Файл: И. Т. Касавиндоктор филос наук, чл корр. Ран б. Г. Юдин.pdf

22
тельно предполагает их обособление от внешней среды и одновременно взаимодействие с ней, позволяющее биологически приспособиться к ее относительно стабильным параметрам. Конечно, внешняя среда — это не только источник пищи, восполняющей энергетические затраты, но и источник многих опасностей, представляющих угрозу для выживания живых существ. Биологическое выживание означает прежде всего раз- множение и приспособление. Но для эффективного приспособления необходимо информационно контролировать окружающую среду, т.е. обладать как можно более исчерпывающей для выживания организма информацией о том, что в ней происходит. В результате естественный отбор оказывается направленным на формирование и эволюционное развитие у организмов все более высокоорганизованных когнитивных систем, способных информационно контролировать окружающую среду и их собственные когнитивные состояния (самовосприятие) с помощью создаваемой этими системами когнитивной информации.
Благодаря эволюции когнитивных систем у организмов появляется возможность изменить свое поведение, сделать его более адаптиро- ванным.
2.1. Биологическая (когнитивная) эволюция как самопорождение когнитивных программ
Итак, начиная с некоторого момента биологической эволюции информационный контроль окружающей среды (а затем и внутрен- них когнитивных состояний организмов) становится важнейшей стороной взаимодействия живых существ с внешним миром (по крайней мере для тех из них, которые обладали нервной системой).
Этот контроль предполагает создание когнитивной информации, получение сведений о том, что обеспечивает их выживание, — он позволяет, например, обнаружить пищу, найти брачного партнера, уклониться от опасностей, изменить стратегию охоты, местоо- битания и т.д. Для выполнения этой важнейшей для выживания функции — функции информационного контроля — организмы на протяжении многих миллионов лет медленно эволюционировали в направлении формирования все более сложных когнитивных систем, которые обеспечили появление и развитие высших когни- тивных способностей, формирование высокоразвитого интеллекта, способного генерировать эффективные мыслительные стратегии, и т.д., т.е. адаптивно ценных способов переработки и хранения когнитивной информации.

23
Возникает, однако, вопрос, какие процессы лежат в основе когни- тивной эволюции? Как происходит самопорождение все более высоких уровней сложности и организации когнитивных систем, обеспечивших появления все более развитых когнитивных способностей? Процессы когнитивной эволюции исключительно сложны, они, скорее всего, охватывают эволюционные изменения на многих взаимодействующих между собой уровнях, в том числе на молекулярном и генетическом уровнях, на уровне взаимосвязей молекулярно-генетических процессов с работой когнитивных структур, на когнитивном (информационном) уровне, где происходит создание и переработка информации. Они так- же включают механизмы генетического закрепления прогрессивных эволюционных изменений в когнитивных структурах.
Благодаря созданию достаточно мощных нейрокомпьютеров сравнительно недавно появилась возможность исследовать процессы самопорождения простейших когнитивных способностей в искус- ственных нейронных сетях, состоящих из суммирующих пороговых элементов — формальных нейронов. Результаты компьютерного моделирования когнитивной эволюции искусственных организмов, разумеется, нельзя автоматически переносить на эволюцию когнитив- ной системы живых существ, даже самых простейших. Тем не менее они все же дают некоторые вполне реальные основания предполагать, что эволюция когнитивных способностей живых организмов скорее всего могла происходить благодаря генерации все более высокоуровневых когнитивных метапрограмм, которые в зависимости от тех или иных мотивов управляют выбором уже имеющихся когнитивных программ более низкого уровня
6
. Конечно, это не исключает возникновения адаптивно ценных эволюционных изменений в самих когнитивных программах и метапрограммах. Возможен, например, такой вариант когнитивной эволюции, когда эволюционные изменения в когни- тивной метапрограмме создают избыточный резерв, позволяющий интегрировать и управлять работой все большего числа программ более низкого уровня и даже порождать такие новые программы
7
. По понятным причинам выявленные исследователями, сугубо информа- ционные процессы самопорождения в искусственных нейронных сетях все более высокоуровневых когнитивных метапрограмм не могут дать ответа на вопрос о механизмах их генетического закрепления в геноме популяций живых организмов.
Когнитивные программы представляют собой
логические устрой-
ства, управляющие только логическими свойствами физических устройств или материальных процессов, протекающих в нейронных се-

