Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга Иглмен Дэвид

Более того, камера его глазборга улавливает световые волны за пределами воспринимаемого человеческим глазом спектра, и при переводе цветов в звуки Харбиссон способен кодировать (и воспринимать в окружающем пространстве) инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, как это делают змеи и пчелы.

Когда Харбиссону понадобилось обновить фото на паспорте, он отказался снимать глазборг, утверждая, что это его неотъемлемая часть, такая же, как любая другая часть тела. В паспортной службе возражения Нейла оставили без внимания: согласно служебному протоколу на официальных фотографиях не допускается присутствия электронных устройств. После отказа в отделение паспортной службы посыпались письма в поддержку Нейла Харбиссона от его врача, друзей и коллег по цеху. И спустя месяц он был сфотографирован на паспорт вместе с глазборгом. По горячим следам своего успеха Нейл заявил, что стал первым официально признанным властями киборгом52.

Идею усиления сенсорного восприятия ученые продвинули еще на шаг вперед, экспериментируя с животными. Мыши, например, не способны различать цвета, но с помощью методов генной инженерии можно сконструировать им фоторецепторы, обеспечивающие цветное зрение53. Дополнительный ген дал мышам способность различать цвета. Точно так же можно усовершенствовать зрение обыкновенной беличьей обезьяны, которая в норме имеет два типа цветовых рецепторов и потому не различает зеленый и красный цвета. Но стоит снабдить их дополнительным цветовым фоторецептором, как зверьки получают в пользование цветовосприятие такого же уровня, как у людей54. А если точнее — типичного для человека уровня восприятия цветов.

Как выяснилось, у незначительной части женщин вместо трех типов цветовых фоторецепторов имеются четыре, и, следовательно, их мозг сумел пустить в дело эту дополнительную информацию и сформировать новый тип чувственного опыта, который позволяет воспринимать большее число уникальных цветов и новые смешанные цвета55. При подключении нового периферийного устройства полезная информация вносит свой вклад в работу мозга.

***

Иногда расширение сенсорных возможностей происходит ненамеренно. Многим людям проводят операции по удалению катаракты и устранению помутнения роговой оболочки глаза[27] путем ее замены на синтетическую. Как выяснилось, естественная роговица блокирует ультрафиолетовый свет, а заменяющая ее искусственная пропускает. В итоге пациенты с пересаженной роговицей открывают у себя новую способность воспринимать глазом цвета электромагнитного спектра, которых раньше видеть не могли. Так, инженеру Алеку Комарницкому пересадили искусственную роговицу, и теперь он замечает вокруг некоторых объектов ореол синевато-фиолетового цвета, который никто, кроме него, не видит56. В первый раз он заметил такое на следующий день после операции, взглянув на шорты сына с символикой бейсбольной команды Colorado Rockies. Для всех шорты были черными, однако Алек увидел, что ткань испускает синевато-фиолетовое свечение. Когда пытливый инженер поместил на оперированный глаз ультрафиолетовый фильтр, цвет шорт сразу сделался черным, каким его видели все остальные. Если в помещении включить лампу «черного света» (излучающую только ультрафиолетовый свет), вы ничего не увидите, зато для Алека помещение зальется ярким пурпурным свечением. Новоявленная сверхспособность, позволяющая воспринимать цвет за пределами видимого человеку спектра, обогащает зрительный опыт Алека новыми впечатлениями, когда он любуется закатами, цветами в саду или смотрит на огонь горелок газовой плиты.

В штаб-квартире нашего проекта Neosensory инженер Майк Перротта как-то раз подключил к одному из вибротактильных браслетов инфракрасный сенсор. Вечером, надев для пробы этот браслет, я пошел между зданиями по неосвещенной улице и вдруг почувствовал вибрации на запястье. Сначала я ничего не понял. Откуда тут, на улице, взялось инфра­красное излучение? Наверное, это ошибка кодировки или с самим браслетом что-то не в порядке, подумал я. Но все же пошел в направлении сигнала, и чем дальше шел, тем больше он усиливался. В итоге сигнал привел меня прямехонько под инфракрасную камеру наблюдения, окруженную светом от инфракрасных светодиодов. Мы обычно не видим уличных камер ночного наблюдения, подглядывающих за нами, зато они немедленно обнаруживаются, если у вас на руке окошко в эту часть светового диапазона.

Аналогичным образом зрительный опыт расширяют и у животных. Так, в 2015 году ученые Эрик Томсон и Мигель Николелис подключили детектор инфракрасного света напрямую к мозгу крысы и убедились, что она научилась использовать новую возможность. Крыса выполняла тестовые задания, в которых от нее требовалось видеть инфракрасное излучение и руководствоваться им при выборе предлагаемых вариантов действий. Когда к соматосенсорной коре животного подключили один детектор, у нее ушло сорок дней, чтобы научиться выполнять задание. Еще в одном эксперименте Томсон и Николелис имплантировали другой крысе три дополнительных электрода, и она обучилась выполнять задание всего за четыре дня. А потом имплантировали инфракрасный детектор уже непосредственно в зрительную кору, и этой крысе понадобился всего день, чтобы освоить задание.

