Какие ассоциации у вас вызывает слово «граф»? Возможно, если ваш образ мышления социально-гуманитарный, то для вас «граф» — средневековый титул. Если же вы склонны мыслить физико-математически, то, услышав слово «граф», вы сразу же думаете о соответствующем математическом объекте. Интересно, что между средневековым титулом и графом как математическим объектом нет ничего общего. Однако именно математические диаграммы удивительным образом связывают российского нейробиолога К. В. Анохина и британского физика и математика С. Вольфрама, точнее, то, что связывает их концепции: первого — о мозге и разуме, второго — о вселенной.
Что такое граф?
Я стремлюсь писать так, чтобы это было понятно широкой аудитории, интересующейся научно-популярными темами. Поэтому позвольте мне дать очень простое, но наглядное определение математического графа.
Граф — это математический объект, представляющий собой набор вершин, соединенных ребрами.
Вершины и ребра — это множества, которые имеют определенные отношения друг с другом.
Графики могут выглядеть очень по-разному. Они могут быть очень простыми, как этот:
Похоже на дом на склоне
Альтернативно, диаграмма может выглядеть так:
Немного сложнее первого
Так:
Более сложный
Или даже так:
Красиво, не правда ли?
Есть и супер фотки.
Гиперграф — это обобщение математического графа, в котором каждое ребро (линия) может соединять более двух вершин (точек).
В обычном графе ребро соединяет две вершины. В гиперграфе ребро может соединять любое количество вершин. Следующий пример ясен и прост для понимания:
Графы, гиперграфы и их матричные представления
Но графы, особенно гиперграфы, могут быть очень красивыми:
Гиперграф
Это похоже на снежинку:
Количество снежинок
Это похоже на мозг:
Графический Мозг
Кстати, о мозгах. Теперь, когда мы разобрались с диаграммами, давайте познакомимся поближе с нашими сегодняшними героями-учеными: К. В. Анохиным и С. Вольфрамом.
К.В. Анохин
Константин Владимирович Анохин — современный российский нейробиолог, доктор медицинских наук, профессор, академик РАН.
К.В. Аносин
В каком-то смысле К. В. Анохин — образцовый учёный. Он родился в семье академиков. Его дед — советский физиолог П. К. Анохин. Его мать — И. П. Анохина, также академик РАН. Сам К. В. Анохин тоже был советским учёным. Он окончил Первый медицинский университет, защитил диссертацию, получил учёную степень, был избран членом-корреспондентом и, наконец, стал академиком РАН. Он прошёл полный путь.
К. В. Анохин, несомненно, выдающаяся личность, поэтому о нем и его идеях можно найти много интересных и познавательных материалов. Но здесь нас интересует в основном его гиперсетевая теория мозга и психики.
К. В. Анохин фактически отверг дуализм Д. Чалмерса, заявив, что мир един, а потому мозг и разум должны быть описаны единой научной теорией. Ученый утверждает, что для того, чтобы эта теория была действительно полной, она не должна просто описывать мозг и разум как отдельные явления, а должна точно показывать взаимосвязь между ними. В идеале такая теория должна описывать любой мозг, а не только человеческий. К. В. Анохин в ходе своих исследований пришел к выводу, что все ключевые свойства мозга и разума могут быть выведены из небольшого числа базовых понятий и принципов, и что базовая теория мозга и разума должна выводить не только базовые феноменологические и биологические свойства разума, но и сам разум с филогенетической и эмбриологической точки зрения, т е как результат обучения и опыта.
Поэтому с целью разработки концепции, отвечающей вышеперечисленным требованиям, К.В. Анохин создал свою Гиперсетевую теорию мозга и разума.
Согласно этой теории, любой мозг — это сеть. Более того, любой разум — это тоже сеть. К. В. Анохин считал, что разум реален, зернист, связен и целостен.
Реальность разума отражается в его способности участвовать в информационных причинно-следственных взаимодействиях, тем самым опосредуя отношения между организмом и проблемной средой.
Гранулярность разума заключается в том, что он имеет гранулярную структуру, состоящую из шестеренок — основных единиц опыта, которые кодируют связь всего организма с определенным аспектом мира.
элементы ума, коги, имеют устойчивую связь друг с другом - запятую, через которую они общаются. Так связан ум.
Шестеренки и запятые образуют сеть - познание, которое является основой субъективного опыта организма и регулирует отношения между организмом и окружающей средой. Именно благодаря существованию познания разум является полным.
Шестеренка — это группа когнитивных нейронов, активность которых определяет конкретный опыт. Они являются «ментальными квантами» в общей системе когнитивного тела. Понятие шестеренок обобщает идеи теории функциональных систем П.К. Анохина (1935) и теории клеточных ансамблей Д. Хебба (1949), причем последняя возникла из активности и эволюции первой.
