполнение цепочек запросов на ментальные действия любого вида.

Таким образом реализуется целевая управляющая произвольность - реагирование вопреки текущему привычному в данных условиях с целью получение нового привычного для данной новизны ситуации. При целевом активном режиме, после каждого запроса на моторную реакцию, наступает период ожидания изменений, позволяющих судить о том, насколько реакция привела к желаемому результату. Всякий раз такой результат пишется в виде правила в кадр эпизода осознания (fornit.ru/6756).

При пассивном режиме обработки образа, значимый результат также сохраняется в эпизоде осознания, но уже в виде новой значимости образа (fornit.ru/66643), расширяя модель понимания данного образа.

При ментальных запросах в памяти сохраняются правила результатов попыток решения проблемы (активный режим) или корректируется значимость актуального образа.

В любом случай из перечисленных, в результате отработки запроса к информационной функции появляется новая информация, которая обновляет общую информационную картину.

Все это - очень короткое описание использования управляющим механизмом осознания информационных функций - только для обоснования необходимости общего интерфейса запросов к любым видам инфо-функций. Более подробно принципы рассмотрены в fornit.ru/68364.

Реализация информационных функций

Все инфо-функции представляют собой наследственно предопределенные механизмы для специальных целей, которые были найдены в эволюционном совершенствовании данного вида животных. Это механизмы жестких связей типа безусловных рефлексов.

У разных видов живых существ число таких функций и реализация их механизмов может кардинально отличаться, определяя адаптивные возможности психики особи.

Различия реализации у таких очень давно эволюционно разошедшихся классов как млекопитающие, птицы, моллюски, пресмыкающиеся, отличается на уровне самых заметных анатомических образований. Так у млекопитающих информационные функции локализованы в префронтальной коре мозга, а у птиц - в нидопаллиуме (fornit.ru/68518).

Возможность эффективно приобретать личный опыт имеет столь высокую ценность для сложных существ, что мозг в конечном итоге получил одни и те же основные способности этого, но разными путями. Так что, принципы организации осознания оказываются одними и теми же, несмотря на разительно разную реализацию.

В случае искусственного живого (fornit.ru/64924) существа итог будет тот же самый, что и демонстрируется действующим прототипом системы индивидуальной адаптивности Beast (fornit.ru/beast).

В системе Beast реализованы следующие инфо-функции для произвольных запросов (не стоит слишком детально рассматривать их, учитывая огромное разнообразие реализаций в природе):
• Подготовить продолжение цикла осмысления
• Выбрать, о чем подумать, с учетом предыдущих шагов цикла
• Найти подходящее ментальное действие по опыту ментальных Правил
• Находит и запускает моторный автоматизм в плохой ситуации
• Идет цикл мышления об экстремально важном объекте
• Подвергнуть сомнению моторный автоматизм, если нет опасности (не нужно реагировать агрессивно) и ситуация важна
• Создать новый моторный автоматизм по действию
• Ментальное определение ближайшей Цели в данной ситуации
• Найти способ улучшения значимости объекта внимания
• Вспомнить самое значимое, что было для начала размышления (кроме возврата на прерванное)
• Ментальное отзеркаливание действия оператора
• Синтез новой фразы из компонентов, имеющих плюсы в Правилах
• Повторение Стимула оператора. Попугайство.
• Ментально переактиваровать дерево понимания с заданными узлами
• Для условия дерева автоматизмов в одиночных Правилах выбираем наилучшее
• Случайно выдать любую известную фразу или действие и затем запустить моторный автоматизм
• Фокусировка на наиболее значимом из параметров информационного окружения
• Было эвристическое озарение и найдено действие для пробы действия
• Выбрать кадр эпизода памяти и проходить назад
• Выбрать кадр эпизода памяти и проходить вперед
• Срочно выбрать подходящее действие и запустить его
• Добавление нового действия в цепочку выполнения автоматизма
• Создание новой цепочки произвольных действий с добавлением новых
• Добавление нового звена действия в цепочку произвольных действий
• Учесть условия чтобы проявить инициативу
• Запуск на выполнение на пульте имеющейся цепочки произвольных действий и создание автоматизма на основе имеющейся цепочки произвольных действий
• Фантазия - как функция активного и целевого подбора ассоциаций для решения доминанты 
• Более внимательно оценить ситуацию с Правилами: ментальными и связанными с ними моторными
• Анализировать длинную или не вполне понятную фразу и найти обобщающие данные
• Провокационные действия, когда нет стимула от оператора, но нужно что-то делать
• Начать процесс Пассивный режим размышления
• Проход кадров эпизода памяти начиная со значимого образа
• Развитие цепочки мышления, начиная с опорного кадра эпизода памяти