Входящий инфракрасный сигнал на поверку оказался просто еще одним типом данных, которыми может воспользоваться мозг крысы. Не играет роли, какими путями поступают в мозг данные; главное, чтобы поступали. Что важно: добавление инфракрасного детектора никоим образом не нарушило нормального функционирования соматосенсорной коры; как и до имплантации, крыса свободно пользовалась усиками и лапками, чтобы ориентироваться в пространстве. Наоборот, новое чувство легко добавилось к уже имевшимся. Руководитель исследований, только что получивший ученую степень научный сотрудник Эрик Томсон не скрывает, насколько его воодушевляют результаты и значение проведенных экспериментов:

«Изумительно, не устаю поражаться! Мозг, что и говорить, всегда жаден до новых источников информации, но сам факт, что он реально освоил источник нового, чуждого ему типа, да еще с такой быстротой, открывает благоприятные перспективы в области нейропротезирования».

***

В силу причуд нашего долгого, извилистого эволюционного пути мы приобрели глаза числом две штуки, расположенные в передней час­ти головы и дающие нам угол обзора примерно в 180°. Угол обзора фасеточных глаз мухи, в отличие от наших, составляет практически 360°. А что, если мощь современных технологий поможет и нам наслаждаться панорамным зрением?

Именно такой фокус удался группе ученых во Франции: они спроектировали шлем FlyVIZ с круговым обзором на все 360°. На шлеме установлена видеокамера, которая сканирует окружающее пространство по кругу и в сжатом виде передает на дисплей перед глазами пользователя57. Как отмечают конструкторы FlyVIZ, когда человек первый раз надевает шлем, ему приходится перетерпеть период адаптации к нему (головокружение, тошнота). Однако это состояние длится на удивление недолго: через какие-то 15 минут он привыкает к шлему и уже может взять предмет, с какой бы стороны ему его ни протягивали, увернуться от того, кто старается незаметно подкрасться к нему сзади, и даже поймать брошенный сзади мяч (рис. 4.18).

А что, если вы сможете не только видеть на 360°, но и распознавать предметы и объекты, в обычном случае невидимые, например в темноте ощущать присутствие людей вокруг вас?

Представим, что команду наемников забросили на некую территорию для отлова враждебных роботов-антропоморфов. Что, выглядит как сцена из сериала телеканала HBO «Мир Дикого Запада»? Ну, в общем-то так оно и есть: привлеченный в качестве научного консультанта, я предложил для данного сюжета нашу технологию. В конце первого сезона восстают хосты (андроиды), поставленные выполнять безграничные прихоти гостей парка, и в начале второго сезона на расправу с мятежниками посылают группу элитного спецназа. Отважные спецназовцы одеты в наши «специально обученные» жилеты, которые позволяют им чувствовать местоположение хостов-андроидов — затаились ли те во тьме, крадутся ли за изгородями, прячутся ли в самых неожиданных местах, находятся ли слева на расстоянии 180 метров, прямо за спиной или по ту сторону стены. Хотя действие сериала отнесено на 30 лет вперед, современные технологии позволяют проделывать подобные штуки уже сейчас и тем самым расширять пределы возможностей наших прекрасных, но, увы, не всевидящих глаз, дарованных нам природой.

***

Сюжетную интригу «Мира Дикого Запада» я вспоминал через несколько месяцев после нашей совместной работы с Google, когда мы проводили очень крутой эксперимент с незрячими людьми. Некоторые из офисов компании оборудованы лидарами (световыми радарами), это вращающееся устройство вы наверняка видели на некоторых автомобилях. В офисном пространстве лидар позволяет отслеживать местонахож­дение любого движущегося объекта — в данном случае сотрудников, перемещающихся по офису.

Мы подключились к потоку информации с лидаров и направили его на жилет Vest. Потом привели в офис незрячего парня по имени Алекс. Надели на него жилет — и пожалуйста: подобно спецназовцам из «Мира Дикого Запада», он сразу же стал чувствовать местоположение передвигавшихся по офису сотрудников, причем при полном круговом обзоре, как будто из незрячего превратился в джедая. Алекс мгновенно обрел эту способность, и это, заметьте, при нулевой кривой обучения.

Помимо того что мы продемонстрировали, насколько легко расширить наши чувства, отметим, что приобретенный Алексом опыт хорошо подкрепляет модель «Мистер Картофельная Голова». Подключите к мозгу новый поток данных, и он тут же сообразит, как использовать эту информацию в своих интересах. Алексов жилет, камера на шлеме FlyVIZ, а также крыса с вживленным инфракрасным детектором иллюстрируют, насколько неуместно само понятие традиционности, когда дело касается биологии. Мы можем улучшать себя и расширять свои способности, выходя за пределы, установленные генетикой.

