“Нам нужен мир иллюзий, чтобы выявлять черты реального мира, в котором, как нам кажется, мы живем.”
/Пауль Фейерабенд | «Против метода. Очерк анархистской теории познания»/
Когнитивная модель окружающего мира — основа восприятия, разума и действий любых биологических форм, без которой невозможно их выживание и воспроизводство. Две составляющие этой модели — пространство и время, — являются ключевыми элементами представлений о мире любого живого существа, его восприятия мира и осознания собственного расположения в нем.
Эта модель мира формируется и постоянно уточняется в результате интегрального восприятия разными органами чувств, роли которых в данном процессе у разных животных весьма отличны. Например, у дельфинов основную роль в работе с моделью их водного мира играют органы чувств, работающие со звуком и эхолокацией. У людей же модель мира и его восприятие, в первую очередь, определяются зрением.
Зрение, посредством которого люди получают наибольшую часть информации (примерно 80%), — важнейший инструмент формирования и уточнения нашей когнитивной картины мира. Это весьма сложный и многоаспектный инструмент.
Николас Вэйд в монографии «A Natural History of Vision» выделяет семь аспектов зрения: свет и глаз, цвет, субъективные зрительные явления, движение, бинокулярность, восприятие пространства и иллюзии.
На стыке двух последних из перечисленных аспектов возникла самая старинная и самая известная, самая поэтичная и самая междисциплинарная, самая научно-вызывающая и самая неразрешимая проблема под названием «иллюзия луны» (Moon Illusion) — луна кажется больше, когда она находится около горизонта, чем когда она находится высоко в небе.
Неважно, выглядывает ли Луна из-за горы, поднимается из моря, парит над городом или нависает над лесом, — всюду у горизонта она кажется, примерно, вдвое больше (хотя в среднем иллюзия увеличение составляет 50–70%). Хотя на самом деле, истинный размер Луны не меняется, ибо угол, под которым мы видит верхнюю и нижнюю точки диаметра Луны остается одинаковым и когда Луна у горизонта, и когда она поднимется в зенит.
Причем, именно кажется. Ибо при любой проверке (самой грубой –поместив рядом с Луной большой палец вытянутой вперед руки и сравнив её размер с ногтем, или более точной — с измерением угловых градусов границ образа Луны) обнаруживается, что размер видимой нами Луны не меняется и остается тем же, что у горизонта, что в зените.
Так что это, точно, иллюзия — обманная уловка, которую подсовывает сознанию мозг. Он как бы настаивает на том, что Луна у горизонта больше.
Но вот зачем и как мозг это делает?
На протяжении тысячелетий загадка Иллюзии Луны очаровывала и озадачивала величайших философов, математиков, физиков, астрономов и психологов. Впервые она была упомянута в клинописных надписях на глиняных табличках из королевской библиотеки в Ниневии в 7 веке до нашей эры. И с тех пор многие великие умы — Аристотель, Птолемей, Да Винчи, Кеплер, Декарт, Галилей, Ньютон и десятки других, — пытались решить эту научную головоломку.
Сначала исследователи предполагали, что Луна в действительности больше вблизи горизонта. Когда выяснилось обратное, стали пытаться объяснить эту иллюзию оптическими эффектами. Но потом стало ясно, что и это не так. Наконец, стало ясно, что кажущееся увеличение размера Луны у горизонта — чистая иллюзия, конструируемая мозгом. Но что за наваждение заставляет нас видеть то, чего нет в реальности, так и оставалось непонятным. Причем искажение восприятия реальности не ограничивается лишь Луной, — то же самое происходит и с тем, как мы видим Солнце и созвездия.
Что окончательно сбивает с толку, — наличие горизонта для иллюзии не строго обязательно, ибо все зависит от перспективы сцены, воспринимаемой нашим сознанием. Например, что подсказывает вам ваше (пусть и не точное, но ведущее вас по жизни) чувство правильности пропорций в мире — какой из приведенных ниже рисунков ближе к реальному миру?
На какой из картин размер Луны кажется вам «эстетически правильным»?
