О моделировании когнитома на примере этанол-зависимой функциональной системы
Ю.В. Никонов
ФГБУЗ МСЧ № 59 ФМБА России, г. Заречный, Пензенская область
Марцином Новаковским (2023) [1] предложено использование симплициальных комплексов и теории когомологий пучков - «снопов» для формализации структуры «внутреннего наблюдателя», взаимодейст-вующего с наблюдателем внешним. Симплициальный комплекс — семейство симплексов, «склеенных» из топологических симплексов по определённым правилам. По мнению Новаковского, представленная им концепция может иметь отношение к исследованиям роли наблюдаемости в области искусственного интеллекта и моделях сознания. В этом контексте рассматривается возможность формализации описания когов по Константину Анохину [2,3] на примере этанол-зависимой функциональной системы [4]. Важно, что при описании макросистем, психики человека ряд исследователей используют концепцию квантовоподобных (англ. Quantum-like) явлений, процессов в биологии, психологии, социологии, экологии. Эти процессы описываются с помощью математического аппарата квантовой механики, но не являются квантовыми в физическом смысле. В частности, к квантовоподобным явлениям относят некоммутирующие измерения, которые «возмущают» измеряемую систему и меняют ее состояние [5]. Характерные черты квантовоподобного поведения полностью относятся к проведению теста - «измерения» на наличие патологического влечения к алкоголю (ПВА) [4,5] в динамике становления ремиссии алкогольной зависимости (по МКБ-10: психические расстройства и расстройства поведения, вызванные употреблением алкоголя – F 10.2). По мнению М.Ф. Тимофеева [6], у больного алкоголизмом формируется ЭЗФС, которая запускается в действие как экзогенными, так и эндогенными рилизинг-факторами (ЭЗФС относится к функциональным системам по П.К. Анохину). Запах алкоголя является одним из наиболее значимых раздражителей для этой системы. Наличие и интенсивность влечения к алкоголю выявляется тестом кратковременного воздействия парами этанола на обо-нятельный анализатор. М.Ф. Тимофеев выявлял периоды риска рецидива у больных с алкогольной зависимостью на ранних этапах становления ремиссии, используя методику изучения реакции сосудов головного мозга на запах алкоголя среди больных алкоголизмом мужчин. Контрольная и основная группы были обследованы методами реоэнцефалографии, самоотчета. На каждой реоэнцефалограмме (РЭГ) записывали фоновую кривую и рассчитывали коэфициент межполушарной асимметрии (К'ас), который вычисляется по формуле: К'ас = (Аб – Ам/Ам) ∙ 100 %, где Аб – амплитуда реограммы на стороне, где реографический индекс больше, а Ам – амплитуда реограммы на стороне, где реографический индекс меньше. Затем проводили функциональную пробу с запахом алкоголя и вновь записывали РЭГ с расчетом тех же параметров (ежедневно в первые 10 дней и далее через 1–2 дня до 66-го дня ремиссии). Изменения К'ас после функциональной нагрузки фиксировались и сравнивались с показателями при фоновом исследовании в процентах. По основной группе результаты исследования были представлены в виде (Кас) – отношения К'ас при функциональной пробе к К'ас при фоновом исследовании (в процентах) в зависимости от времени (дня воздержания от алкоголя). У больных алкогольной зависимостью из контрольной группы К'ас при фоновом исследовании равнялся 0,408 ± ± 0,012. После функциональной пробы с запахом алкоголя он уменьшался до 0,301 ± 0,012 (35,5 %). В результате «измерения» возможна актуализация ПВА и соответствующее изменение психического и соматического состояния больного. Считается, что ПВА представлено совокупностью многоуровневых компонентов: аффективными, вегетативными, идеаторными и поведенческими. Маловероятны, но возможны и спонтанное, «эндогенное», появление ПВА во время ремиссии, и спонтанное исчезновением ПВА и становление ремиссии алкоголизма [4,8]. Актуализации ПВА соответствует увеличение коэффициента межполушарной асимметрии, а значит, и неравенства кровоснабжения (и активации соответствующих нейронных сетей ЭЗФС) полушарий головного мозга. Результат проведения «измерения» – пробы с запахом этанола является вероятностным и носит некоммутирующий характер. Концепция М. Новаковского с его симплициальными комплексами и когомологией пучков - «снопов» напоминает гиперсе-тевую теорию мозга и сознания Константина Анохина, согласно которой математически нейронная гиперсеть - множество связанных между собой гиперсимплексов - когов (когнитивных групп нейронов). Гиперсимплекс является — симплексом, а значит, имеет вершины. «Ког» – это когнитивная группа нейронов – COgnitive Group, COG (англ.). Узлам модели на уровне нейронных сетей