Расширение чувств не ограничивается зрением. Возьмем, например, слух. Уже сегодня вспомогательные устройства — начиная со слуховых аппаратов и заканчивая вибротактильными браслетами Buzz — способны вывести нас за границы нормального слухового восприятия. А почему бы нам не раздвинуть его до ультразвукового диапазона, чтобы улавливать звуки, доступные пока только слуху котов и летучих мышей? Или обрести восприятие инфразвука, с помощью которого общаются слоны?58 При таком прогрессе технологий слухового восприятия у нас нет разумных причин ограничивать входящие аудиоданные о мире рамками чувств, по воле эволюции закрепленных за нашим видом.

То же можно сказать об обонянии. Помните, я упоминал бладхаунда с его способностью чуять запахи, и близко не доступные человеческому обонянию? А теперь представим, что сконструирован комплект молекулярных детекторов, позволяющий обнаруживать и распознавать различные субстанции. Тогда не понадобятся натасканные на наркотики полицейские собаки с особо тонким нюхом: благодаря расширению обонятельной способности вы сможете сами улавливать и анализировать запахи с неменьшей тонкостью и точностью.

***

Подобные проекты распахивают перед нами новые окна в мир, делая видимым то, что сегодня выпадает из нашего поля зрения. А что, если помимо вывода сенсорных возможностей за пределы нормы мы смогли бы создать абсолютно новые типы чувствования? Или научились бы напрямую воспринимать магнитные поля либо потоки данных в Twitter? Потрясающая гибкость мозга предлагает нам возможность переводить потоки этих данных непосредственно в восприятие. Рассмотренные нами принципы позволяют задуматься о чем-то большем, чем сенсорное замещение или расширение сенсорного восприятия, и оценить возможности дополнения нашей сенсорики новыми чувствами59.

Наколдуем себе новый сенсориум

Знакомьтесь: Тодд Хаффман, биохакер. Его волосы вечно окрашены в тот или иной цвет — красный, зеленый или синий; в остальном же с виду он деревенщина деревенщиной. Несколько лет назад Тодд заказал по почте миниатюрный неодимовый магнит[28]. Получил его, обработал антисептиком, а затем простерилизовал скальпель и свою руку и имплантировал магнитик в мизинец.

С тех пор Тодд чувствителен к магнитным полям. Магнит в его пальце улавливает, например, электромагнитное излучение бытовых приборов, а нервные волокна регистрируют эту реакцию. В результате информация, невидимая глазу обычного человека, поступает в мозг Тодда через чувствительные волокна его пальцев.

В первый раз он осознал, насколько расширился образ воспринимаемого мира, когда схватился за сковороду на электрической плите. Оказалось, что сковорода создает магнитное поле (поскольку плита не была заземлена, а значит, электричество не уходило в землю). Тодд был не в курсе этой пикантной подробности относительно своей плиты, но теперь сполна ощутил столь чувствительную обратную связь.

Вытянув руку, Тодд мог обнаружить электромагнитный пузырь, исходящий из силового кабеля трансформатора (подобным устройством оборудован и ваш лэптоп). Тодд как будто трогал этот невидимый пузырь и круговыми движениями руки даже мог определить его форму. Сила магнитного поля для Тодда определяется тем, насколько активен магнитик в пальце: на разные частоты магнитных полей он реагирует по-разному, и Тодд, соответственно, приписывает разным трансформаторам разные качества в таких понятиях, как фактура или цвет.

Биохакер Шеннон Ларратт в одном из интервью рассказывал, что чувствует, как течет по проводам электрический ток, и потому может диагностировать аппаратные неполадки без вольтметра, а только с помощью пальцев. По его словам, если удалить ему имплантаты, он почувствует себя слепым60. Словом, мы приобретаем возможность обнаруживать грани мира, прежде недоступные нашим чувствам: оказывается, ореолом из осязаемых форм окружены микроволновые печи, вентиляторы в корпусе компьютеров, акустические колонки, подземные силовые трансформаторы.

А что, если бы мы могли чувствовать не только магнитные поля вокруг различных объектов, но и магнитное поле Земли? Животные обладают такой способностью. Черепахи, например, всегда возвращаются на побережье, где вылупились, чтобы самим отложить там яйца. Перелетные птицы каждый год мигрируют из Гренландии в Антарктику, а потом неизменно возвращаются в те же места, откуда улетали. И почтовые голуби, доставляя послания, ориентируются в пространстве и находят дорогу к адресатам лучше и точнее, чем курьер-человек.

Российский ученый-зоолог XIX века Александр фон Миддендорф заинтересовался «магией» этих животных и в 1885 году предположил, что они руководствуются внутренним компасом: «Подобно магнитной стрелке корабельного компаса, эти воздухоплаватели обладают внутренним магнитным чутьем, которое может быть связано с гальваническим магнитным полем мира»61. Проще говоря, птицы используют магнитное поле планеты, чтобы прокладывать свои маршруты.

Ученых из Оснабрюкского университета с 2005 года интересовал вопрос, смог бы человек при помощи носимого на теле устройства тоже улавливать магнитные сигналы Земли? Плодом их размышлений и инженерных усилий стал навигационный пояс feelSpace. По всему перимет­ру он оборудован вибромоторами, причем вибрирует тот, что ориентирован на север. И как бы ни было повернуто ваше тело, вы всегда будете ощущать вибрации в направлении Северного магнитного полюса[29].