Учитывая то, что в природе, как только появляется новый механизм, делаются попытки (мутации) использовать его в самых разных местах, может оказаться, что инфо-функции будут достаточно полезны своим универсальным интерфейсом использования и начнут запускаться не только Гомункулусом. И, конечно же в разных видах животных реализации и число инфо-функций очень различно.

Информационные функции в природе

Область мозга, где локализуются информационные функции различается у разных классов живых существ: млекопитающие, птицы, пресмыкающиеся, земноводные. У млекопитающих - это префронтальная кора, у птиц - нидопаллиум, у моллюсков - ганглиональная щитовидная сеть (дорсальный передний мозг). У пресмыкающихся более простая лобная кора.

У осьминогов аналогичная по функционалу зона очень своеобразна анатомически, но осьминоги проявляют все признаки обладания психикой и обладания соответствующими принципиальными механизмами. У них наличие системы удержания стимулов хорошо идентифицируется по характерным ЭЭГ – наводкам от реверберации активности циклов удержания стимула и мышления: у осьминогов обнаружены паттерны активности, характерные для гиппокампа. Главный признак удержания и осознанной обработки стимула – “ориентировочный рефлекс”, и он обнаруживается у осьминога. Субъективные состояния осьминогов, как и любых других адаптивных систем, обладающих функционалом нахождения альтернативных привычным реакциям, порождаются активацией этих систем по каждому "ориентировочному рефлексу". Осьминог за один раз запоминает цепочки правил для совершения последовательности действий, что выходит за рамки возможностей рефлексов. Он способен изучать и использовать сложную полосу препятствий. Осьминоги чувствуют и запоминают боль.

В любом случае принципы управляющего механизма (Гомункулуса) схожи у разных видов: Гомункулус имеет возможность запуска различных произвольных действий и получать сопутствующую информацию.

Рассмотрим структуру префронтальной коры человека.

В точности, как и любые другие зоны мозга, она начинает развиваться в общей последовательности созревания и формирования своих функций. При этом в префронтальной коре нет каких-то общих специфических структур, которые могли бы специализироваться в ходе накопления опыта осознания и, тем самым, становились бы механизмами ментальной произвольности.

Мозг условно разделен на отдельные поля (поля Бродмана), которые выделяются по цитоархитектурным признакам, таким как плотность клеток, размер клеток, их расположение и другим характеристикам. Каждое поле Бродмана имеет свои уникальные особенности в строении нейронов и слоях коры. Префронтальная кора включает в себя поля Бродмана с номерами 8, 9, 10, 11, 12, 13, 46, 47. Это значит, что различия в них есть на уровне наследуемых характеристик этих зон.

При развитии организма сначала созревает поле Бродмана 11, затем поле Бродмана 10, после этого поле Бродмана 9 и, наконец, поле Бродмана 46.

Известно, что поле Бродмана 11 участвует в принятии решений, функционировании системы вознаграждений, планировании и переносе новой информации в долговременную память‍‍. Это - базовые функции для организации обработки удерживаемого стимула.

Затем созревает и начинает специализироваться поле Бродмана 10, которое участвует в вызове необходимых воспоминаний и многих управляющих функциях. Для этого в нем должны быть наследственно прошиты такие возможности, потому как для них необходимы связи к структурам кадров памяти. Виды запросов к памяти и то, как могут быть обработаны такие запросы могут быть заложены только наследственно и от этого зависит потенциал когнитивных возможностей особи.

Десятое поле Бродмана занимает объём у человека в среднем 1,2 % от общего объема мозга (у разных людей несколько различно), у бонобо — около 0,74 % от общего объёма мозга, у шимпанзе — 0,57 %, у горилл — 0,55 %, у орангутанов — 0,45 %, у гиббонов — 0,23 %. Возможности ментальных запросов у разных видов сильно различаются. И даже у людей есть отличия, что и определяет когнитивный потенциал.