Большинству людей «эстетически правильным» кажется размер на правой картинке. Тогда как фактически правильным является левое изображение. Из чего следует, что иллюзия луны меняет не только наши представления об окружающей нас реальности, но и наши эстетические оценки реальности — меняет не только наши представления о том, как оно в реальности устроено (по факту наших наблюдений), но и как оно должно быть там устроено (согласно нашей внутренней картине мира).
Иллюзия Луны — Эндрю Ванден Хёвел
В работе David Rudrauf, Kenneth Williford, Daniel Bennequin и Kenneth Williford озаглавленной «The Moon illusion explained by the projective consciousness model» (иллюзия луны, объясненная проективной моделью сознания) дается новое объяснение иллюзии Луны.
Объяснение иллюзии луны было получено, как одно из многочисленных следствий разработки цепочки фундаментальной теории.
Вот эта цепочка:
• Основу всего составляет Принцип свободной энергии (ПСЭ).
Принцип свободной энергии.
Смена парадигмы рациональности для принятия решений.
Преодоление неопределенности.
Истоки сознания.
Free Energy Principle | Часть №1
Free Energy Principle | Часть №2
• На понятийной базе и математическом аппарате ПСЭ построена математическая модель воплощенного сознания, названная авторами Проективная модель сознания (ПМС).
• На понятийной базе и математическом аппарате ПМС построена новая и наиболее полная на сегодняшний день теоретическая и математическая модель иллюзии луны, отличающаяся исчерпывающей объяснительной силой.
Математическое представление интегрального процесса минимизации свободной энергии на основе «Байесовской теории мозга» основано на двух процессах: прогностического кодирования и активного вывода.
• Мозг конструирует иерархическую модель мира (физической и социальной среды, а также собственного тела), которая направляет восприятие и действие.
• Процесс прогностического кодирования (Predictive coding) представляет восприятие как байесовский вывод в рамках иерархической модели о мире.
• Процесс активного вывода (Active inference) объясняет выбор действий, как процесс реализации представлений о мире путем постоянного уточнения убеждений (Belief-fulfilling process).
Математическая модель воплощенного сознания (A Mathematical Model of Embodied Consciousness), названная авторами Модель проективного сознания (The Projective Consciousness Model — PCM), основана на гипотезе о том, что пространственное поле сознания (Field of Consciousness — FoC) структурировано с помощью проективной геометрии и находится под контролем процесса активного вывода.
FoC в PCM объединяет поступающие мультисенсорные данные с предыдущими убеждениями в памяти и формирует новые убеждения, выбирая точки зрения и перспективы в соответствии с предпочтениями. Выбор проективных рамок определяет, как ожидания трансформируются сознанием. Нарушения ожидания закодированы как свободная энергия. Минимизация свободной энергии стимулирует восприятие перспективы и контролирует переключение между восприятием, воображением и действием. В PCM сознание функционирует как алгоритм максимизации устойчивости, используя проективное восприятие перспективы и воображение, чтобы избежать локальных минимумов свободной энергии.
Данная инфографика представляет собой верхнеуровневую абстракцию — схематическое представление общей схемы РСМ:
На рисунке А показано следующее:
Жизненное пространство S (голубые сферы): субъективное переживание пространства и его содержания, как воспринимаемого (сплошные воронки на рисунке), так и воображаемого (пунктирные воронки). S воображается и воспринимается опытом, как 3-мерное проективное представление модели мира R (X, t), связанной с распределением свободной энергии (FE) в пространстве. S также связанно с когнитивной и аффективной личностной принадлежностью (разные цвета фигурок / дверей и диск с цветовым градиентом). Определение перспективы и выбор соответствующих проективных преобразований T управляются градиентом свободной энергии в пространстве δFE. Схема со стрелочками по кругу представляет возможные переходы состояний: из состояния восприятия, к воображению и действиям в поле сознания (FoC). Эти переходы частично управляются сенсорными данными (когда поле сознания ориентировано на восприятие условий местности). Полностью же оно управляется приорами в памяти и моделированием возможностей (когда оно ориентировано на воображение нелокальных пространств), например, когда мы, находясь на работе, представляем себя дома в настоящем, прошлом или будущем (ведь такое представление не может быть основано на прямых сенсорных свидетельствах). Свободная энергия FE, определяющая оптимальную перспективу в данный момент, глобально минимизируется через циклы восприятия, воображения и действия во времени. Гистограмма представляет FE как функцию времени и различных перспектив и режимов обработки (P: восприятие или I: (нелокальное) воображение).
