В принципе с тем, что вы описываете о работе мозга, я согласен - это описание решения лёгких проблем, но что делать с трудной проблемой сознания? почему все эти процессы не идут в темноте, а сопровождаются субъективными качествами переживания - цветом, вкусом, болью и т.д., где эти качества в вашем описании, откуда берутся?
Наука не исследует сознание, потому что оно себя объективно никак не проявляет. По крайней мере этого не замечено. Нечего исследовать. Кроме как в субъективном мире, сознание нигде не обнаружено.
Но сказать о нём кое-что можно. Архитектура нейронной сети более или менее позволяет объяснить абстрактность субъективного мира и его подразделенность на эмоционально-мотивирующее самоощущение и конкретные образы - абстракции низкого и высокого уровня. Физика, хоть и чрезвычайно гипотетически, но всё же как-то где-то позволяет объяснить упорядоченность и континуальность абстракций субъективного мира, а также "движение себя во времени", временную "протяжённость" восприятия, его временной объём. Остаётся объяснить модальность - синеву синего, приятность приятного и т. д.. Но философия говорит, что это объяснить уже невозможно никак - ни гипотетически, ни даже чрезвычайно гипотетически. Далее философская мысль, отталкиваясь от этого факта, продолжает движение и сильно наезжает на науку... Но об этом сейчас не стоит.
Да ладно. Почему это компьютер не является неравновесной диссипативной структурой? А река Вам чем не угодила в этом смысле?
Прочитайте определения этих систем. Диссипативная система (по Пригожину), открытая система (физика, биология).
Дайте определения цели и целенаправленности.
Я уже его дал:
Целенаправленность на самом элементарном уровне - это просто упорядоченная работа против равновесия. Любая такая динамика будет гомеостазом, то есть иметь смысл самосохранения, а её развитие будет само собой идти в направлении, где меньше сопротивление среды или больше ресурсов. Это и простой гомеостаз ячеек Бенара, и эволюция биосферы, и сложное поведение человека.
Пояснения я тоже приводил, остались вот такие:
"... состояние равновесия и полного покоя можно обозначить как истинную цель диссипативной системы, к которой она всегда стремится. Но интенсивный обмен со средой означает постоянные флуктуации и отсутствие состояния, в котором система как организованное целое есть, но её "ничего не тревожит". Поэтому через неустойчивость и флуктуации система как будто постоянно пробует новые пути к равновесию, но каждый из них оказывается всего лишь новым витком бесконечного движения к тому, чего нет. Любую часть этого движения можно обозначить как решение системой некоторой частной задачи или достижение некоторой частной цели на пути к несуществующему идеалу, после чего система стремится к новой цели и так бесконечно."
"… поведение имеет две неотделимых друг от друга стороны. Как организованное целое диссипативная система может существовать только в неравновесном состоянии, а неравновесие - это чувствительность, неустойчивость и активность (состояние "на грани хаоса и порядка"). И вторая сторона - это постоянное стремление к равновесию, которое характеризует любую систему - только теперь это стремление бесконечно, пока есть достаточный обмен со средой. В итоге, получается, бесконечное движение через неравновесие к равновесию, через активность к покою. Которое после появления клетки и её дальнейшей эволюции становится движением через риск к славе, через труд к успеху. Но любой успех всегда оборачивается движением к новой цели, и так бесконечно, потому что в неравновесном состоянии покой невозможен."
Да ладно. "А мужики-то не знают".
Это проблемы "мужиков". И в общих принципах, и в огромном множестве подробностей всё давно известно (ссылка была на учебник Биофизики от 1999 года, там уже всё написано), новые открытия только уточняют частные элементы явления.
Правда, есть свои особенности изучения таких систем (открытых, диссипативных) - их сложно исследовать. Без интенсивного обмена со средой они не существуют, а вмешательство нарушает этот обмен. Наглядный пример: ячейки Бенара нельзя разрезать на части, они или есть как целое, или их нет. То же самое с клетками. Более наглядно: если, даже не разрезая, перекрыть человеку кислород, то он через короткое время необратимо устремится в состояние равновесия и покоя, распадаясь на отдельные элементы и растворяясь в среде. Поэтому, например, точное соотношение заданного и самоорганизованного непонятно.
Как проходит морфогенез, написано в этих ссылках:
1. Морфогенез на примере развития пальцев:
Дай пять: как математика управляет развитием пальцев. Биомолекула.
2. Моделирование морфогенеза:
Процессы самоорганизации в онтогенезе многоклеточных: опыт имитационного моделирования. Элементы.