На первых порах вы ощутите лишь назойливое жужжание, но со временем привыкнете получать пространственную информацию и всегда быть в курсе, что север — вон в том направлении62. По прошествии нескольких недель пояс качественно меняет манеру навигации пользователя: человек лучше ориентируется на местности, у него выстраиваются новые стратегии передвижений, улучшаются представления о взаимном расположении различных мест и объектов в пространстве. Внешняя среда представляется ему более пространственно упорядоченной, ему проще запоминать взаимное расположение объектов.

Как описывает опыт ношения пояса feelSpace один из участников эксперимента, «интересные вещи происходили с ориентацией в городах. Вернувшись домой, я мог легко воспроизвести взаимное расположение всех мест, где побывал, зданий, помещений в зданиях, даже если специально не фиксировал внимание на их расположении»63. Свои передвижения пользователи пояса воспринимают не как переход от одного ориентира к другому, а как перемещение по целостному пространству с глобальной точки зрения. Другой пользователь отмечает: «Это были не просто тактильные стимуляции, потому что пояс передает тебе пространственное чувство. Я интуитивно осознавал, в каком направлении находится мой дом, а в каком — офис». Иными словами, этот человек переживал не сенсорное замещение (когда зрительную или слуховую информацию мозгу поставляют несвойственные каналы) и не сенсорное расширение (как обострение слуха или зрения) — перед нами пример сенсорного дополнения. Это новый для человека вид сенсорного восприятия и новый тип чувственного опыта[30]. Но вернемся к рассказу пользователя:

«В первые две недели мне приходилось специально сосредоточиваться на этом чувстве, а потом оно стало интуитивным. Я даже мог мысленно нарисовать схему расположения мест и помещений, где иногда бываю. И вот что интересно: когда на ночь я снимаю пояс, ощущение его вибраций сохраняется. А когда поворачиваюсь на другой бок, вибрация тоже перемещается. Знаете, это фантастическое чувство!»64

Примечательно, что, когда пользователи снимают пояс, способность лучше и точнее ориентироваться в пространстве сохраняется, по их словам, еще некоторое время. То есть накопительный эффект от устройства длится дольше, чем его ношение. Точно так же, как в примере со шлемом для сохранения равновесия, внутренние, чуть слышные шепотки сигналов способны усиливаться, когда их подкрепляет внешнее устройство65.

Испытанный участниками экспериментов чувственный опыт глубже и подробнее исследовался на крысах. В 2015 году ученые плотно закрывали зверькам глаза, а к зрительной коре подключали цифровой геомагнитный компас. Лишенные возможности пользоваться глазами крысы быстро соображали, как преодолеть лабиринт и добраться до лотка с кормом, руководствуясь исключительно направляющими сигналами «компаса» в голове66.

Мозг, какие бы данные он ни получал, всегда найдет им приме­нение.

***

В 1938 году авиатор и мастер на все руки Дуглас Корриган с грехом пополам вернул к жизни одноместный самолет Spirit of St. Louis (на таком Чарльз Линдберг[31] в 1927 году совершил свой знаменитый трансатлантический перелет). Правда, результат оставлял желать лучшего, и кто-то из аэродромных механиков в насмешку окрестил уродца Spirit of $69.90. На нем-то Корриган и совершил перелет из США в Ирландию. В те ранние времена авиастроения навигационные приборы не баловали разнообразием: обычно это был компас в сочетании со свисающим отрезком стропы для определения направления воздушного потока. В репортаже о перелете Корригана иллинойсская ежедневная газета The Edwardsville Intelligencer привела слова одного авиа­механика, назвавшего Корригана авиатором, который flies by the seat of his pants («пилотирует, чувствуя задницей», то есть больше по наитию, чем по показаниям приборов). Есть общее мнение, что именно оттуда и берет начало этот авиационный жаргонизм, означающий «пилотировать, чувствуя самолет». Как-никак именно седалище пилота имело наибольшую площадь соприкосновения с корпусом самолета и потому неизменно служило проводящим путем для информации, поступающей в мозг. Пилот чувствовал изменения в положении самолета и соответственно реагировал на них. Если при выполнении поворота самолет испытывал крен на крыло с внутренней стороны, седалище съезжало по сиденью вниз. Если при повороте развивался крен на внешнюю сторону, даже слабая перегрузка толкала пилота вверх. Индикатор поворота и скольжения изобрели только после Первой мировой войны, а до тех пор пилоты в летной практике не без успеха определяли многие параметры полета (угол крена, скорость ветра, температуру за бортом, общее поведение самолета), чутко прислушиваясь к собственным тактильным ощущениям, особенно при полетах в условиях плотной облачности или тумана.

В этом смысле чувственное восприятие данных имеет долгую историю, и мы, сотрудники компании Neosensory, стараемся выйти на новый уровень. В частности, работаем над расширением палитры восприятия у пилотов дронов. Виброжилет Neosensory передает поток данных по пяти параметрам полета квадрокоптера — тангаж, рыскание, крен, ориентация и курс, что улучшает способность пилота управлять самолетом. По сути, пилот как бы продлевает собственную кожу во внеш­нее пространство, куда-то на высоту, где летит его дрон.