24
тях нервной системы живых существ на молекулярном, генетическом, нейронном (клеточном) и т.д. уровнях. По своей природе эти логиче- ские свойства являются
эмерджентными по отношению к физическим
свойствам сконструированных людьми искусственных интеллекту- альных устройств или
физико-химическим, нейробиологическим и ней-
рофизиологическим свойствам живых биологических систем, нервных тканей мозга
8
. Разумеется, работа управляющих логических устройств всегда обеспечивается комплексом аппаратных средств, совместным функционированием соответствующих физических устройств («же- леза») или биологическими системами (нейронными сетями мозга).
Но эмерджентные
логические свойства не могут быть редуцированы к
свойствам материальных процессов более низкого уровня, они к ним не сводятся и не могут быть определены на их основе. В отличие от логи- ческих программ, управляющих только логическими свойствами ис- кусственных (физических) интеллектуальных устройств, когнитивные программы мозга живых существ, по-видимому, способны изменять не только логические, но и обусловливающие их появление нейрофи- зиологические, нейробиологические, молекулярно-генетические и физико-химические свойства нервных тканей, нейронов и нейронных сетей. Причем некоторые из этих изменений получают генетическое закрепление в геноме популяций. Благодаря взаимосвязям между когнитивным и молекулярно-генетическим уровнями эти программы даже могут порождать группы и сети нейронов с новыми наперед за- данными логическими свойствами, определяя тем самым направление нейроэволюции.
Целенаправленное поведение, как известно, присуще самым простейшим, в том числе одноклеточным, организмам. Так, напри- мер, хаотичные, случайные движения мокрицы и даже их амплитуда мотивированы вполне определенной целью — сохранением гомеоста- тического оптимума (оптимальных параметров жизни), необходимого для ее выживания. Управление такого рода поведением осуществляется непосредственно специализированными генами, выполняющими функцию своего рода протологического устройства. Даже некоторые различия в поведении простых организмов могут контролироваться единичными генами. Характерным примером может служить му- тантный аллель «yellow» у плодовой мушки, который обуславливает у гомозиготных по этому гену самцов более медленную вибрацию крыла при ухаживании
9
Возникновение генов, обеспечивших управление элементарней- шими формами поведения простейших организмов, относится к самым ранним стадиям биологической эволюции. Появление многокле-

25
точных организмов на Земле, а затем и специализированных нервных клеток (нейронов) означало появление у них простейших биологических устройств, обладавших заданными (предшествующими этапами эволю- ции) логическими свойствам. В этих устройствах, видимо, произошло самопорождение когнитивных программ и метапрограмм, т.е. инфор- мационного, логического уровня управления поведением.
Формирование все более высоких уровней управления (когни- тивных метапрограмм) позволило организмам осуществлять более сложные формы поведения и тем самым достигнуть более высокого уровня приспособленности, адаптации, который мог обеспечить их селективное выживание. С этой точки зрения когнитивная эволюция находит свое выражение в процессах постепенного формирования все более сложных, иерархически организованных комплексов взаимос- вязанных когнитивных программ и по сути дела сводится к эволюции когнитивных способностей живых существ.
Итак, когнитивная эволюция — это один из аспектов биологиче- ской эволюции, тесно связанный с другим ее аспектом — с эволюцией поведения. Однако когнитивная эволюция — от организмов, обла- давших простейшей нервной системой, до антропоидов и гоминид, включая и современного человека, — была бы в принципе невозможна, если бы она не подкреплялась соответствующей эволюцией мозга, т.е. нейроэволюцией.
2.2. Взаимосвязь когнитивной эволюции и нейроэволюции
Благодаря изобретению новых методов, позволяющих опреде- лить участие генов в формировании и функционировании различных органов и нервных тканей, в генетике и нейробиологии за последние десятилетия были получены многочисленные экспериментальные данные, которые довольно убедительно свидетельствуют о том, что в течение 500 млн. лет эволюция организмов, обладающих нервны- ми клетками, шла преимущественно по пути совершенствования их когнитивной системы. Оказалось, что у млекопитающих, включая человека, более половины генов из генома необходимы для того, чтобы сформировать, «сконструировать» мозг, обеспечить развитие и даль- нейшее функционирование взрослого мозга. На самом дела эта цифра значительно выше — 70–80%, так как необходимо учитывать также и так называемые «молчащие» гены, т.е. те гены, функции которых были ограничены созданием мозга и его развитием в эмбриональном состоянии.

