Размышления об информации, или Информация к размышлению
Text1.3. Типы и виды информации
Согласно информационной парадигме, предложенной в разделе 1.1, информация представляет собой самостоятельную реальность, не сводимую к свойствам каких-либо систем материального мира. А это значит, что её изучение надо начинать со структурирования информационной реальности и классификации обособленных информационных структур.
Конечно, как и в физическом мире, где всё взаимосвязано, в мире информационном различные виды информации также взаимосвязаны. Поэтому, пока эти взаимосвязи ещё недостаточно изучены, принципы, по которым проводится классификация информации, могут существенно различаться. Например, в работе [Корогодин, 2000] информация классифицируется по своей принадлежности к определённым видам носителей, используемых ИС. В этой классификации на молекулах ДНК или РНК базируется генетическая информация, на структурах нервной системы – поведенческая, а на внешних носителях, используемых в социуме, – логическая.
Такой подход вряд ли можно считать удачным, так как искусственные ИС, основанные на компьютерных технологиях, не обладают ни ДНК, ни нервной системой и явно выпадают из этой классификации.
На наш взгляд, гораздо большей общностью обладает классификация, основанная на функциональном использовании информации в ИС. В таком подходе совершенно отчётливо проявляется три типа информации: модельный (М-тип), управляющий (С-тип) и генетический (G-тип информации). При этом в каждом из перечисленных типов можно выделить два информационных вида. Первый вид связан с информацией, которая определяет целенаправленное поведение ИС в окружающей реальности. Это R-вид информации. Второй – это информация S-вида, используемая для построения и функционирования самой информационной системы.
Таким образом, можно классифицировать 3 типа и 6 видов информации, которые, используя аббревиатуры от английских аналогов предложенных названий, можно обозначить как MR и MS для модельного типа, CR и CS для управляющего типа, а также GR и GS для генетического типа.
Информация обладает ещё одним важным свойством, присущим любому типу и виду, – её «наблюдаемостью» или осознаваемостью. Использованные здесь кавычки подчеркивают интуитивный характер этого термина, базирующийся на ещё не обсуждавшемся в данной работе феномене сознания. Как правило, информация R-вида является осознаваемой, а S-вида – остаётся неосознанной.
Теперь рассмотрим каждый тип и вид информации более подробно.
1.3.1. Модельная информация MR-вида
Информация MR-вида – это информация, формирующаяся в результате сенсорного восприятия ИС окружающей реальности. Иерархическая структура именно этого вида информации обсуждалась в предыдущем разделе.
MR-информация необходима для существования активных ИС, способных совершать целенаправленные действия во внешней среде. К подобным ИС относятся и все биологические организмы, для осуществления жизнедеятельности которых необходим обмен веществ с окружающей средой, обеспечивающий поддержание гомеостаза системы. Но решение этой задачи невозможно без представления о том, что эта среда собой представляет и каким образом она меняется.
При этом, в зависимости от иерархического уровня, на котором расположен биологический организм, и от сложности решаемых задач, реализуются и используются разные иерархические уровни MR-информации.
Первичный уровень связан с ситуативным поведением в конкретной внешней обстановке. Образный уровень уже способен обеспечивать целенаправленные действия организмов в окружающей реальности. Такие действия учитывают прогноз развития событий и могут игнорировать обстоятельства текущей ситуации. В ИС, использующих вербальный уровень, возможно моделирование скрытых закономерностей физического мира и их целенаправленное применение для его преобразования.
Следует отметить, что информационные модели реальности отражают иерархическую природу физического мира и, следовательно, в своих развитых формах MR-информация также является иерархичной.
Как отмечалось в разделе 1.2, формирование первичных, образных или вербальных структур MR-информации невозможно без существования врождённых знаний, определяющих значения слов и их отношений в семантических сетях. Такие знания, устанавливающие логические и пространственно-временные отношения между словами, составляют фундамент всей иерархии MR-информации, моделирующей воспринимаемую реальность в ИС биологических организмов.
По существу, врождённый тезаурус представляет собой чистые априорные знания, рассмотренные И. Кантом в его «Критике чистого разума». Однако априорные знания нельзя рассматривать как всеобъемлющие. Они отражают лишь ту сторону реальности, знание о которой необходимо для приспособления организмов к окружающей среде. Поэтому когда опытные (апостериорные) знания выходят за границы реальности, в которой существует биологическая жизнь, они могут оказаться в противоречии с теми логическими и пространственно-временными отношениями, которые представлены во врождённом тезаурусе биологических организмов.