Но вначале, думаю, стоит прочитать вот эту цитату. В ней морфогенез описан от появления жизни, основ, принципов и истории открытия, всё в целом и относительно коротко. И далее уже уточнять в ссылках. По-моему, так будет понятнее что к чему.
(Морфогенез комплексно)
Согласно наиболее известной гипотезе появления жизни — гипотезе мира РНК, в начале жизни были ансамбли молекул рибонуклеиновых кислот, способные к самокопированию, и соединения солей жирных кислот, самоорганизующиеся в пузырьки — липосомы, которые могли проходить циклы роста и деления, восстанавливаться после повреждений и обладающие селективной проницаемостью для разных веществ. Считается, что около 4 млрд лет назад произошло объединение липосом и РНК, как элементов, способных выполнять функцию клеточной мембраны, и элементов, способных выполнять функцию хранения генетической информации и катализа химических реакций собственного синтеза. В результате возникает первая клетка и начинается жизнь.
(…)
Самоорганизация не только дала начало жизни, без самоорганизации стало бы невозможным усложнение организмов в ходе эволюции. Если всё живое — это диссипативные системы, то эволюция — это усложнение диссипативных систем. Общей сутью работы диссипативных систем можно назвать гомеостаз, а их способность усложняться — это продолжение гомеостаза, его элемент, так как система не разрушается и исчезает, а продолжает противостоять среде, только на новом уровне сложности. Диссипативные системы усложняются скачком, перестраивается сразу вся система и в какой-то момент старую упорядоченную структуру системы сменяет новая. По тому же общему принципу какая бы новая структура ни возникала в организме она сама собой всегда возникает уже так или иначе «работоспособной», как часть единого организма, который точно так же работает на самосохранение и размножение, как и организм старый, но более сложным образом. И далее уже отбор определит, соответствует ли новый организм нынешним условиям, способен ли он в них выжить и оставить потомство. Другими словами, новые функции не добавляются к организму как нечто внешнее, требуя их точного внедрения в его структуру — что сделало бы эволюцию полностью невозможной, а естественным образом возникают «внутри» него аналогично усложнению более простых диссипативных систем.
Но организм — не ячейки Бенара, а диссипативная система гораздо более сложная, поэтому функционирование биологических систем имеет свои особенности. Далее рассмотрим самоорганизацию многоклеточных организмов — способ их развития из одной клетки и усложнения в ходе эволюции, то есть принципы морфогенеза.
Механизм самоорганизации многоклеточного организма в 1952 году в статье «Химические основы морфогенеза» описал известный английский математик Алан Тьюринг. Сформулированный им основной принцип гласил, что глобальный порядок определяется локальным взаимодействием, поэтому чтобы получить структурную организацию всей системы, необязательно иметь план системы, а можно ограничиться исключительно заданием правил близкого взаимодействия образующих систему элементов.
Как сформулированный Тьюрингом принцип работает в морфогенезе? Для ответа следует подробнее рассмотреть ещё одно открытие Тьюринга. Тьюринг предсказал химические реакции, которые необходимы для реализации этого принципа в морфогенезе — такие, как реакция Белоусова — Жаботинского (стр. 10, рис. 1, а). Научному сообществу эти реакции были представлены только в 1968 году. Реакция Белоусова — Жаботинского — это класс химических реакций, протекающих в колебательном (автоволновом), режиме, при котором некоторые параметры реакции (цвет, концентрация компонентов, температура и др.) изменяются периодически, образуя сложную пространственно-временную структуру реакционной среды.
Наглядное представление о механизме появления упорядоченных во времени и пространстве волн концентраций химических веществ поможет получить следующая аналогия. Например, если есть система волков и зайцев, то волки едят зайцев, тем самым приводя к критическому уменьшению их числа. Как следствие, из-за недостатка пищи уменьшается и численность волков. Что, в свою очередь, обратно приводит к росту численности зайцев, новому росту популяции волков, которые снова поедают зайцев и так далее. Взаимодействие нескольких разных популяций будет приводить к более сложным зависимостям.
Протекание реакций Белоусова — Жаботинского связано с так называемой диффузионной неустойчивостью или неустойчивостью Тьюринга, когда при наличии диффузии в системе возникает неоднородное распределение концентрации веществ, то есть некоторая самоорганизующаяся пространственная структура аналогичная структурам, возникающим на рис. 1, а. Образование подобных структур — это неравновесный фазовый переход, то есть процесс происходит в диссипативных системах в неравновесной среде и в результате бифуркаций. Суть процесса в том, что при определенных условиях даже только два нелинейно взаимодействующих химических компонента могут генерировать неоднородные стационарные пространственные структуры, если один из компонентов (ингибитор) диффундирует значительно быстрее, чем другой (активатор). Причём это далеко не тривиальный результат, так как обычно считается, что диффузия выравнивает разницу концентраций, а не производит ее.