Если вы тешились романтическими представлениями об авиаторах прошлых времен, спешу разочаровать вас: пилотам все же предпочтительнее управлять самолетом, полагаясь не на интуицию, а на показания бортового оборудования. Благодаря множеству инструментов в кабине полеты стали безопаснее. Например, пилот не может со своего места определить, летит ли самолет в строго горизонтальном положении или в повороте с креном67. Богатый пилотажный инструментарий намного лучше, чем его отсутствие. Но все упирается в проблему, как передать мозгу богатство входящей информации. Загляните в кабину пилотов: она под завязку забита всевозможными устройствами. Между тем зрительная система не в состоянии с одного взгляда охватить всю картину показаний приборов и должна оценивать их по одному зараз, что довольно медленно. С этой точки зрения было бы любопытно переосмыслить схему организации современной кабины пилотов: вместо того чтобы визуально считывать все показания приборов, пилот мог бы ощущать их. Поток данных большой размерности, транслируемый непосредственно телу, одним махом скажет пилоту все о самолете и его поведении в воздухе. Почему у этой идеи хорошие шансы на успех? Потому что мозг прекрасно умеет считывать поступающие от тела многомерные данные. Поэтому же, например, у вас получается балансировать на одной ноге: разные группы мышц ног, туловища и рук одновременно направляют информацию в мозг, а тот ее обобщает и тут же отсылает назад корректирующие команды.

В этом свете разница между пилотированием по наитию и по ощущениям кожи туловища имеет прямое отношение к объему входных данных. А поскольку мы живем в перенасыщенном информацией мире, похоже, нас все же ожидает переход от оценивания больших массивов данных (Big Data) к их непосредственному восприятию.

Представьте, что вы можете оценить текущее состояние предприятия с десятками одновременно работающих станков, поскольку подключены к потокам данных, позволяющих ощущать, как работает оборудование и какова производительность одних станков в сравнении с другими. Если в их слаженной работе возникнет сбой и потребуется где-то что-то поправить или отладить, вы почувствуете это. Я не имею в виду поломки — такого рода проблемы решаются просто, достаточно оборудовать машины аварийными или предупреждающими сигналами. А как вы поймете, насколько согласовано действие одних машин по отношению к другим? Такой подход к Big Data позволяет вскрыть глубинные закономерности и взаимосвязи.

Для расширения сенсорного восприятия можно найти разнообразные способы. Представим, что данные о самочувствии пациента напрямую поступают на кожу спины хирурга и ему во время операции не надо все время смотреть на мониторы. Или допустим возможность ощущать невидимые глазу состояния собственного тела, например кровяное давление, частоту пульса и характер кишечной микрофлоры, что поднимет бессознательные сигналы на уровень регистрируемых сознанием. Или представим, что космонавт ощущает текущее состояние Международной космической станции. Ему не надо совершать постоянные облеты всех отсеков и снимать показания с многочисленных приборов и мониторов, потому что — только представьте! — данные о функционировании различных модулей станции он воспринимает как тактильные паттерны различных форм.

Сделаем еще шаг вперед. В рамках проекта Neosensory мы исследуем концепцию разделяемого восприятия. Представим, что супруги или просто пара влюбленных ощущают показатели состояния партнера, например частоту дыхания, температуру, кожно-гальваническую реакцию. Мы можем замерять эти показатели у одного партнера и через интернет транслировать их на вибротактильный браслет Buzz другого. Это открывает новую возможность для более глубокого взаимопонимания. Представьте, что супруга позвонила вам с другого конца страны: «У тебя все в порядке? Похоже, ты испытываешь стресс». Для отношений подобное взаимодействие может обернуться либо большим благом, либо сущим проклятьем, однако создает условия для объединенного опыта.

Эти замыслы могут оказаться действенными, потому что наши входные потоки данных чахнут на задворках сознания; мы осознаём свои ощущения, только когда нарушаются наши ожидания. Представьте ощущения от туфли на вашей правой ноге. Вы можете специально прислушаться к потоку данных от нее и почувствовать, что туфля — да, вот она, — надета на вашу ногу. Но в общем случае данные от кожи ноги находят приют где-то ниже кромки сознания. К потоку подобной информации вы прислушаетесь, только если в туфлю попадет камешек. Точно так же обстоит дело с потоком данных от космической станции или от супруга: вы не будете в курсе их состояния и ощущений, пока специально не сосредоточите на них внимание или пока они не подкинут сюрпризец, настоятельно требующий вашего участия.

***

Теперь представим, что паттерны вибраций используются, чтобы транслировать потоки информации из интернета напрямую в мозг. Вообразите, что вы ходите в нашем виброжилете и кожей ощущаете потоки данных от атмосферных элементов в радиусе 200 километров. В какой-то момент у вас обязательно разовьется опыт прямого восприятия погодных паттернов вашего региона в масштабах куда больших, чем в норме способен воспринимать человек. Вы сможете предупреждать друзей, что надвигается дождь, и не исключено, что с большей точнос­тью, чем синоптики. Этот новый тип чувственного опыта вы никогда не получите от нормального, ограниченного размерами человеческого тела.