Примером такого выхода за пределы априорного знания может служить трансформация пространственно-временных и логических отношений, проявляющаяся в теории относительности и в квантовой механике.
Важнейшим качеством MR-информации является её осознаваемость. При этом характер осознанного восприятия зависит от иерархического уровня структур, связанных с воспринимаемой информацией. На первичном уровне осознаваемость выступает как чувственное восприятие или, в философских терминах, как переживание квалиа. На образном уровне мы имеем дело с эмоциональным восприятием, дающим обобщённую характеристику текущей ситуации. А на вербальном уровне осознание связано с рассудочным мышлением, раскрывающим смыслы окружающей действительности. Но в любом случае осознание порождает запоминаемое знание и делает MR-информацию наблюдаемой и доступной для анализа.
1.3.2. Модельная информация MS-вида
Любая ИС естественного или искусственного происхождения обладает сложной структурой, требующей согласованной работы её относительно самостоятельных частей. Поэтому такая система должна содержать собственную функциональную MS-модель, позволяющую управляющему органу поддерживать работоспособность всего организма.
Естественно, подобная модель не может быть выстроена в процессе восприятия окружающей реальности, а с необходимостью должна быть изначально заложена в систему в процессе её создания, то есть содержаться во врождённом тезаурусе ИС.
Для биологических ИС, претерпевающих изменения в течение всего жизненного цикла, MS-модель также должна соответствующим образом трансформироваться. В случае сложных биологических организмов такая модель является иерархической, отражающей структуру: клетки – органы – организм.
Важно также иметь в виду, что при использовании MS-информации в управлении конкретным организмом функциональная модель ИС должна быть индивидуальной и, следовательно, должна реализовываться на первичном иерархическом уровне, где отсутствуют какие-либо обобщения. Но если это так, то обмен информацией между подсистемами организма также должен происходить на первичном уровне – на уровне сигнальной системы. По-видимому, осознаваемые сигналы боли, удовольствия или позывов являются языком этой сигнальной системы.
Однако структура любого организма, кроме внутренней представленности в MS-модели, представлена в отражённом виде и во внешней реальности. И эта внешняя представленность может быть смоделирована на основе MR-информации. Для человеческого организма такое моделирование происходит уже не только на первичном уровне, но и на образном и на вербальном иерархическом уровне. В результате открывается возможность для рефлексии и самосознания человека.
Более того, любые другие биологические организмы, являясь внешними по отношению к воспринимающему индивиду, могут быть представлены MR-моделями, а их строение и функционирование обобщены до образного и вербального уровня.
Нужно также отметить, что, в отличие от MR-информации, MS-информация не осознаётся, и человек не осведомлён об особенностях своего индивидуального строения, не отражающихся во внешней реальности.
1.3.3. Управляющая информация CR- и CS-видов
Любая ИС состоит из некоторого количества специализированных подсистем или органов, работа которых зависит от согласованного функционирования всех частей ИС. Такое согласование достигается в результате деятельности управляющих центров, которые используют информацию C-типа для донесения функциональных команд к исполнительным органам.
Управляющая информация C-типа, также как и модельная, представлена двумя видами.
При посредничестве информации CR-вида осуществляется поведение организма как целого в окружающей среде. При этом физическое поведение системы реализуется с помощью разнообразных внешних эффекторных органов и устройств. К ним относятся органы, обеспечивающие движение системы, экзокринные железы, выделяющие в окружающую среду химические вещества, такие как жиры, феромоны, слизи или нити, а также органы, производящие акустические сигналы, электрические разряды и свечение.
При посредничестве информации CS-вида осуществляется управление внутренними эффекторами организма, в результате чего решается основная для существования организма задача – поддержание гомеостаза биологической системы.
Управление в ИС основано на передаче последовательностей сигналов от управляющего органа к эффекторам. Такие последовательности, по сути, являются языком управления системой. В биологических организмах этот язык представляет собой импульсы нервной системы или химические вещества, воздействующие на подсистемы, такие как гормоны, вырабатываемые эндокринными железами. Эти две возможности образуют нервный и гуморальный каналы управления, которые работают совместно, дополняя друг друга.