На рисунке В показано:
Общая схема механизма активного вывода со встроенным механизмом проективной геометрии для субъективного рендеринга, сопоставляющего предшествующие убеждения (приоры) с мультисенсорной информацией, а также стимулирующего обучение и действия. Весь этот интегральный процесс сводит к минимуму свободную энергию.
Три момента в контексте РСМ:
• РСМ постулирует, что разум — это процесс, содействующий активному выводу и поддерживающий навигацию и обучение в окружающей среде глобально оптимальным способом. РСМ объединяет модель когнитивной и аффективной динамики, основанную на минимизации вариационной свободной энергии, с моделью восприятия перспективы (или поля сознания, встраивающего точку зрения агента), основанной на 3D проективной геометрии.
• Обладание сознанием, включающим в себя виртуальное, трансформируемое проективное пространство, является высокоэффективным способом для организма отслеживать свое собственное местоположение и ориентироваться во множестве реальных пространств — включая социальные пространства и время. Кроме того, проективная геометрия необходима организму, чтобы иметь возможность создавать трехмерные перспективные карты значимости, которые необходимы для модуляции внимания, оценки, мотивации и ориентации.
• РСМ объединяет и унифицирует базовые идеи основных современных подходов к сознанию. То, что РСМ добавляет к уже существующим теориям, — это геометрия: тезис о том, что проективные преобразования и проективные рамки обязательно подчиняют себе процессы появления и работы сознания.
Так что же там с Луной?
Согласно принципам проективной модели сознания (РСМ), иллюзия луны может возникать в результате оптимизации трехмерной проективной геометрической структуры в процессе минимизации свободной энергии.
Это происходит вследствие следующего:
• Евклидово трех мерное пространство представляет собой универсальные рамки для сенсомоторной интеграции.
• Но РСМ влечет за собой, что сознательное восприятие, воображение и управление действиями обрамляются проективной геометрией, которая расширяет это трех мерное пространство плоскостью в бесконечности и наборами стандартных изометрий с точечными преобразованиями, сохраняющими геометрические отношения линий и плоскостей. Проективные фреймы способны динамически интегрировать несколько точек зрения и калибруются для субъективного рендеринга в РСМ в соответствии с принципами байесовского вывода и минимизации свободной энергии.
• При наблюдении Луны (особенно полной и яркой) наиболее вероятная проективная рамка, которая максимизирует использование информации путем минимизации свободной энергии, сильно зависит от воспринимаемой высоты Луны и доступности контекстной сенсорной информации.
• Видимый диаметр Луны имеет тенденцию быть больше, когда она находится вблизи горизонта (с доступной информацией о ландшафте), и меньше, когда она выше от горизонта, таким образом, чтобы объяснить сообщаемую индивидуальную изменчивость и изменчивость окружающей среды.
• Иллюзия луны возникает, если существует проективный фрейм F, который максимизирует использование доступной сенсорной информации и минимизирует расхождение с приорами (предыдущими убеждениями и предпочтениями) за счет минимизации вариационной свободной энергии.
Вот как это можно изобразить схематически:
Пояснение к рисунку:
a) Поля сознания (FoC) для Луны высоко в небе (вверху) и на горизонте (внизу) определяются соответствующими проективными рамками F и F’. Луна находится в проективной бесконечности и при этом кажется меньше, будучи высоко в небе, и больше у горизонта.
b) Условия наблюдения и влияния на фреймы и их метрики. Наблюдатель (человечек) смотрит на Луну M высоко в небе и M‘ около горизонта на высоте θ и азимуте φ. Визуальный угол A остается прежним. Минимизация свободной энергии дает фрейм F (соответственно F’) с проективными преобразованиями для плоскости на бесконечности T (соответственно T’), максимально использующий информацию. Точка I в проективном кадре F подразумевает более широкую проективную область, а I’ в кадре F’ — меньшую, что калибрует внутренние метрики инвариантной проективной плоскости на бесконечности внутри фокуса и индуцирует иллюзию.