А представьте, что виброжилет передает вам текущие сведения о фондовой торговле, и мозг извлекает смыслы из сложных многогранных движений мировых рынков. Он способен проделывать гигантскую работу по выявлению статистических закономерностей, даже если вам кажется, что ваше внимание на этой работе не сосредоточено. А если целый день ходить в виброжилете и иметь общее представление о происходящем вокруг вас (быть в курсе последних новостей, нарождающейся уличной моды, состояния экономики), у вас может развиться мощная интуиция — более точная, чем прогностические модели, — направленная на анализ событий рынка. Это тоже стало бы принципиально новым опытом.

Вы спросите, почему бы не привлечь к этому делу глаза и уши? Нельзя ли подключиться к сток-трейдеру[32] с помощью очков виртуальной реальности и собственными глазами наблюдать за графиками курсов десятков ценных бумаг в реальном режиме? Проблема в том, что глаза необходимы нам для слишком большого круга повседневных задач. А сток-трейдеру, помимо отслеживания курсов ценных бумаг, глаза нужны, чтобы отыскать кафе поблизости, засечь приближение босса или прочитать свою электронную почту. Зато его кожа, в отличие от глаз, — отличный широкополосный и неиспользуемый информационный канал.

Способность ощущать кожей Big Data, вероятно, помогла бы трейдеру воспринимать картину целиком (нефть вот-вот рухнет) задолго до того, как он сможет собрать данные по отдельным участникам рынка (Apple идет вверх, Exxon падает, Walmart прочно держит позиции). Как такое возможно? А вы вспомните о визуальных сигналах, которые получаете, глядя, как ваша собачка резвится на лужайке. Разве вы говорите себе: «Ага, вижу вот тут фотон и вон там еще один, побледнее, а тут полоска из очень ярких фотонов»? Ничего подобного — вы сразу воспринимаете целостную картинку.

Количество потоков данных, которые можно направлять из интернета в мозг, невообразимо. Все знают о замечательном чутье Человека-паука: ощущение покалывания предупреждает Питера Паркера, что где-то поблизости таится угроза. Так почему бы и нам не обзавестись твиттер-чутьем? Заметим для начала, что сегодня Twitter приобрел роль самосознания нашей планеты. Он стал «нервной системой», которая оплетает всю Землю, а важные идеи и мысли (а также кое-какие пустяшные) извлекает из собственных шумов и выталкивает на уровень общепланетарного сознания. Дело тут не в стараниях корпораций донести до вас свои месседжи, а в том, что землетрясение в Бангладеш, смерть кого-то из знаменитостей или новое открытие в глубинах космоса захватывают воображение достаточно большой массы людей по всему земному шару. Интересы мира вырываются вверх точно так же, как нервная система животного выносит на поверхность его сознания все важное (я голоден; кто-то приближается; надо найти водопой). Идеи, которые Twitter выносит на поверхность, могут быть и глобальными, и ничтожными, но в любом случае представляют собой то, что ежемоментно занимает умы человечества.

На конференции TED в 2015 году мы со Скоттом Новичем алгоритмически отследили все твиты с хештегом TED. Прямо по ходу выступления мы агрегировали сотни твитов и прогоняли через программу анализа эмоциональной окраски. Это позволило нам воспользоваться обширным тезаурусом слов-критериев, по которым твиты можно рассортировать на доброжелательные (потрясающе, вдохновляюще) или недоброжелательные (занудство, глупости). Итоговая статистика в реальном времени направлялась на мой виброжилет, и я ощущал эмоции аудитории и малейшие перемены в них. В итоге я приобрел чувственный опыт чего-то большего, чем обычно доступно человеку: был подсоединен к общему эмоциональному настрою сотен людей, всех вместе и сразу. Воображение легко нарисует вам политика, имеющего при себе такое устройство, когда он обращает пламенные речи к десятитысячной толпе потенциальных избирателей, на лету схватывая, какие из его заявлений принимаются на ура, а какие, наоборот, вызывают неприятие.

Если вы желаете мыслить масштабно, давайте отложим хештеги и обратимся к обработке естественного языка всех трендовых твитов планеты: представьте, как алгоритмы сжимают по миллиону твитов в секунду и непрерывно транслируют выжимки на вашу кожу через вибрации Neosensory-жилета. Это будет означать, что вы подключились к планетарному сознанию. Занимаясь своими делами, вы вдруг ощутите, что в Вашингтоне разразился политический скандал, в Бразилии бушуют лесные пожары, а на Ближнем Востоке вспыхнула очередная заваруха. Таким образом вы больше, чем когда-либо, становитесь человеком мира — в чувственном смысле.

Заметьте, я не утверждаю, что найдется так уж много желающих пристегнуть себя к планетарному сознанию, однако доказанность самого принципа (рассуждая о сенсорном дополнении, мы вольны мыслить за пределами привычной нормы) определенно откроет нам много нового.

