Клетки, люди и ИИ мыслят одинаково — группа ученых обнаружила общий алгоритм

Что могут иметь общего эмбрион, муравьиная колония и последняя версия ChatGPT? На первый взгляд, между ними нет ничего общего, но команда ученых из разных областей нашла скрытый алгоритм, который их объединяет. Исследования показывают, что любой разум, от клеток до сложных систем, не просто обрабатывает информацию, а перемещается по воображаемым картам значений и форм. Мы привыкли считать интеллект исключительно прерогативой мозга, но как биология, так и искусственный интеллект показывают, что мышление — это навигация в зоне абстрактных координат. Если осознать, как функционирует этот внутренний компас, мир предстанет не как случайный набор событий, а как впечатляющая геометрическая задача. Это открывает двери в новую эпоху когнитивной науки, где ошибки воспринимаются как часть пути, а геометрия становится сущностью, отмечает Хайтек+.

Кто авторы исследования?

Майкл Левин, ведущий автор из Технологического университета Тафтс, стал известен как один из самых прогрессивных ученых в области биологии. Его часто называют «взломщиком кода жизни», благодаря его работам по созданию ксеноботов — первых в мире живых существ, собранных из клеток лягушек. Левин утверждает, что даже ткани нашего тела обладают интеллектом и могут «перепрограммировать» себя. Его коллега Бенедикт Хартль — физик и эксперт по сложным системам, который переводит биологические процессы на строгий математический язык. Вместе они разрабатывают теорию о том, как любая материя может мыслить.

В их свежей научной статье «Remapping and navigation of an embedding space via error minimization: a fundamental organizational principle of cognition in natural and artificial systems», препринт которой доступен на arxiv.org, они объясняют свои идеи.

Представьте, что вы потерялись в незнакомом городе. Для выхода вам необходимы две вещи: карта, чтобы понять свое местоположение и окружающее пространство, и навигатор, который подсказывает, как добраться до цели.

В новой работе Левин и его команда утверждают, что этот дуэт — составление карты и навигация по ней — представляет собой основной закон разума. Неважно, идет ли речь о человеке, клетке эмбриона или искусственном интеллекте, подобному ChatGPT. Все они занимаются одним и тем же: преобразуют хаос внешних сигналов в организованную внутреннюю «карту» и стремятся минимизировать ошибки на пути к своей цели.

1. Когнитивный инвариант: универсальное программное обеспечение разума

Мы часто рассматриваем интеллект с «мозгоцентрической» точки зрения: нейроны приводят к мысли, а их отсутствие делает нас механическими существами. Левин и Хартль рушат этот подход. Они вводят концепцию когнитивного инварианта — основополагающего принципа обработки информации, который остается неизменным независимо от того, основывается ли он на углеродных клетках или кремниевых чипах.

Каждая живая система сталкивается с аналогичной проблемой: мир слишком сложен, чтобы реагировать на каждый стимул отдельно. Для выживания система должна стать не просто «сборкой деталей», а когнитивным агентом.

• Для клетки эмбриона «интеллект» означает знание о том, как создать глаз, полагаясь лишь на взаимодействие с соседями.

• Для ИИ это способность предсказать следующее слово, учитывая контекст всей литературы.

Авторы доказывают, что разум — это не «прибавка» к эволюции для мозговых существ, а базовое свойство организованной материи. Каждая система, стремящаяся к целостности, должна заниматься когнитивной деятельностью, постоянно предсказывая будущее и корректируя своё состояние. Это меняет биологию с «химии» на «информатику».

2. Пространство вложений: тайная карта значений

Если когнитивный инвариант — это «двигатель» мысли, то пространство вложений — это «дорожная карта», по которой она движется. Это можно представить как систему метафор.

В компьютере или в скоплении клеток нет конкретных понятий, таких как «яблоки», «страх» или «печень». Вместо этого есть только сигналы. Пространство вложений — это математический метод, который преобразует качественные концепции в числовые координаты.

Как это работает:

• Многомерность. Каждое понятие представляется как точка в пространстве, которое может иметь тысячи измерений. Например, у слова «собака» есть координаты по осям «живое/неживое», «размер», «преданность» и т. д.

• Смысл через близость. Здесь важен принцип: расстояние соответствует смыслу. В этом пространстве «собака» и «щенок» окажутся почти рядом, тогда как «собака» и «криптовалюта» будут на большом расстоянии друг от друга.

• Биологические вложения. Левин применяет эту логику в биологии, утверждая, что клетки тоже имеют свое «пространство вложений». Для них координаты — это уровни электрического напряжения на мембранах и концентрация белков. Клетка «осознает» свое положение в этом пространстве и понимает, когда она слишком далека от координаты «здоровая ткань» и нуждается в восстановлении.

Таким образом, мышление становится не просто манипуляцией реальными объектами, а навигацией по этой огромной математической карте. Мы (вместе с нашими клетками и ИИ) постоянно ищем «правильный адрес», пересчитывая маршрут, чтобы минимизировать расстояние до цели.

3. Перекартирование: когда мир меняется

Если навигация — это движение по знакомым маршрутам, то перекартирование — это крупное изменение ландшафта. В работе Хартля и Левина это ключевой момент адаптации.