Непосредственно в ходе морфогенеза происходит следующее. В результате деления оплодотворённой клетки (зиготы) образуется скопление клеток (бластоциста), которое прикрепляется к стенке матки, при этом внешние клетки скопления, взаимодействуя с внутриматочной средой, приобретают свойства внешнего слоя зародыша. Вещества-морфогены, выделяемые клетками внутри зародыша, взаимодействуют друг с другом, при этом одни из них является активаторами, то есть усиливают собственное производство, а также активируют другие вещества — ингибиторы, которые, наоборот, подавляют активность первых. Тем самым по описанному в предыдущем абзаце сценарию в межклеточном объёме зародыша возникают определённые градиенты концентрации веществ, то есть происходит самоорганизация — упорядочение внутренней среды зародыша.
В свою очередь, возникшая упорядоченность в концентрации веществ в пространстве между делящимися клетками, как своеобразная разметка органа, приводит к тому, что на ДНК окружающих клеток воздействуют разные вещества. В результате клетки соответствующим образом дифференцируются, становясь зачатками органов, и выделяют другие вещества, упорядочение которых определяет уже устройство органа более частное. Так вначале возникает общий план организма, который постепенно усложняется, детализируется, то есть происходит дифференцировка клеток в соответствии с необходимой организацией животного. Причём учитывая, что диссипативные системы, относящиеся к классу реакций Белоусова — Жаботинского, способны демонстрировать очень сложные формы поведения от регулярного периодического до хаотического, формирование органа может быть задано с большим разнообразием.
В итоге благодаря самоорганизации относительно простыми средствами кодируется сложный организм — молекулам ДНК, несущим наследственную информацию и одинаковым во всех клетках, достаточно лишь реагировать на вещества, а не иметь «план» организма. Какая-то часть информации о будущем организме поэтому содержится в ДНК, какая-то возникает сама в процессе самоорганизации в ходе разметки.
В скобках заметим, простая модель самоорганизации организма — это клеточный автомат. Задаются правила появления и исчезновения клеток, после чего, запустив программу, можно наблюдать на экране образование и эволюцию различных структур клеток — хаотических, упорядоченных, пульсирующих, сложных и простых. Заранее предсказать, какие структуры будут получаться, в общем случае невозможно, так как нельзя мысленно проследить процесс, поэтому можно только наугад задать правила и проверить результат «экспериментально», запустив автомат. Точно так же в ДНК есть только «правила» того, как она будет отвечать на изменения внутриклеточной среды, но нигде нет «плана» будущего организма, из-за чего этот «план» в принципе нельзя «расшифровать», исследуя ДНК, ведь расшифровывать нечего, плана нет.
Также надо упомянуть эпигенетические факторы (др.-греч. эпи — приставка, обозначающая пребывание на чём-либо или помещение на что-либо) — изменения активности (экспрессии) генов или индивидуальных свойств (фенотипа) клетки, вызванных механизмами, не затрагивающими последовательности ДНК. Эпигенетические факторы, следовательно, тоже содержат некоторую часть информации о будущем организме. Например, какие-то особенности жизни матери могут повлиять на внутреннюю среду её яйцеклеток, а она, в свою очередь, на работу ДНК и тем самым на будущий организм. В результате условия жизни конкретного организма отразятся в потомстве, в том числе могут потом передаваться следующим поколениям при делении клетки.
Таким образом, многоклеточный организм и вообще любая система клеток, например социум, существуют как упорядоченное целое не потому, что где-то есть план этих систем, а лишь потому, что в каждом элементе заложены определённые правила, по которым он отвечает на воздействия других элементов. Например, согласно этим правилам клетки организма отвечают на разные воздействия выделением соответствующих веществ и собственным перестроением, что в результате приводит к формированию многоклеточного организма, а люди, как системы клеток, отвечают поведенческими реакциями и тоже «перестраиваются» — обучаются, занимают какую-либо нишу в социуме, тем самым одновременно формируя его, как клетки формируют организм. И те системы, элементы которых реагировали «неверно», исчезали в конкуренции с другими системами.
Мутации, конечно, могут влиять на поведение, но опять только для тех организмов, у которых поведение имеет место быть. И далеко не только на поведение они влияют.