могут соответствовать как единичные нейроны, так и их сети, т. е. на самом деле речь в этом контексте идет о сетях сетей и сетях сетей сетей. Ког, в тоже время - элементарная единица опыта, кодирующая соотношение целого организма с теми или иными аспектами мира. Ког — элемент когнитома. Ког может быть описан как сноп или гиперсимплекс в гиперсети (он же симлициальый комплекс). В понятиях алгебраической топологии коги являются вершинами K-сети (когнитома) с новым качеством, и они же представляют собой подмножества вершин нижележащей N-сети (коннектома), объединенные единым когнитивным опытом-информацией (в нашей модели ког – часть ЭЗФС). Ребра между k-вершинами в когнитоме формируются как совокупности ребер между образующими их подмножествами n вершин в коннектоме [2,3]. Вершина гиперсимплекса существует на более высоком уровне представления, чем сами узлы. Ког представляет из себя гиперсимплекс, основание которого образовано нейронной когнитивной группой, а вершины образует узел в когнитивной гиперсети – когнитоме. Основание гиперсимплекса содержит множество элементов одного уровня, а его вершина соответствует когнитивной информации, несомой данным когом и приобретает интегральные свойства, делающие ее элементом сети более высокого уровня. Константин Анохин опирается на математические построения Роберта Аткина и Джефри Джонсона [8,9,10,11], согласно которым гиперсети основаны на топологических симплициальных комплексах. Он «надеется», что исследования гиперсетей мозга подтолкнут математику к созданию языка описания таких структур, так же как в свое время исследования в физике направляли развитие математической физики. Когнитом, по К. Анохину, полная система субъективного опыта, сформированная у организма в процессе эволюции, развития и познания. Структура когнитома, его динамика, согласно этим взглядам, охватывают всё многообразие ментальных явлений, связанных и с поведением, и с психикой и сознанием.
Математический формализм теории К. Анохина хорошо вписывается в концепцию М. Новаковского [1] как частный случай; в предлагаемой концепции внутреннего наблюдателя с использованием квантовых пучков в «симплициальных комплексах», где каждый стебель, связанный с вершиной, представляет локальную реальность внешнего наблюдателя и может быть формально представлен локальным квантовым многообра-зием. Вершина симплициального комплекса может быть связана с физическим (реализованным) событием и служит точкой реализации (элементом пространства точек-событий) внутреннего наблюдателя. «Реализованное» событие эквивалентно «наблюдению». По мнению автора, коллапс квантового состояния является локальным процессом, доступным внешним наблюдателям на нижних уровнях иерархии (для локальных квантовых и локальных классических систем при классической записи результатов измерений). Однако вся информация (по К. Анохину, когнитивный опыт в когнитоме) сохранится во внутреннем наблюдателе на более высоких, нелокальных уровнях иерархии. В модели реальности Новаковского события, как строительные блоки пространства-времени, существуют только у наблюдателей. В этих рамках причинно-следственная связь справедлива для внешних наблюдателей, но не является необходимой для внутренних наблюдателей. Новаковский отмечает, что когда происходит локальное взаимодействие, информация о котором также хранится внутри внутреннего наблюдателя, а концепции, связанные с внутренним наблюдателем и его внутренней супералгеброй, могут потребовать дальнейшее развитие известных математических структур. Для описания инфор-мации внутреннего наблюдателя предлагается, в частности, формализм запутанных историй, который расширяет представления о теории согласованных историй, допуская их сложную суперпозицию [1]. Условие согласованности для непротиворечивых запутанных историй требует, чтобы истории развивающихся систем были непротиворечивыми, даже если они разделены в пространстве и времени. Новаковский «естественным об-разом» хотел бы связать некоторые пространства (в данном случае алгебры наблюдаемых) с точками событий, которые можно понимать как точки взаимодействия. Естественным формальным математическим кандидатом для этого является согласованный «пучок стеблей», который представляет собой сноп. Пучок - структура, используемая для установления отношений между локальными и глобальными свойствами или характе-ристиками некоторого математического объекта. Классический, квантовый и гравитационный аспекты реальности являются уровнями внутренней иерархии наблюдателей и их реальностей, начиная с локального чисто классического, через локальный квантовый и заканчивая более глобальными и нелокальными уровнями.