Разделение управляющей информации на R- и S-виды проявляется в организмах уже на физиологическом уровне. Так, CR-вид связан с соматической нервной системой, обеспечивающей передачу от сенсорных органов MR-информации в управляющий центр и с обратной передачей на внешние эффекторы управляющей информации R-вида. А передача информации CS-вида происходит по вегетативной нервной системе, которая используется также для получения информации MS-вида о состоянии внутренних органов.
Простейшей задачей управления в ИС является выполнение эффекторами необходимых функционально завершённых действий. Такие действия совершаются в результате получения органами команд, состоящих из последовательностей управляющих символов – паттернов возбуждения нервной системы.
Если команды являются врождёнными, они реализуют неосознаваемые действия в форме рефлекторных дуг, обеспечивающих стандартную реакцию эффекторов на определённую MR- или MS-информацию. Если команды выстроены в результате обучения или приобретённого опыта, то завершёнными действиями будут навыки, доступные на сознательном уровне. Следует подчеркнуть, что при этом сама C-информация по-прежнему будет оставаться неосознаваемой.
Как правило, CS-вид информации связан с врождёнными командами, а CR-вид – с использованием команд, задающих навыки. Однако внешние эффекторы также способны совершать рефлекторные действия, а при определённых тренировках можно выработать навыки, позволяющие осознанно управлять внутренними органами.
Последовательность завершённых действий и соответствующих им команд в случае внешних эффекторов образует поведенческие паттерны PR, которые также могут быть врождёнными или приобретёнными в результате опыта. Врождённые паттерны поведения определяют инстинкты – те образцы поведения, которые необходимы для осуществления фундаментальных функций биологических организмов, таких как питание, размножение и самосохранение.
Множество {PR} всех доступных поведенческих паттернов определяет пространство поведения конкретного организма, а последовательности PR – фактические формы поведения.
Подобные формы выстраиваются организмом в соответствии с целями, определёнными в ИС. А сами цели, в свою очередь, создаются на основе MR-информации всех доступных иерархических уровней. Первичный уровень, связанный с текущей внешней ситуацией, определяет оперативные цели, реализуемые с помощью отдельных поведенческих паттернов, а образный и вербальный – перспективные цели, осуществление которых требует создания сложных форм поведения и, возможно, новых поведенческих паттернов.
И хотя CR-информация, в отличие от MR-информации, является неосознаваемой и, следовательно, внутренне не наблюдаемой, результат её действия – поведение организма – вполне осознаваем и наблюдаем. Это создаёт возможность формирования новых поведенческих паттернов на основе осознаваемой обратной связи.
Как уже отмечалось, MS-информация, моделирующая конкретную ИС, использует первичный иерархический уровень, языком которого является сигнальная система. И этот язык, на основе которого в ИС осуществляется управление, носит динамический характер, отражая эволюцию окружающей среды и изменения самого организма, происходящие в процессе онтогенеза.
Однако управление системами может осуществляться не только на уровне отдельных организмов, но и на социальном уровне. В этом случае в качестве языка управления могут использоваться также команды, выстроенные на образном или вербальном уровне. И эти команды, в отличие от команд первичного уровня, вполне осознаваемы и, следовательно, могут блокироваться организмами на сознательном уровне, создавая в социумах конфликтные ситуации.
1.3.4. Генетическая информация GR- и GS-видов
Обычно под генетической информацией, или информацией G-типа, понимают наследственную информацию, закодированную в геноме клетки на молекулах ДНК или РНК. При этом текст, записанный четырёхбуквенным кодом нуклеотидов, в процессе активации генов переводится на язык белков, имеющих двадцатибуквенный код аминокислот.
С точки зрения современной молекулярной биологии генетическая информация полностью определяет онтогенез биологических организмов, для которых она является информацией GS-вида.
Однако в более широком плане в качестве генетической можно рассматривать также информацию, задающую строение, технологию изготовления и функционирование любых внешних материальных систем, в том числе и искусственных ИС (ИИС). Относительно биологического организма такая информация выступает как информация GR-вида. И носителем GR-информации является нервная система, организующая инстинктивное или осознанное поведение, приводящее в случае животных к строительству гнёзд, термитников, сот, ловчих сетей и многого другого, а в случае человека – ко всему многообразию искусственных материальных систем, созданных цивилизацией. Однако в человеческом социуме генетическая информация может содержаться не только в умах индивидов, но и на внешних носителях разнообразной природы.