Меня иногда спрашивают, почему мне вообще пришло в голову подключать к этим потокам данных именно человека, когда можно было бы использовать компьютер. Разве мощные искусственные нейронные сети не способны более качественно распознавать паттерны и закономерности?

Необязательно. Компьютеры умеют продемонстрировать высший класс в распознавании закономерностей, однако не обладают одним особенно значимым навыком: им неведомо, что именно важно для человека. В сущности, людям и самим не всегда дано наперед знать это. Вот почему человек в роли распознавателя паттернов всегда будет шире смотреть на вещи и мыслить более гибко, чем искусственные нейронные сети. Возьмем для примера фондово-рыночный виброжилет. Гуляя по улицам Нью-Йорка, Шанхая или, скажем, Москвы, вы невольно подмечаете мелкие подробности: во что одеты люди, какие товары их привлекают, насколько оптимистично или, наоборот, негативно они настроены. Возможно, вы и сами заранее понятия не имеете, на что обращать внимание, но все, что вы видите и слышите вокруг себя, добавляет данных вашим внутренним представлениям об экономике. А когда виброжилет вдобавок сообщает о колебаниях цен на те или иные бумаги, комбинация входящей информации от ваших органов чувств и от виброжилета обогащает сложившуюся в вашем представлении картину. Искусственные же нейронные сети, сосредоточенные исключительно на выявлении закономерностей в совокупности загружаемых в них числовых данных, изначально ограничены выбором, заданным программистами.

***

Многие годы Рене Декарта[33] волновал вопрос, как познать настоящую окружающую его реальность. Наши чувства, рассуждал он, частенько обманывают нас, и нам свойственно путать увиденное в сновидениях с пережитым наяву. Как узнать, вдруг злокозненный дьявол последовательно и целенаправленно обманывает меня, играет со мной, рисуя ложную реальность вместо той, какова она на самом деле? В 1980-х годах американский логик и философ Хилари Патнэм придал вопросу Декарта новое звучание: «Суть ли я мозг в сосуде?»68 Откуда вам знать, может быть, ученые изъяли из вашего тела мозг и попросту ловко стимулируют его кору, заставляя вас верить, что вы ощущаете прикосновение к книге, температуру своей кожи, видите свои руки? В 1990-е годы вопрос снова трансформировался: «Не в Матрице ли я нахожусь?» В новом тысячелетии вопрос ставится в русле гипотезы симуляции: «Не являюсь ли я компьютерной симуляцией?»

Эти вопросы традиционно оставались уделом философии, но в наши дни из философских аудиторий мало-помалу просачиваются в стены нейробиологических лабораторий. Здесь уместно вспомнить, что наш привычный чувственный опыт есть нечто большее, чем входные потоки сенсорной информации. Точно такой же результат дали бы сигналы, подаваемые непосредственно в мозг. В самом деле, все множество сигналов, которые воспринимаются нашими органами чувств, в конечном счете конвертируется в одну и ту же электрохимическую форму, что предполагает возможность в обход органов чувств напрямую индуцировать в мозге электрохимические сигналы. Проще говоря, устранить посредников. Зачем вталкивать визуальную информацию через уши или язык, если есть возможность подключиться непосредственно к цент­ральному процессору?

Такой технологией мы сегодня располагаем. Уже существует практика имплантации электродов — обычно в небольшом количестве, от одного до считаных десятков, — в субкортикальные области мозга для лечения таких состояний, как тремор, депрессия и зависимости. Для передачи в кору мозга значимого сенсорного ощущения может потребоваться намного больше электродов (не исключено, что даже сотни тысяч), чтобы стимулировать все богатство паттернов мозговой активности (рис. 4.19).

Несколько исследовательских групп уже работают в этом направлении. В Стэнфорде нейробиологи разрабатывают метод внедрения в кору мозга обезьяны 100 тысяч электродов, и это (при условии минимального повреждения мозговой ткани) откроет нам новые замечательные подробности работы нейронных сетей. Ряд перспективных компаний, пока еще находящихся в стадии становления, рассчитывают повысить скорость коммуникаций с внешним миром путем быстрой записи и прочтения нейронных данных с помощью напрямую подключенных модулей­.

Сложность возникает не в теоретическом плане, а в практическом. Ког­да вы помещаете электроды в мозговую ткань, она потихоньку старается вытолкнуть из себя инородные тела, как кожа на пальце — занозу. Но это не самая большая проблема. Есть трудности и посерьезнее: нейрохирурги не желают проводить подобные операции, поскольку всегда сохраняется риск инфицирования или смерти пациента на столе. И если исключить жизненно необходимое хирургическое вмешательство по медицинским показаниям (например, при болезни Паркинсона или тяжелой депрессии), неясно, захотят ли потребители подвергать себя рискам операций на открытом мозге ради удовольствия еще быстрее кропать текстовые сообщения друзьям. В качестве альтернативного решения можно было бы аккуратно запустить электроды в сосуды кровеносной системы мозга, однако здесь есть опасность повредить или — того хуже — перекрыть их.

