Каковы общие черты между эмбрионом, муравьями и современным ChatGPT? На первый взгляд, они не имеют ничего общего, но группа ученых из разных областей науки выявила скрытый алгоритм, который объединяет их. Выяснили, что любой разум, от клеток до мощных компьютеров, не просто анализирует информацию, а «путешествует» по воображаемым картам смыслов. Интеллект, который мы обычно считаем привилегией мозга, оказывается общим для биологии и ИИ. Если вы поймете, как работает этот внутренний компас, то сможете увидеть мир как сложную геометрическую задачу, а не просто набор случайных событий. Это новая эра в когнитивной науке, где ошибки становятся частью пути, и геометрия представляет собой суть мышления, как отмечает Хайтек+.
Кто авторы исследования?
Ведущим автором исследования является Майкл Левин из Технологического университета Тафта, который считается одним из самых передовых новаторов в области биологии. Его называют «взломщиком кода жизни» за его эксперименты по созданию ксеноботов — первых живых роботов, собранных из клеток лягушки. Левин демонстрирует, что даже ткани нашего тела обладают интеллектом и могут «перепрограммировать» себя. Его коллега, Бенедикт Хартль, физик и специалист по сложным системам, переводит биологические процессы на язык математических моделей. Совместно они разрабатывают единую теорию, объясняющую, как любая материя может мыслить.
Далее представлено краткое содержание их новой научной статьи «Remapping and navigation of an embedding space via error minimization: a fundamental organizational principle of cognition in natural and artificial systems», недавний препринт которой доступен на arxiv.org.
Представьте, что вы оказались в незнакомом городе. Чтобы найти выход, вам потребуется две вещи: карта (осознание своего местоположения и окружающих объектов) и навигатор (алгоритм, который подсказывает, как сократить путь).
В новой работе Левина и его коллег подчеркивается, что именно этот дуэт — составление карты и навигация по ней — является основополагающим принципом любого разума. Не имеет значения, идет ли речь о человеке, клетки эмбриона или искусственном интеллекте, все они занимаются одним и тем же: преобразуют хаос внешних сигналов в структурированную внутреннюю «карту» и стремятся минимизировать ошибки на пути к цели.
1. Когнитивный инвариант: универсальное программное обеспечение разума
Традиционный подход к пониманию разума акцентирует внимание на «мозгоцентричности»: нейроны формируют мысли, а их отсутствие означает лишь механическую реакцию. Левин и Хартль разрушают этот стереотип. Они вводят концепцию когнитивного инварианта — базового принципа обработки информации, который не меняется в зависимости от того, работает ли он с углеродными клетками или кремниевыми чипами.
Каждая живая система сталкивается с одинаковыми вызовами: мир слишком сложен и хаотичен, чтобы реагировать на каждый стимул индивидуально. Для выживания система должна трансформироваться из простой «сборки» в активного когнитивного агента.
- Для эмбриональной клетки «интеллект» — это умение создать глаз без четкого плана, полагаясь на взаимодействие с соседями.
- Для ИИ это способность предсказать следующее слово, учитывая контекст мировой литературы.
Авторы утверждают, что разум — это не «привилегия» для тех, кто имеет мозг, а базовая характеристика организованной материи. Каждая система, стремящаяся сохранить целостность, должна заниматься когнитивной деятельностью, постоянно предсказывая будущее и корректируя свое состояние. Это преобразует биологию из «химии» в «информатику».
2. Пространство вложений: скрытая карта смыслов
Если когнитивный инвариант — это «двигатель» мысли, то пространство вложений (embedding space) — это «дорога», по которой она движется. Это можно представить как систему метафор.
В компьютерах или клеточных структурах нет «яблок», «страха» или «печеночных форм». Существуют только сигналы. Пространство вложений — это математический механизм, который преобразует качественные концепции в числовые координаты.
Как это функционирует:
- Многомерность. Каждое понятие можно представить как точку в пространстве, которое может иметь тысячи измерений. Например, слово «собака» может иметь координаты по осям «живое/неживое», «размер», «преданность» и так далее.
- Близость как смысл. Интересно, что расстояние в этом пространстве соответствует смыслу. Например, «собака» и «щенок» будут находиться близко друг к другу, в то время как «собака» и «криптовалюта» окажутся на значительном расстоянии.
- Биологические вложения. Левин применяет эту концепцию к биологии, утверждая, что клетки обладают своим «пространством вложений». Для них координатами служат уровни электрического напряжения на мембранах и концентрация белков. Клетка «ощущает» свое положение в этом пространстве состояний и понимает: «Я слишком далеко от координаты „здоровая ткань“, мне нужно двигаться в сторону восстановления».
Таким образом, мышление — это не просто манипуляции с объектами реальности, а навигация по этой обширной математической карте. Мы (включая наши клетки и ИИ) всегда ищем «правильный адрес» на этой карте, пересчитывая маршрут, чтобы минимизировать расстояние до цели.
3. Перекартирование: изменение ландшафта
Если навигация — это движение по знакомым улицам, то перекартирование (remapping) — это изменение ландшафта. В работе Хартля и Левина этот процесс является ключевым для адаптации.
Система не только движется к цели; она постоянно задает вопрос: «Является ли моя карта актуальной?»
- В обучении: Когда вы вдруг осознаете сложную метафору, ваше «пространство вложений» претерпевает значительные изменения. Точки, ранее находившиеся далеко друг от друга, неожиданно оказываются близко. Ваше внутреннее пространство перестраивается, чтобы более эффективно минимизировать ошибки в будущем.