Тогда в предлагаемой модели уровень вершины когов (здесь уровень идеаторных и аффективных компонентов ПВА) соответствуют уровню внешнего наблюдателя в классическом аспекте реальности. То есть ЭЗФС, свойства которой можно наблюдать как проявления ПВА, в предла-гаемой модели рассматривается как часть когнитивной гиперсети, обладающая квантовоподобными свойствами. В свою очередь, уровню внутреннего наблюдателя по Новаковскому соответствует «пучок стеблей» - запутанных квантовых историй. Можно предположить, что человек, с его разумом и сознанием, не описывается одним уровнем иерархии наблюдателей и может рассматриваться, как минимум, результат взаимо-действия внутреннего и внешнего (внешних) наблюдателей.
Когнитом — когнитивная гиперсеть головного мозга, может быть отождествлен с памятью когнитивного агента. Описание свойств внутреннего наблюдателя хорошо коррелирует со свойствами биологической памяти в трактовке К. Анохина [12]: 1. Вырожденность – одно и тоже событие хранится в виде множественных неидентичных копий. 2. Нерепликативность - каждое ее следующее воспроизведение отличается от предыдущего, вовлекая перекрывающуюся, но отличающуюся популяцию синапсов и нейронов – автоассоциативность. 3. Нерепрезентативность - она не является точным нервным отражением событий внешнего мира. Описанное свойство вырожденности дает высокую стабильность биологической памяти и ее способность к спонтанной и индуцированной репарации. В процессе репликации памяти мы имеем дело с переходами между «неидентичными копиями нейронных систем», которым может соответствовать динамики информации в запутанных историях по Френку Вильчеку и Джордану Котлеру [13,14].
Рассмотрим в контексте построений Новаковского формальную модель субъекта, совершающего выбор одной из двух полярных альтернатив – «биполярный выбор», созданную Владимиром Лефевром [15]. Он оперирует вероятностями на классическом уровне реальности. Модель показала формальную связь между рефлексией и функционированием нейронных сетей. «Формула человека» В. Лефевра выглядит следующим образом:
Х1 = х1 + (1–х1) (1–х2)х3.
Х1 – определяется как вероятность, с которой субъект выбирает позитивный полюс («добро»); х1 – отражает воздействие на субъекта мира (может соответствовать физическим (реализованным) событиям — сфере внешнего наблюдателя; х2 соответствует субъективному образу этого воздействия — сфере внутреннего на-блюдателя, а переменная х3 представляет интенцию субъекта. Переменные х1 и х2 определены на интервале [0,1] и не зависят от переменной х3, которая может принимать любое значение из интервала [0,1]. Если Х1= х3 (при х1 + х2 > 0), то: Х1 = х1/(х1 + х2 – х1х2) – реалистический выбор в терминологии Лефевра. Значение готовности субъекта генерируется блоком нейронов, в котором возникают кратковременные равновероятные связи между произвольными парами нейронов. Интересно, что закономерности становления ремиссии алкогольной зависимости, о которых упоминалось в данной статье, вполне согласуются с моделью Лефевра [16]. Лефевр предполагал, что его формальная модель субъекта, описывает любого субъекта, который может существовать в Космосе, например, потоки плазмы, структурированные магнитным полем.