Это значит, что функции ментальных запросов определены наследственно жесткими структурами (по типу безусловных рефлексов). Поэтому при мышлении у нас нет доступа к тому, что происходит, когда мы задаемся тем или иным вопросом и решаем проблемы, а мы получаем сразу готовый результат.

Затем созревает и специализируется 9-е поле Бродмана, которое участвует в беглости речи, обнаружении ошибок, определении намерений других лиц, определении пространственных образов, индуктивном мышлении, приписывании намерений, участвует в рабочей памяти, пространственной памяти, определении эмоций других людей, планировании, счете, семантической и перцептивной обработке. Оно активно при потребности в обновлении рабочей памяти. Специализация 9-го поля Бродмана происходит в течение всей жизни человека. Однако, наиболее активное развитие этого поля наблюдается в период детства и подросткового возраста.

На основе результатов специализации поля 9, последовательно созревает и специализируется поле 46, так же в течение всей жизни человека. Оно обычно ассоциируется с когнитивными функциями, такими как "абстрактное" мышление и решение проблем. Оно играет важную роль в регуляции многих когнитивных процессов и контроле над поведенческими реакциями, что делает его ключевым компонентом работы префронтальной коры во время творчества.

Как именно все это реализовано в природном мозге, да еще и у разных видов живых существ - еще предстоит изучить более детально. Мы все глубже вступаем в область малоисследованного.  Но сейчас не принципиально как именно природа устроила инфо-функции, наверняка очень сумбурно. В системе Beast по мере совершенствования функций обработки удерживаемого стимула и решения сопутствующих проблем, возникла необходимость в создании более 30 информационных функций для ментальных запросов информации и операций с нею.

Итак, механизмы функций, которые используются для запросов к памяти опыта особи и обработке результатов, задаются наследственно и определяют то, насколько будет талантлив человек потенциально, конечно же, если он станет развивать свои таланты при специализации сначала функций поля 9, а потом 26.

Эволюционно у всех классов живых существ в ходе онтогенеза прослеживается поочередное развитие, с формированием все более сложных наследственно предопределенных механизмов, что в случае человека приводит к качественно различающимся по сложности и времени решений четырем уровням осмысления с сопутствующим им информационным функциям (fornit.ru/68364).

Становится ясно, что вариантов реализации системы осмысления актуального образа возможно невероятное множество, которое можно свести к довольно небольшому числу принципиальных видов информационных функций. Особенности реализации этих видов будут варьировать адаптивные возможности в направлении особых возможностей у каждой версии реализации. Так, у людей заметны качества особых способностей в тех или иных областях, что определяется 1) имеющейся коллекцией информационных функций и 2) опытом, накапливаемым с помощью той или иной инфо-функции. Можно иметь способности, но никак их не реализовать, а вот упорство попыток развить опыт без определенной поддержки нужными инфо-функциями, как правило, приводят к скромным результатам.

При этом принцип организации управляющего механизма произвольности один на всех, и он очень прост в реализации.

Интерфейс доступа к информационным функциям - то место в системе, которое можно наращивать для создания более эффективного ИИ в заданном направлении его суперспособностей. Интеллект - это коллекция привычных автоматизмов, включая программы сложных действий, моторных и ментальных. А осознание целевой проблемы корректирует имеющиеся или создает новые автоматизмы.

Простота интерфейса позволила бы добавлять искусственные функции в природный мозг с помощью импланта, например, встроенный компьютер. Это ограничивалось бы только необходимостью знать уникальные идентификаторы имеющихся образов - те нейроны, которые при активации вызывают определенный информационный отклик в Гомункулусе, уже связанный со своей значимостью имеющимся опытом, а это - очень индивидуально и, поэтому, видимо, неразрешимо в принципе. В случае же с системой Beast с таким наращиваем нет никаких проблем.

Но лучше не развивать эту тему, достаточно сказать, что интерфейс информационных функций - место силы интеллекта, то, что делает интеллект "сильным".

Как ни печально, а задумка С.Савельева о сортировке людей по способностям (fornit.ru/1765) имеет основание, и тут только вопрос этики и социальных последствий может поставить преграду такой евгенике. Но у нас есть ведь еще потенциальный конкурент - "сильный" искусственный интеллект, у которого можно организовать невероятно эффективную систему информационных функций.