Таким образом, концепция передач объединяет традиции когнитивного структурного движения, идущие от биологической и адаптивно-физиологической интеграции, с одной стороны (русская психофизиологическая школа), и от психологических явлений и функций, с другой стороны (англо-американская психофизиологическая школа).
То есть, по сути, шестеренка — это уже сеть. Коммуникация — это сеть сетей. А познание — это сеть сетей сетей, то есть суперсеть. Разум — это суперсеть мозга в концепции К. В. Анохина.
Мозг — это сеть, и разум тоже. Но по отношению к мозгу разум — это суперсеть мозга. Так где же в этой системе находится сознание? По мнению К. В. Анохина, любой разум — это сетевая структура. Человеческий разум — это многослойная сетевая структура, представляющая собой «сеть нейронных сетей». А сознание — это трафик в этой структуре.
Таким образом, мозг и психика в концепции К.В. Анохина описываются как гиперграфы, точнее, гиперграфы совокупности нейронных сетей.
Эта концепция идеально вписывается в русло современного ИИ и фактически сближает человеческий разум и ИИ с точки зрения базовой структуры, но какое отношение к этому имеет С. Вольфрам?
С.
Обратите внимание: Взаимосвязь между ВАШИМ ВОЗРАСТОМ и УСПЕХОМ.
ВольфрамСтивен Вольфрам — не менее блестящая фигура, чем К. В. Анохин. С. Вольфрам — блестящий британский физик, математик и программист, создавший систему компьютерной алгебры «Mathematica» и систему извлечения знаний «Wolphram|Alpha» (фактически попытку реализовать цели некоторых философов и математиков прошлого) и предложивший версию гипотезы математической вселенной. Я уже обсуждал это ранее, и в современной науке существует множество связанных с этим дискуссий. Но в этой статье мы сосредоточимся на версии гипотезы математической вселенной Вольфрама.
Стивен Вольфрам
В отличие от К. В. Анохина, у родителей С. Вольфрама были совсем другие карьеры, чем у их сына. Его отец был писателем, мать — философом, бабушка — психоаналитиком. С. Вольфрам как-то написал, что никогда не понимал и не любил философию, но недавно сам написал несколько статей философского характера на своем сайте и очень интересуется научным и философским наследием Г. В. Лейбница.
С. Вольфрам считает, что вся физическая вселенная может быть описана как вычислительный процесс, основанный на чрезвычайно простых правилах. Вселенная подобна компьютерной программе, которая начинается с определенного начального базового состояния, но выполнение программы по чрезвычайно простым правилам постепенно приведет к тому, что система станет более сложной. В ходе выполнения «программы», после миллиардов таких простых шагов, возникнут структуры, похожие на то, что мы называем пространством, временем, светом, гравитацией и т д
Уникальность концепции С. Вольфрама заключается в том, что, как полагают ученые, сложные физические структуры могут развиваться из очень простого набора правил.
Стоит отметить, что в отличие от М. Тегмарка, С. Вольфрам не считает, что наша вселенная является непосредственно математическим объектом, а скорее, что наша вселенная является вычислимым процессом, который может быть описан алгоритмом. Если вселенная М. Тегмарка — это чистая математика, то вселенная С. Вольфрама больше похожа на компьютерный код или программу. Мир — это вычисление, которое происходит над абстрактной структурой, и мы рассматриваем результаты этих вычислений как физическую реальность.
Представьте себе начальный набор базовых данных, которые должны изменяться по очень простым правилам. Изменение данных из старого набора в новый формирует своего рода сеть. Так формируется пространство - как связи между элементами сети.
Время — это последовательность вычислений, порядок применения правил, то есть оно также, по-видимому, естественным образом возникает из эволюции состояния нашей системы.
По мере того, как сети растут и становятся очень большими, изменения в состоянии некоторых данных в сети влияют на другие данные, включая те, которые находятся ближе всего к ним, и даже те, которые находятся дальше. Поэтому существует предел скорости, с которой информация может передаваться в сети: сначала изменения влияют на близлежащие элементы, а затем на другие элементы. Это то, что мы называем скоростью света.
По мере роста сети мы можем обнаружить, что некоторые места становятся более плотными, в результате чего эта часть сети оказывает большее влияние на остальные. В физической реальности мы называем эти явления массой и гравитацией. Так С. Вольфрам показал, как теория относительности Эйнштейна естественным образом возникла из его концепций.
Если одно и то же правило можно применить к разным местам в нашей сети, то начинает формироваться «дерево возможностей» — каждый путь представляет собой уникальную «версию» вселенной. Это похоже на возникновение квантовой механики и ее многомировой интерпретации. Более того, С. Вольфрам указывает, что мы можем определить квантовое состояние как совокупность связанных структур в нашей гиперсети, а их взаимодействия — как запутанность.