Генетическая информация по отношению к системам, строение которых она задаёт, носит неактивный, потенциальный характер, определяя только генотип – возможность той или иной реализации системы. А для раскрытия этой потенции должна осуществиться процедура имплементации генотипа, в которой нематериальная сущность – последовательность символов – во взаимодействии с внешней средой целенаправленно материализуется в фенотип – индивидуальную структуру организма. При этом необходимым условием имплементации генотипа является существование механизмов считывания и интерпретации информации, а также возможность обладать и манипулировать материальными ресурсами, на основе которых будет выстраиваться система.
На клеточном уровне считывание GS-информации с ДНК-носителя происходит с помощью информационной РНК (ИРНК), интерпретация – с помощью рибосом, синтезирующих белки по матрице, представленной МРНК, а манипуляция – при посредстве транспортных РНК (ТРНК), доставляющих аминокислоты к рибосомам.
На организменном уровне GR-информация может быть представлена двояко. Или в виде врождённых поведенческих паттернов (инстинктов), обеспечивающих как интерпретацию GR-информации, так и манипуляцию материальными ресурсами посредством внешних эффекторных органов. Или в форме знаний, аккумулированных, предположительно, в нервной системе организма или на внешних носителях. В последнем случае интерпретация и манипуляция осуществляются на сознательном уровне, а внешние эффекторные органы могут дополняться эффекторными устройствами, представляющими собой орудия труда.
Имплементация генетической информации разных видов происходит по-разному. Для информации GS-вида имплементация связана с копированием ДНК, делением клеток и трансформацией зиготы в многоклеточный организм. А для информации GR-вида – со строительством материальных систем на основе использования внешних эффекторных органов.
Но каким бы путём ни происходила имплементация, генетическая информация должна нести в себе также и технологию построения системы. В биологических организмах такая технология определяется регуляцией экспрессии генов, причём регуляция должна происходить как на уровне клеток, так и на уровне органов и организма в целом.
Возможно, для демонстрации всей сложности проблемы регуляции будет уместно воспользоваться музыкальной метафорой. Фактически для реализации онтогенеза геном должен содержать «партитуру» экспрессии генов, позволяющую продуцировать нужные белки в нужных количествах в нужное время и в нужных клетках, а также встроенного дирижёра, управляющего оркестром, в котором инструментами являются геномы каждой клетки.
Итак, если мы надеемся, что геном содержит всю необходимую для онтогенеза информацию, то он должен включать следующие составляющие:
• динамическую модельную информацию MS (t);
• технологию построения организма;
• врождённый тезаурус ИС для M- и С-типов информации;
• генетическую информацию GR-вида, необходимую для построения внешних материальных систем.
Содержится ли эта информация в геноме или нет, можно узнать только на основании его полного прочтения и осмысления. В настоящее время геном человека секвенирован практически полностью. В результате выявлено порядка 3,1 миллиарда нуклеотидных звеньев и всего лишь около 20 000 генов, информативная часть которых занимает не более 1,5 % генома. Таким образом, подавляющая часть генома не кодирует белки или функциональные РНК, а выполняет регуляторные и иные, неизвестные пока, функции.
Конечно, зная содержание генома и умея манипулировать генами, можно выяснить их роль в онтогенезе организма. Однако, несмотря на все успехи, мы по-прежнему далеки от понимания того, каким образом врождённая модельная и управляющая информация закодирована в геноме и закодирована ли она там вообще.
В принципе, при онтогенезе могли бы быть использованы принципы самосборки, реализующиеся в природе на примере кристаллов, вирусов или рибосом. Но и это не решает многочисленных проблем, связанных с морфогенезом и врождённым поведением организмов. И скорее всего, механизм самосборки не работает на многоклеточном уровне, так как он бы вносил неконтролируемое разнообразие в процесс имплементации генома.
Действительно, известно, что развитие организма из зиготы происходит детерминированным и достаточно устойчивым к неблагоприятным воздействиям образом. Это подтверждается, в частности, сходством однояйцевых близнецов, у которых признаки, контролируемые небольшим числом генов, совпадают с вероятностью выше 99 %. Поэтому можно утверждать, что вся необходимая для онтогенеза информация или должна содержаться в геноме зиготы, или использовать другие, неизвестные в настоящее время, носители, существующие, возможно, и вне материальных систем. Мы ещё не раз вернемся к этому предположению, когда будем обсуждать «трудные» проблемы физики, биологии, философии и психологии.
