Какое же общее между развивающимся эмбрионом, муравьиной колонией и новейшей версией ChatGPT? На первый взгляд, может показаться, что между ними нет ничего общего, однако междисциплинарная группа ученых смогла выявить скрытый алгоритм, который объединяет все эти системы. Они пришли к выводу, что любой разум, будь то клетка или сложный компьютер, не просто обрабатывает информацию, а «перемещается» по воображаемым картам смыслов и форм. Мы часто считаем интеллект исключительно продуктом работы мозга, однако биология и искусственный интеллект демонстрируют, что мышление — это навигация в пространстве абстрактных координат. Понимание этого внутреннего компаса открывает новые горизонты в когнитивной науке, позволяя взглянуть на мир не как на случайный набор событий, а как на сложную геометрическую задачу, как отмечает Хайтек+.
Кто является инициатором данного открытия?
Майкл Левин из Университета Тафтса, ведущий автор исследования, сегодня славится как один из самых смелых новаторов в области биологии. Его часто называют «взломщиком кода жизни» благодаря его экспериментам по созданию ксеноботов — первых в мире живых роботов, собранных из клеток лягушки. Левин утверждает, что даже ткани нашего тела обладают интеллектом и способны «перепрограммировать» себя. В команде также есть Бенедикт Хартль, физик и специалист по сложным системам, который переводит биологические концепции на язык математических моделей. В их совместной работе создается универсальная теория о том, как любая материя может мыслить.
Ниже представлено популярное изложение их новой статьи под названием «Remapping and navigation of an embedding space via error minimization: a fundamental organizational principle of cognition in natural and artificial systems», которая недавно была опубликована на arxiv.org.
Представьте, что вы заблудились в незнакомом городе. Чтобы выбраться, вам потребуется две вещи: карта, чтобы понять, где вы находитесь, и навигатор, который подскажет, как пройти к цели.
В своей работе Левин и его команда утверждают, что именно этот дуэт — создание карты и навигация по ней — является основополагающим законом разума. Вне зависимости от того, идет ли речь о человеке, крошечной клетке эмбриона или искусственном интеллекте, все они решают одну и ту же задачу: преобразуют хаос внешних сигналов в удобную внутреннюю «карту» и стремятся минимизировать ошибки, продвигаясь к цели.
1. Когнитивный инвариант: разум как универсальная программа
Традиционно мы рассматриваем интеллект как «мозгоцентричный» процесс: нейроны — это мысли, их отсутствие — механическое реагирование на стимулы. Левин и Хартль разрушают это представление, вводя понятие когнитивного инварианта — основополагающего принципа обработки информации, который остается неизменным вне зависимости от того, на чем он работает: на углеродных клетках или кремниевых чипах.
Каждая живая система сталкивается со схожими проблемами: мир слишком сложен и хаотичен, чтобы реагировать на каждый стимул отдельно. Чтобы выжить, система должна превратиться из простого «набора деталей» в когнитивного агента.
- Для эмбриональной клетки «интеллект» — это знание о том, как создать глаз без чертежа, полагаясь на взаимодействие с соседями.
- Для ИИ это способность предсказать следующее слово, исходя из контекста всей литературы.
Авторы статьи утверждают, что разум не является «бонусом» для владельцев мозга, а представляет собой базовое свойство организованной материи. Каждая система, стремящаяся сохранить свою целостность, обязана заниматься когнитивной деятельностью, постоянно предсказывая будущее и корректируя свое состояние, что переводит биологию из категории «химии» в область «информатики».
2. Пространство вложений: секретная карта смыслов
Если когнитивный инвариант — это движущая сила мышления, то пространство вложений (embedding space) — это «дорога», по которой оно движется. Это можно представить как обширную систему метафор.
В компьютере или в скоплении клеток нет «яблок», «страха» или «формы печени». Присутствуют только сигналы. Пространство вложений — это математическая концепция, позволяющая преобразовать качественные понятия в числовые координаты.
Как это работает подробнее:
- Многомерность. Каждое понятие — это точка в пространстве, но не в традиционном 3D-пространстве, а в многомерном, где могут быть тысячи измерений. Например, у слова «собака» есть координаты по осям «живое/неживое», «размер», «преданность» и другим.
- Близость как смысл. Главное здесь — то, что расстояние между точками соответствует их смыслу. В этом пространстве «собака» и «щенок» будут находиться близко друг к другу, тогда как «собака» и «криптовалюта» будут на значительном расстоянии.
- Биологические эмбеддинги. Левин применяет эту логику к биологии, утверждая, что клетки тоже имеют свое «пространство вложений», где координатами служат уровни электрического напряжения на мембранах и концентрация белков. Клетка «осознает» свое положение в этом пространстве и понимает, что ей нужно двигаться в сторону «здоровой ткани» для восстановления.
Таким образом, мышление представляет собой не манипуляцию объектами реальности, а навигацию внутри этой огромной математической карты. Все системы, включая нас самих, наши клетки и ИИ, всегда находятся в поисках «правильного адреса» на этой карте, постоянно пересчитывая маршрут для минимизации расстояния до цели.
3. Перекартирование: когда мир меняется
Если навигация — это движение по знакомым маршрутам, то перекартирование (remapping) — это своего рода землетрясение, изменяющее ландшафт. В работе Хартля и Левина это ключевая идея адаптации.
Система не просто движется к цели; она постоянно проверяет: «Соответствует ли моя карта реальности?»