Математическое объяснение иллюзии Луны состоит в доказательстве того, что проективные рамки F и F’, которые минимизируют свободную энергию в обеих ситуациях, влекут за собой, что кажущийся диаметр D поднявшейся Луны меньше, чем кажущийся диаметр D’ Луны вблизи горизонта. Исходя из этого, можно ожидать, что большинство наблюдателей сделают вывод, что расстояние d больше, чем расстояние d’, и будут воспринимать Луну как большую и более близкую в проективной рамке F’. Однако на основе той же модели некоторые наблюдатели могут сделать вывод из иных приоров, что Луна одновременно больше и дальше (что подтверждается на практике).
Заключение:
Пространство и время конструируются в нашем сознании так, чтобы оптимизировать наше выживание и удовлетворение предпочтений в окружающей нас действительности.
В процессе минимизации вариационной свободной энергии, происходит оптимизация трехмерной проективной геометрической структуры поля сознания, описываемого проективной моделью сознания.
Логика этого примерно такова:
• ПСЭ предполагает, что автономные системы (агенты) пытаются минимизировать свою общую свободную энергию, дабы максимизировать обоснованность своих ожиданий и удовлетворение своих предпочтений глобально оптимальным образом. Формально, общая свободная энергия — это верхняя граница внезапности (неожиданности, сюрприза). Процесс минимизации этой величины эквивалентен процессу максимизации информации, получаемой агентом.
• Являясь вычислительной системой разума, мозг реализует процесс автономного, воплощенного познания с использованием собственной предсказательной модели реальности (окружающего мира и самого себя в нем). Этот процесс, названный активный вывод, есть реализация метода обработки информации на основе байесовского вывода.
• В ходе байесовского вывода, автономная система: (i) предвосхищает последствия своих действий, предсказывая, как они будут переживаться (восприниматься органами чувств в форме конкретных сенсорных данных); (ii) программирует свои действия и потом действует в соответствии с этими программами; (iii) обновляет свои предыдущие убеждения на основе сравнения своих предсказаний и сенсорных данных.
• Согласно проективной модели сознания (РСМ):
- Сознание минимизирует свободную энергию либо фактически, либо путем предвосхищения, посредством последовательных циклов восприятия, воображения и действия, обновляющих предшествующие представления агента.
- Сознание моделирует положение агента в окружающем мире, выделяя в нем пространственное поле сознания (FoC), которое структурировано с помощью проективной геометрии и находится под контролем процесса активного вывода. Это значит, что (i) FoC представляет собой 3-мерное проективное пространство; (ii) ведет себя аналогично силовым полям в физических теориях, (iii) распространяется на пространство–время и внутренние состояния агента; (iv) управляется процессом минимизации свободной энергии.
- Фундаментальным свойством FoC является его опора на проективные изменения фрейма, изменяющие глобальные и локальные переменные восприятия, представляющие собой содержание сознания, и тем самым влияющие на познание и поведение. Его динамика движет предвосхищением, ориентацией и выбором действий.
- Совокупность (нейро)вычислительных процессов, в ходе которых FoC генерируется и обновляется в ответ на новые данные (сенсорные, аффективные, семантические и т. д.) или принятие воображаемой перспективы. Механизм субъективного рендеринга опирается на динамический процесс — активный вывод, основанный на минимизации свободной энергии. Этот процесс модифицирует состояния внутренних переменных и, в частности, генерирует проективные геометрические преобразования, которые изменяют интеграцию информации и влияют на сознательное субъективное восприятия и решения агента, основанные на сенсомоторной обработке.
То есть ответ на вопрос, зачем (почему) мозг обманывает нас, увеличивая луну у горизонта, таков:
потому что это следствие стандартного вычислительного процесса, описанного выше последовательностью пунктов, целью которого является минимизация свободной энергии ( максимизации информации, получаемой агентом).
/Источник/
Journal information