Но трудный вопрос содержится уже и в самой природе генетической информации. Если при рассмотрении происхождения модельной и управляющей информации в биологических организмах можно было сослаться на врождённый тезаурус, предоставленный материнским организмом, то изначальное происхождение генетической информации в рамках физикалистского мышления можно объяснить только как результат эволюции, происходящей по воле случая и под давлением естественного отбора. То есть, по существу, вопрос о происхождении генетической информации сводится к вопросу о происхождении биологической жизни.
Но если посмотреть на эту проблему шире и рассматривать также искусственные ИС, то легко видеть, что G-информация может порождаться не только случаем, но и родительскими ИС, обладающими способностью к целенаправленному созданию новых систем. Такие способности являются главной составляющей творческого разума, присущего человеку.
Конечно, в современных искусственных информационных системах (ИИС), в отличие от естественных ИС, не встроены самовоспроизведение и самоэволюция, требующие сложных схем метаболизма. Но с информационной точки зрения природа ИИС аналогична природе биологических организмов, и в основе ИИС должна лежать GR-информация, созданная человеком и содержащая те же составляющие, что и биологический геном. А именно:
• проектную документацию, моделирующую ИИС;
• технологии изготовления, включающие необходимые материалы, условия и последовательность процессов производства ИИС;
• программное обеспечение, являющееся врождённым тезаурусом ИИС.
И конечно, имплементация ИИС невозможна без механизмов чтения и интерпретации GR-информации, а также без манипулирования материальными ресурсами, то есть без производства, являющегося для ИИС материнским организмом.
Таким образом, в природе существует возможность создавать новые ИС на основе генетической информации, порождённой разумом родительских ИС. И подобная возможность также могла быть использована в случае биологических организмов. Но, безусловно, это не решает, а лишь отодвигает вопрос о происхождении начальной биологической G-информации, так как череда родителей всё равно должна начинаться с разума, который никто не сотворил.
Существует ещё один аспект генетической информации – философский. В настоящее время основной задачей научного познания природы является изучение материальных систем на всех иерархических уровнях – от струн и элементарных частиц до галактик и Вселенной в целом. Знание, которое мы при этом получаем, всегда является относительным, ограниченным нашими познавательными возможностями.
Однако предполагается, что существует некая абсолютная истина – такое знание об изучаемых системах, которое никогда не может быть опровергнуто. Но в науке нет критериев, позволяющих виртуальную реальность наших знаний сравнивать с реальностью природы и определять, насколько близко мы подошли к абсолютной истине.
И в то же время, генетическая информация, лежащая в основе искусственных материальных систем (ИМС), будучи порождена разумом, может рассматриваться как абсолютное знание об этих системах, как знание, которое не может быть пересмотрено. И с этой точки зрения GR-информация будет являться абсолютной истиной для созданной на её основе ИМС.
Возможно также, что генетическая информация, не являясь материальной сущностью, первична по отношению к отображающей её материальной системе. И в этом смысле она совпадает с платоновским понятием идеи как трансцендентного мира истинного бытия, по образцу которого существуют вещи чувственной реальности. Здесь у Платона идея выступает и как сущность вещи (модельная информация об ИМС), и как проект, включающий в себя закономерности перехода от идеи к воплощаемой вещи (технология имплементации ИМС), и как принцип её существования (без генетической информации не существуют и ИМС). Отличие идеи от генетической информации состоит лишь в том, что GR-информация вовсе не трансцендентная сущность, а реальность, которую можно и познавать, и создавать.
И в заключение отметим, что любая классификация информации в настоящий момент носит грубый характер ввиду узости наших знаний о её природе. Углубление этих знаний должно привести не только к более подробной классификации, но и, возможно, к пересмотру принципов, положенных в её основу. Так же, как это произошло с четырьмя античными стихиями – землёй, водой, воздухом и огнём, превратившимися в таблицу элементов Менделеева. Но заметим, что и эта первоначальная классификация материи оказалась не столь уж наивна, так как правильно подмечала четыре агрегатных состояния вещества – твёрдое, жидкое, газообразное и плазменное.