В статье предложено использовать для формализации структуры кога (кога как нейронной сети и кога как элемента феноменального опыта — информационного объекта) концепцию Марцина Новаковского о внутренних и внешних наблюдателях. Коги мозга-психики человека — частный случай соответствующих структур наблюдателей, в том числе наблюдателя - искусственного интеллекта и наблюдателя - космического субъекта по Владимиру Лефевру.
Литература
1. Nowakowski М. Towards Physics of Internal Observers: Exploring the Roles of External and Internal Observers. [Электронный ресурс]. 2023. URL:(arXiv: 2304.01677).
2. Анохин К.В. Когнитом: в поисках единой теории для когнитивной науки // Шестая международная кон-ференция по когнитивной науке: Тезисы конференции. Калининград, 2014. С. 26–27. 158.
3. Анохин К.В. Мысляшая гиперсеть. // В мире науки. № 5–6, 2021.
4. Никонов Ю.В. О моделировании многослойных сетей коннектома – когнитома на примере этанол – зависимой функциональной системы // Труды IV Всероссийской конференции «Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях» 21-25 сентября 2015 года. Институт прикладной физики РАН (ИПФ РАН), Нижний Новгород. Тезисы. С 155 -158.
5. Khrennikov A. Open systems, quantum probability and logic for quantum-like modeling in biology, cognition, and decision making. [Электронный ресурс]. 2023. URL:(arXiv:2304.08599).
6. Тимофеев М.Ф. Периоды риска у больных алкоголизмом на ранних этапах ремиссии и противорецидивная иглотерапия // Вопросы наркологии. 1992. № 1. С. 35–38.
7. Антропов Ю.А. и др. Некоторые аспекты патологического (зависимого) влечения при алкоголизме // Вопросы наркологии. 2014. № 1. С. 121–132.
8. Atkin RH. From cohomology in physics to q-connectivity in social science. Int J Man-Mach Stud. 1972;4(2):139–67.
9. Johnson J.H. Hierarchial set definition by q-analysis, part I. The hierarchical backcloth. Int J Man-Mach Stud. 1983; 18 (4): 337–59.
10. Johnson J.H. Hierarchical set definition by q-analysis, part II. Traffic on the hierarchical backcloth. Int J Man-Mach Stud. 1983;18(5): 467–87.
11. Johnson J.H. Hypernetworks in the science of complex systems, 1st edn. Series on complexity science, vol. 3. Imperial College Press, London. 2013.
12. Анохин К.В. На пути к нейроморфному интеллекту: эксперименты, модели и технологии [Электронный ресурс] // БиоН. Нейротехнологии. Н. Новгород, 2011. URL: http://www.school2.neurobiotech.ru/sites/default/ files/AnokhinNN.pdf.
13. Cotler J., Wilczek F., Entangled histories. Phys. Scr. 168, 014004. 2016.
14. Nowakowski, M., Cohen, E. and Horodecki, P., Entangled histories versus the two-state-vector formalism: Towards a better understanding of quantum temporal correlations. Phys. Rev. A 98. 2018, p.032312.
15. Лефевр В.А. Космический субъект. — М.: Ин-кварто, 222 с.
16. Никонов Ю.В. Алкогольная зависимость в контексте «формулы человека» Лефевра. //Рефлексивные процессы и управление. т. 8, 2, 2008. С. 105–110.
Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2023: труды VIII Всероссийской конференции / Федер. исслед. центр Ин-т приклад. физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН [и др.] ; отв. ред. В.А. Антонец, С.Б. Парин, В.Г. Яхно. – Нижний Новгород : ИПФ РАН, 2023. – с. 97-99.