Целью С. Вольфрама было найти простое правило, которое могло бы сформировать всю нашу Вселенную, объяснить все известные физические явления и предсказать новые.
Как вы уже догадались, в концепции С. Вольфрама сети, а точнее вычислительные гиперсети, являются гиперграфами. Физическое пространство — это структура гиперграфа. Время — это последовательность вычислений, обновляющих внешний вид и состояние гиперграфа. Скорость света — это максимальная скорость, с которой может передаваться информация в гиперграфе. Гравитация — это кривизна графа, вызванная сжатием вершин в определенных местах. Квантовая механика — это набор параллельных путей развития гиперграфа.
Так, в концепции К. В. Анохина диаграммы различных форм и проявлений используются для описания работы мозга и разума, в концепции С. Вольфрама — для описания работы Вселенной. Но что это нам дает?
Вселенная и мозг
Люди давно заметили визуальное сходство между нейронами мозга и крупномасштабными изображениями Вселенной.
Мозг и Вселенная
Но в прошлом эти сходства были больше похожи на метафоры. Но с годами появляется все больше доказательств того, что сходства между структурой мозга и структурой вселенной — это больше, чем просто метафоры.
В 2020 году астрофизик Франко Вацца и нейрохирург Альберто Фелетти провели специальное сравнительное исследование структуры мозга и Вселенной. Ученые сравнили нейронную сеть мозга, которая содержит около 70-80 миллиардов нейронов, с космической сетью, состоящей из галактик. Исследователи пришли к следующим выводам.
Колебания плотности материи в космической паутине распределены так же, как и нейронная сеть человеческого мозжечка. Количество узлов сопоставимо: около 100 000 нейронов в 1 кубическом миллиметре коры головного мозга, и примерно столько же галактик в кубе со стороной 300 миллионов световых лет. В обеих системах большая часть массы сосредоточена не в «узлах», а в связующих элементах: в мозге это вода, во Вселенной — темная энергия.
Обе системы (мозг и вселенная) состоят из сетей, узлы которых (нейроны в мозге, галактики во вселенной) соединены линиями, соединяющими их. То есть демонстрируется гиперграфическая структура обеих.
Совершенно независимые исследования К.В. Анохина и С. Вольфрама еще больше укрепили идею о поразительном сходстве строения мозга со строением Вселенной.
С одной стороны, это неудивительно, поскольку природа действует по единым законам, поэтому удобные и выгодные природные закономерности, представленные в виде одного и того же гиперграфа, могут применяться в разных масштабах.
С другой стороны, трудно не удивляться этим сходствам. Весь мир начинает приобретать некое фрактальное качество. А что, если вселенная и мозг не просто похожи, а даже гомеоморфны? Да, это уже область чистой философии, а не науки, но поразмышлять об этом очень интересно.
Иногда эти взгляды критикуются на том основании, что информация передается в мозге, а материя и энергия передаются во вселенной. Однако, согласно новым данным, уже не верно, что все так. Например, в концепции С. Вольфрама сама материя не является необходимой для физики. Более того, с такими направлениями исследований, как цифровая физика, которые становятся все более активными сегодня, вскоре может быть доказано, что информация первична и фундаментальна, и Джон Уиллер прав: «она» действительно «происходит из битов".
И! Все эти новые идеи из области нейробиологии, физики, математики и астрофизики согласуются не только с исследованиями в области искусственного интеллекта (ИИ — это тоже сеть, граф), но и с физико-математическими концепциями российско-американского физика Виталия Ванчурина, согласно которым вся вселенная может быть самовычисляющей нейронной сетью. Поэтому сходства между идеями К.В. Анохина и С. Вольфрама — это не просто сходства, а прямое выражение одной и той же реальности на разных уровнях ее проявления, и концепция В. Ванчурина будет синтезом этих уровней.
***
Пора заканчивать, но на самом деле все только начинается. Мы живем в удивительное время, когда парадигмальные сдвиги и бесконечные поиски теории всего. Претенденты на статус теории всего в одиночку заставляют нас глубоко переосмыслить наше понимание мира, и что будет дальше? Кажется, мы живем во время, когда на стыке естественных наук, математики, нейросетевых технологий и даже философии начинает формироваться единая картина мира.
Мой проект по науке и философии
[Моя] Наука Математика Физика Биология Нейробиология Новости науки о мозге Ученый Длинный пост 3Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: К.В. Анохин и С. Вольфрам: что общего между российским нейробиологом и британским физиком-математиком?.
- Международная группа ученых, изучив более 30 000 видов и семь крупных групп живых организмов, выявила универсальную закономерность, которая определяет распределение биоразнообразия в экосистемах Земли
- Нейронная сеть, обученная на миллионах симуляций, позволила международной команде астрономов более точно оценить физические свойства двух сверхмассивных черных дыр: Стрельца А* в центре Млечного Пути и M87* в центре эллиптической галактики Messier 87