- В обучении: Когда вы вдруг понимаете сложную метафору, ваше «пространство вложений» испытывает тектонический сдвиг. Точки, которые были далеки друг от друга, внезапно оказываются близкими. Ваше внутреннее пространство переорганизуется для более эффективного минимизации ошибок в будущем.
- В эволюции и развитии: Если орган поврежден до такой степени, что старые пути регенерации больше не работают, клетки могут «перекартировать» свои сигнальные пути, находя совершенно новые способы восстановления функции.
Таким образом, это объясняет удивительную пластичность жизни. Мы не являемся жестко запрограммированными автоматами, а скорее системами, которые могут изменять масштаб и структуру своей «внутренней навигации» на ходу.
4. Навигация: как абстрактная мысль переходит в действие
Если пространство вложений — это карта, то навигация — это сама жизнь. В традиционной биологии полагают, что все происходит по цепочке: «стимул — реакция». Но Хартль и Левин предлагают иную модель: «состояние — цель — маневр».
Навигация в биологии. Представьте, что клеткам необходимо создать глаз. Они не следуют строгой инструкции из ДНК, как поваренная книга. Скорее, они действуют как опытный водитель. Если на пути возникает затор (например, травма или мутация), водитель не останавливается, а ищет объезд, чтобы все равно добраться до пункта назначения. Это и есть навигация: система знает «координаты» здорового органа в пространстве состояний и постоянно корректирует курс. Именно поэтому эмбрионы так устойчивы к повреждениям — они способны «объезжать» препятствия на пути к своей конечной форме.
Навигация в ИИ. Когда нейросеть создает текст, она не просто выдает случайные слова. Она производит микродвижения в своем пространстве смыслов. Каждое следующее слово — это шаг к наиболее логичному и понятному завершению вашей мысли. ИИ «осматривает» пространство впереди и выбирает траекторию, которая кажется наиболее подходящей.
5. Минимизация ошибки: топливо и компас познания
Это наиболее техническая, но в то же время захватывающая часть теории. Почему система вообще движется? Ответ заключается в свободной энергии или «ошибке предсказания».
С математической точки зрения это выглядит как стремление сократить разрыв между текущими и целевыми координатами, что любая когнитивная система пытается свести к нулю.
Система постоянно сравнивает свои текущие координаты с целью. Этот разрыв создает «напряжение». Аналогично тому, как мячик стремится скатиться в ямку, разумная система стремится «скатиться» в состояние с нулевой ошибкой.
У нас всегда есть два пути:
- Изменить мир (Навигация): действовать так, чтобы реальность соответствовала нашей карте (например, отрастить хвост или дописать текст).
- Изменить себя (Перекартирование): признать, что карта была неверной, и перерисовать её (обучение).
6. Биологический разум в действии: как клетки «договариваются» о форме
Майкл Левин — не только теоретик, он практик, который на протяжении многих лет наблюдает, как живая материя решает геометрические задачи. Примеры из его исследований подтверждают, что навигация в пространстве состояний — это не просто метафора, а реальность.
Кейс № 1: Регенерация как поиск «правильного адреса»
Наиболее известный пример Левина — плоские черви планарии. Если разрезать такого червя на 200 частей, каждая часть «осознает», где она находилась, и восстанавливает недостающую часть. С точки зрения теории вложений, каждая клетка имеет свои координаты на общей карте тела. Когда червя разрезают, система фиксирует значительную «ошибку»: текущие координаты (кусочек хвоста) не совпадают с целевыми (целый червь). Клетки начинают изменять свои биоэлектрические показатели, прокладывая маршрут 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. Не имея мозга и нейронов, а также миллионов лет эволюции за спиной (в таком виде они никогда не существовали в природе), эти клетки показывают поразительную способность к навигации:
- Они объединяются в группы.
- Они «находят» способы перемещения в пространстве.
- Они могут совместно выполнять задачи, например, очищать поверхность. Это подтверждает, что клетки обладают «врожденным навигатором»: попадая в новую ситуацию (новое пространство вложений), они способны на ходу производить перекартирование и находить способы для выживания и совместной работы.
Кейс № 3: Биоэлектрическая память
В статье упоминается эксперимент, который кажется фантастическим: ученые изменили биоэлектрический код на теле червя, не трогая его ДНК. В результате у червя выросли две головы. Самое удивительное произошло позже: когда этому двухголовому червю снова отрезали головы, он… снова вырастил две! Хотя ДНК червя была настроена на одну голову, когнитивная карта системы была переписана. Клетки «запомнили» новые координаты в пространстве вложений и стремятся теперь к этому состоянию как к целевому.
Почему это так важно
Эти примеры показывают, что жизнь функционирует не как жестко запрограммированный конвейер, а как динамический агент. Клетки — это не просто кирпичи, а строители, имеющие планшет с картой. Если планшет будет изменен, строители пересмотрят весь проект. Это открывает новые горизонты для медицины будущего: вместо попыток переписать ДНК (изменения кирпичей), мы сможем просто изменить карту в «голове» тканей, заставляя их лечить рак или восстанавливать органы самостоятельно.
Статья Хартля и Левина представляет собой попытку создать «единую теорию поля» для интеллекта, объединяющую биологию развития, когнитивную психологию и компьютерные науки. Она подчеркивает, что мыслительные процессы не зависят от наличия мозга, а являются следствием способности систем ориентироваться по картам своих состояний.