26
Численность генов, обслуживающих мозг, удивительно высока.
И это обстоятельство наводит на мысль, что темпы накоплений ге- нетических изменений в мозге в ходе биологической эволюции были значительно выше, чем в других органах. Эволюция геномов организ- мов (по меньшей мере млекопитающих), если ее рассматривать как результирующую массы событий естественного отбора, видимо, была в большей мере связана не с морфологическими изменениями различ- ных органов, а с морфологическими изменениями мозга, с эволюцией его нейроструктур, т.е. носила преимущественно характер
нейроэволю-
ции. Нейроэволюция обеспечивала создание своего рода обновляемой
«элементной базы» («железа», если воспользоваться компьютерной метафорой) для эволюции когнитивных функций мозга — например, обучения, запоминания адаптивно ценной когнитивной информации, формирования новых стратегий мышления и т.д. В ходе нейроэволю- ции естественный отбор шел по когнитивным функциям мозга, по- скольку соответствующие селективные преимущества в относительно большей мере способствовали адаптации и выживанию организмов.
Характерно наличие избыточности, резерва в конструкции мозга — по мере роста сложности организмов биологическая эволюция нередко прибегала к удвоению (дупликации) части генетической информации.
Дупликация генов, в свою очередь, открывала новые возможности для дальнейшей специализации функций. Поскольку мозг исключительно важен для выживания организмов, то дифференциация и специали- зация функций более всего развиты в центральной нервной системе.
Одновременно возникала необходимость в интеграции множества взаимосвязанных когнитивных программ и метапрограмм, в развитии высокоуровневого центрального контроля воспринимающего себя живого существа. Кумулятивно эволюционная история организмов, обладающих нервной системой, нашла свое выражение в тех функ- циях, которые гены выполняют в современном мозге (и поэтому мы ее можем «прочитать»).
Таким образом, есть основания полагать, что нейроэволюция взаимосвязана с когнитивной эволюцией, т.е. с адаптивно ценными изменениями в процессах переработки информации, с формирова- нием и эволюционным развитием когнитивных способностей вплоть до самых высших — мышления и сознания. Однако представления о когнитивной системе, ее функционировании и работе когнитивных способностей возникли не в нейробиологии, а в когнитивной науке.
Поэтому возникает вопрос, можно ли эти представления адаптировать в нужной мере к нейробиологическим структурам? Ответ на него в решающей мере зависит от того, можем ли мы принять и опираться

27
в своих дальнейших выводах на следующие предположения. 1.
Наш
мозг является органом, обрабатывающим когнитивную информацию.
2. Процессы обработки информации мозгом по меньшей мере частично
управляются генами. 3.Благодаря мутациям генов, управляющих работой
когнитивной системы, и действию естественного отбора по когнитив-
ным функциям происходит генетическое закрепление адаптивно ценных
изменений в процессах переработки информации мозгом (когнитивных
программ) в геноме человеческих популяций.
Гипотеза о том, что человеческий мозг перерабатывает когнитив- ную информацию, выдержала весьма тщательные эксперименталь- ные проверки, и ее правомерность общепризнанна в когнитивной науке. С 60-х гг. прошлого века модели переработки информации
(естественно, совершенствуясь) остаются основным теоретическим инструментом исследований когнитивных функций человека в когни- тивной психологии. Еще в предшествующие десятилетия было экспе- риментально установлено, что обмен информацией между нейронами головного мозга происходит посредством электрического (нервного) импульса, хотя передача ее через синапс осуществляется не элек- трическим, а химическим способом, который вызывает изменение электрического потенциала. Таким образом, «языком» мозга (если так можно выразиться) являются электрические сигналы. Именно поэтому стала возможна разработка новейших методов исследования человеческого мозга — в частности, трехмерного картирования про- цессов его функционирования в реальном времени.
Наряду с методами ЭЭГ (электроэнцефалограммы) и МЭГ (маг- нитоэнцефалограммы), позволяющих почти мгновенно регистрировать и отображать информационную активность клеток мозга на основе большого числа данных, поступающих от чувствительных датчиков или электродов, в последние десятилетия были сконструированы новые технические устройства, которые сделали возможным струк- турное сканирование действующего мозга. Речь идет о позитронно- эмиссионном томографе (ПЭТ) и функциональном сканере магнитного резонанса (ФСМР). ПЭТ регистрирует изменения радиоактивности воды, которая вводится в кровь испытуемых. Поскольку росту ак- тивности зон мозга сопутствует увеличение кровотока и соответ- ствующее изменение радиоактивности, то благодаря ПЭТ появилась возможность наблюдать на экране монитора локальные зоны ин- формационной активности мозга при выполнении им тех или иных желательных для исследователей когнитивных функций. Так, напри- мер, ПЭТ — сканирование показало, что когда испытуемые читают