- В эволюции и развитии: Если орган поврежден настолько, что старые пути восстановления не работают, клетки могут «перекартировать» свои сигнальные пути, находя новые способы восстановления функции.
Это объясняет невероятную пластичность жизни. Мы не являемся жестко запрограммированными автоматами, а системами, способными изменять масштаб и структуру своей «внутренней навигации» в процессе.
4. Навигация: от абстрактной мысли к действиям
Если пространство вложений можно рассматривать как карту, то навигация — это процесс жизни. В традиционной биологии предполагается, что все происходит по принципу «стимул — реакция». Однако Хартль и Левин предлагают альтернативную модель: «состояние — цель — маневр».
Навигация в биологии. Представьте, что группа клеток должна сформировать глаз. Они не следуют строгим инструкциям из ДНК, как повар по рецепту. Вместо этого они действуют как опытный водитель. Если на дороге возникает затор (например, травма или мутация), водитель не останавливается — он ищет объезд, чтобы добраться до пункта назначения. Именно так работает навигация: система знает «координаты» здорового органа в пространстве состояний и постоянно корректирует свой курс. Поэтому эмбрионы удивительно устойчивы к повреждениям — они «объезжают» препятствия на пути к конечной форме.
Навигация в ИИ. Когда нейросеть создает текст, она не просто генерирует случайные слова. Она осуществляет микродвижения в своем пространстве смыслов. Каждое следующее слово — это шаг, который должен приблизить её к наиболее логичному и понятному завершению вашей мысли. ИИ «исследует» пространство, выбирая наиболее вероятный путь.
5. Минимизация ошибки: движущая сила познания
Это самая техническая, но одновременно и самая интересная часть теории. Почему система вообще стремится к движению? Ответ кроется в свободной энергии или «ошибке предсказания».
С математической точки зрения это проявляется в стремлении минимизировать расхождение, которое любая когнитивная система пытается свести к нулю.
Система постоянно сравнивает свои текущие координаты с целевыми. Этот разрыв создает «напряжение». Подобно тому, как мячик всегда катится в ямку, разумная система стремится «скатиться» в состояние с нулевой ошибкой.
У нас есть два пути:
- Изменить мир (Навигация): действовать так, чтобы реальность соответствовала нашей карте (например, отрастить хвост или дополнить текст).
- Изменить себя (Перекартирование): признать, что карта была неверной, и обновить её (обучение).
6. Примеры биологического разума: как клетки «договариваются» о форме
Майкл Левин — не просто теоретик; он практик, который на протяжении десятилетий наблюдает, как живая материя решает геометрические задачи. Примеры из его работ служат доказательством того, что навигация в пространстве состояний — это не просто метафора, а физическая реальность.
Кейс № 1: Регенерация как поиск «правильного адреса»
Наиболее известный пример Левина — плоские черви планарии. Если червя разрезать на 200 частей, каждая часть «осознает», в какой части тела она находилась, и восстановит недостающую. С точки зрения теории вложений, каждая клетка имеет свои координаты на общей карте тела. При разрезании червя система фиксирует значительную «ошибку»: текущее положение (кусочек хвоста) не соответствует целевому (целый червь). Клетки начинают изменять свои биоэлектрические параметры, прокладывая путь к точке «целый организм». Как только «адрес» достигнут, рост прекращается.
Кейс № 2: Ксеноботы — разум без предков
Левин создает ксеноботов — маленькие организмы, собранные из клеток кожи и сердца лягушки. У них нет мозга, нейронов и миллионов лет эволюции за спиной (в таком виде они никогда не существовали в природе). Тем не менее, эти клетки демонстрируют удивительные навигационные способности:
- Они объединяются в группы.
- Они находят способы перемещаться в пространстве.
- Они могут совместно выполнять задачи, например, очищать поверхность. Это подтверждает, что клетки обладают «врожденным навигатором»: оказавшись в новой ситуации (в новом пространстве вложений), они способны на ходу перекартировать и найти способы выживания и совместной работы.
Кейс № 3: Биоэлектрическая память
В статье упоминается эксперимент, который кажется фантастическим: исследователи изменили биоэлектрический код у червя, не затрагивая его ДНК. В результате у червя выросли две головы. Самое удивительное произошло позже: когда у этого двухголового червя снова отрезали головы, он… вновь вырастил две! ДНК червя была настроена на одну голову, но когнитивная карта системы была переписана. Клетки «запомнили» новые координаты в пространстве вложений и теперь стремятся к этому состоянию как к целевому.
Значение исследования
Эти примеры показывают, что жизнь функционирует не как жестко запрограммированный конвейер, а как динамически адаптирующийся агент. Клетки — это не просто кирпичи, а строители, обладающие планшетом с картой. Если планшет изменить или взломать, строители пересмотрят весь проект. Это открывает новые горизонты для медицины будущего: вместо того чтобы пытаться переписать ДНК (менять кирпичи), мы сможем просто обновить карту в «голове» тканей, заставляя их лечить рак или восстанавливать органы самостоятельно.
Работа Хартля и Левина — это попытка создать «единую теорию поля» для интеллекта, объединяющую биологию развития, когнитивную психологию и компьютерные науки. Она утверждает: мы мыслим не потому, что у нас есть мозг, а потому, что мы являемся системами, способными перемещаться по картам своих состояний.