Система не просто движется к цели; она постоянно оценивает адекватность своей карты.

• В обучении: Когда вы внезапно осознаете сложную метафору, в вашем «пространстве вложений» происходит существенный сдвиг. Точки, которые ранее были далеки, теперь оказываются близко. Ваша внутренняя карта перестраивается, чтобы лучше минимизировать ошибки в будущем.

• В эволюции: Если орган поврежден в такой степени, что прежние пути восстановления не работают, клетки могут «перекартировать» свои сигнальные пути, находя новые способы восстановить функцию.

Это объясняет удивительную гибкость жизни. Мы не являемся жестко запрограммированными механизмами; мы — системы, способные адаптировать свою «внутреннюю навигацию» в процессе.

4. Навигация: как абстрактные мысли становятся действиями

Если пространство вложений — это карта, то навигация — это сама жизнь. В традиционной биологии принято считать, что все происходит по принципу «стимул — реакция». Однако Хартль и Левин предлагают другую модель: «состояние — цель — маневр».

Навигация в биологии. Представьте, что группа клеток должна сформировать глаз. Они не следуют жесткой инструкции из ДНК, как повар, готовящий блюдо. Вместо этого они действуют как опытный водитель, который при заторе (например, травме) не останавливается, а ищет альтернативный маршрут к цели. Это и есть навигация: система знает «координаты» здорового органа в пространстве и постоянно корректирует свой курс. Именно поэтому эмбрионы обладают высокой устойчивостью к повреждениям — они «объезжают» препятствия для достижения финальной формы.

Навигация в ИИ. Когда нейросеть генерирует текст, она не просто выдает случайные слова. Она делает небольшие шаги в своем пространстве смыслов, каждый раз выбирая следующее слово, чтобы приблизиться к наиболее логичному завершению мысли. Искусственный интеллект «щупает» пространство перед собой, выбирая наиболее вероятный путь.

5. Минимизация ошибок: энергия и компас познания

Это самая техническая, но также и самая увлекательная часть теории. Почему система движется в каком-то направлении? Ответ: свободная энергия или «ошибка предсказания».

Математически это выражается в стремлении сократить разрыв, возникающий при ошибке, которую любая когнитивная система стремится свести к нулю.

Система постоянно сравнивает свои текущие координаты с целевыми. Это создает «напряжение». Как мячик, стремящийся скатиться в углубление, разумная система ищет состояние с нулевой ошибкой.

Существуют два пути:

• Изменить окружающий мир (Навигация): действовать так, чтобы реальность соответствовала нашей карте (например, отрастить хвост или написать текст).

• Изменить себя (Перекартирование): признать, что карта неверна, и перерисовать её (обучение).

6. Биологический разум в действии: как клетки «договариваются» о форме

Майкл Левин — не только теоретик, но и практик, который на протяжении десятилетий наблюдает, как живая материя решает геометрические задачи. Примеры в статье служат доказательством того, что навигация в пространстве состояний — это не просто метафора, а физическая реальность.

Кейс № 1: Регенерация как поиск «правильного адреса».

Известный пример Левина — плоские черви планарии. Если разрезать такого червя на 200 частей, каждый кусочек будет «знать», в какой части тела он находится, и сможет достроить недостающую часть. С точки зрения теории вложений, у каждой клетки есть свои координаты на общей карте тела. Когда червя разрезают, система фиксирует огромную «ошибку»: текущие координаты (кусок хвоста) не соответствуют целевым (целый червь). Клетки начинают менять свои биоэлектрические параметры, прокладывая маршрут к состоянию «целый организм». Как только «адрес» достигнут, рост прекращается.

Кейс № 2: Ксеноботы — разум без предков.

Левин создает ксеноботов — крошечных существ, собранных 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 удивительную способность к навигации:

• Они образуют группы.

• Они «находят» способы перемещения в пространстве.

• Они могут совместно выполнять задачи, например, очищать поверхность. Это доказывает, что клетки обладают «врожденным навигатором»: попадая в новую ситуацию (новое пространство вложений), они способны на ходу перекартировать свои действия и находить пути для выживания и совместной работы.

Кейс № 3: Биоэлектрическая память.

В статье упоминается эксперимент, который кажется фантастическим: ученые изменили биоэлектрический код на теле червя, не затрагивая его ДНК. В результате у червя выросли две головы. Удивительное произошло позже: когда этому двухголовому червю снова отрезали головы, он снова вырастил две! ДНК червя была настроена на одну голову, но когнитивная карта системы была изменена. Клетки «запомнили» новые координаты в пространстве вложений и теперь стремятся к этому состоянию как к целевому.

Почему это важно

Эти примеры демонстрируют, что жизнь — это не жестко запрограммированный конвейер, а динамический агент. Клетки не являются кирпичами, а строителями, у которых есть планшет с картой. Если планшет будет изменён или цель переписана, строители изменят весь проект. Это открывает новые горизонты в медицине будущего: вместо попыток переписывать ДНК (меняя кирпичи) мы сможем просто перерисовать карту в «умственной» составляющей 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 утверждает: мы способны мыслить не потому, что обладаем мозгом, а потому что являемся системами, способными путешествовать по картам своих состояний.