Справедливое общество можно измыслить только при условии его полного информационного объединения (fornit.ru/1513) и только тогда любые самые невероятные по силе ИИ могут оказаться в неантагонистической интеграции в таком общем организме.

Дополнительно:

Организация механизмов мозга человека: fornit.ru/66411

Книга о сознании, о сути субъективного опыта (квалиа): fornit.ru/68364

Принципы осознания актуального образа: fornit.ru/68516

Краткий пересказ:

Способность к произвольным действиям

• Люди обладают способностью к произвольным мышечным и ментальным действиям.

• Образы действий могут быть скорректированы и комбинированы.

Механизм "Гомункулус"

• "Гомункулус" управляет произвольными действиями, не являясь реальным человеком.

• Информация о необходимости действия возникает до осознания решения.

Процесс осознания

• Образы стимулов обрабатываются механизмами, предшествующими действию.

• Действия и их последствия обрабатываются последовательно.

Модель Я и осознание

• Модель Я является частью опыта, но требует нового опыта для понимания и реагирования.

• Сознание управляется гибким алгоритмом, который изменяется после каждого действия.

Невычислимость алгоритма сознания

• Алгоритм сознания не поддается точному описанию из-за постоянного обновления образов реальности.

Основы работы Гомункулуса

• Гомункулус использует уникальные идентификаторы для запуска различных функций.

• Каждая функция имеет свой "командный нейрон", который активирует её.

• Гомункулус получает информацию о выборе и последствиях функций для обновления общей картины.

Информационные функции

• Информационные функции обеспечивают произвольность системы управления обработкой стимулов.

• Они обновляют общую информационную картину с новой информацией о выборе и его последствиях.

Циклический процесс осознания

• Главный цикл обработки стимула поддерживает один из двух режимов: активный поиск решения или пассивное мышление.

• После появления нового стимула главный цикл становится фоновым, образуя новый главный цикл.

• Только главный цикл обрабатывает стимул в контексте общей информационной картины.

Произвольные действия Гомункулуса

• Произвольные действия осуществляются через запросы к информационным функциям.

• Эволюция психики увеличивает количество функций, необходимых для адаптации.

• Для доступа к разным функциям требуется единый интерфейс запросов.

Виды произвольных действий

• Произвольные действия делятся на моторные и ментальные.

• Моторные действия включают мышечные реакции и воздействия в системе гомеостаза.

• Ментальные действия включают получение информации из памяти и выполнение запросов на ментальные действия.

Целевая управляющая произвольность

• Целевая управляющая произвольность позволяет реагировать вопреки привычному для достижения нового привычного.

• В активном режиме после запроса на моторную реакцию следует период ожидания изменений.

• В пассивном режиме значимый результат сохраняется в эпизоде осознания, расширяя модель понимания образа.

Обновление общей информационной картины

• В результате обработки запроса к информационной функции появляется новая информация, обновляющая общую картину.

Информационные функции в мозге

• У млекопитающих - префронтальная кора, у птиц - нидопаллиум, у моллюсков - ганглиональная щитовидная сеть.

• У осьминогов - система удержания стимулов с паттернами активности, характерными для гиппокампа.

Структура префронтальной коры человека

• Развитие префронтальной коры начинается с поля Бродмана 11, затем 10, 9 и 46.

• Поле Бродмана 11 участвует в принятии решений и планировании.

• Поле Бродмана 10 отвечает за вызов воспоминаний и управляющих функций.

• Поле Бродмана 9 связано с беглостью речи, пространственным мышлением и рабочей памятью.

• Поле Бродмана 46 связано с абстрактным мышлением и решением проблем.

Эволюция информационных функций

• У всех классов живых существ происходит развитие информационных функций с формированием все более сложных механизмов.

• У человека это приводит к четырем уровням осмысления с соответствующими информационными функциями.

• Особенности реализации информационных функций влияют на адаптивные возможности.

Роль информационных функций в развитии способностей

• Наличие определенных информационных функций и накопленный опыт влияют на развитие способностей.

• Отсутствие необходимых информационных функций может привести к скромным результатам в развитии способностей.

Перспективы развития информационных функций

• Искусственный интеллект может создать невероятно эффективную систему информационных функций.

• Справедливое общество возможно только при полном информационном объединении.