И все же на горизонте для мозга вырисовываются перспективы получать и выдавать информацию на клеточном уровне, для чего имплантация электродов не понадобится. Еще одно-другое десятилетие, и массовая миниатюризация электроники коренным образом изменит технологии подачи сигналов непосредственно в мозг. Будущие возможности связаны с так называемой нейронной пылью. Это рассыпанные по поверхности мозга электронные имплантаты микроскопических размеров, которые записывают данные, посылают сигналы внешним приемным устройствам и передают слабые импульсы в мозг69.

Не будем забывать и о наноразмерной робототехнике. Представьте 3D-принтер с точностью на атомарном уровне. С помощью такого принтера можно спроектировать и построить молекулы сложного состава, по существу представляющие собой микророботов. Теоретически можно напечатать сотню миллиардов таких роботов, слепить из них крошечную пилюльку и проглотить. В соответствии с замыслом проектировщика эти нанороботы преодолеют гематоэнцефалический барьер, внедрятся в нейроны и при их возбуждении начнут испускать сигналы, а также принимать, чтобы заставить нейроны активироваться. Это позволит обращаться — считывать и направлять данные — непосредственно к миллиардам отдельных нейронов мозга. Можно также использовать преимущества генетического подхода: строить бионанороботов из белков посредством кодирования их в ДНК. Существует множество методов доставки информации напрямую в мозг, и через несколько десятилетий мы, надо надеяться, достигнем той стадии, когда можно будет индивидуально прочитывать и контролировать каждый нейрон. На этой стадии мозг напрямую станет служить нам устройством расширения сенсорного восприятия, а надобность в вибротактильных жилетах, поясах и браслетах отпадет.

***

Мы обсуждали способы доставки информации в мозг — вибрации на коже, легкие электрические разряды на языке, прямую активацию нейронов, — однако еще не ответили на важный вопрос: как будут ощущаться входные данные нового типа?

Вообразим новый цвет

Мозгу в его костяной темнице, напомню, доступны лишь электрические сигналы, бодро передающиеся туда-сюда специализированными клетками. Он лишен прямого доступа к тому, что слышат уши, видят глаза или осязают пальцы. Какой бы модальности ни были входящие сигналы (рожденные симфонией колебаний звуковых волн, фотонными узорами от сверкания снежинок на покрытой снегом статуе, молекулами аромата свежеиспеченного яблочного пирога или болью от осиного укуса), в мозг они притекают только в виде всплесков электрических импульсов в нейронах.

Доведись нам наблюдать участок мозговой ткани со снующими из стороны в сторону электрическими импульсами и спроси я вас, не зрительная ли это кора перед нами, а может, звуковая или соматосенсорная, вы бы не смогли ответить. И я не смог бы. Всё выглядит одинаково.

Здесь мы подходим к вопросу, на который нейробиология еще не нашла ответа. Почему зрение по ощущениям так сильно отличается от обоняния? Или от вкуса? Почему вам никогда не спутать красоту подрагивающих на ветру сосновых лап со вкусом сыра фета? Или ощущение наждачной бумаги под пальцами с ароматом свежесваренного эспрессо?70

Вы могли бы предположить, что невозможность спутать ощущения от разных органов чувств каким-то образом связана с генетически предопределенным строением мозга и что слуховые области отличаются от тех, что отвечают за осязание. Но более тщательное изучение проблемы опровергает данную гипотезу. Как мы убедились в этой главе, если индивид лишен зрения, ту часть мозга, которую мы привыкли называть зрительной корой, захватывают другие чувства — осязание и слух. При исследовании мозга с такой переподключенной связью трудно утверждать, что в этой «зрительной» коре имеется нечто исходно и глубинно зрительное.

Сказанное подводит нас к альтернативной гипотезе: субъективный опыт переживания ощущения (чувственного явления) — называемый также квалиа[34] — определяется структурой данных71. Иными словами, у информации, поступающей от двухмерной сетчатки глаза, структура иная, чем у данных, которые приходят от одномерного сигнала в барабанной перепонке, и уж тем более и то и другое отличается от многомерных данных, посылаемых подушечками пальцев. Потому эти потоки данных и ощущаются по-разному. Близкородственная гипотеза утверждает, что квалиа формируется при изменении вашими двигательными реакциями входных потоков сенсорной информации72. Визуальные данные меняются всякий раз, когда вы посылаете команды глазодвигательным мышцам. Изменение входных визуальных данных усвояемо: вы переводите взгляд влево, и расплывчатые предметы на периферии зрения приобретают четкие очертания.

Когда вы водите глазами из стороны в сторону, визуальный мир меняется, а со звуком такого не происходит. Чтобы в воспринимаемом вами звуке что-то изменилось, надо физически повернуть голову. Значит, у этого потока данных другая совокупность признаков.

У осязания тоже имеются свои особенности. Мы касаемся объектов пальцами, берем в руки, исследуем их. Обоняние — пассивный процесс, мы запускаем его, втягивая воздух носом. Ощущение вкуса включается, когда вы что-то кладете в рот.

Сказанное позволяет предположить, что новые потоки данных можно поставлять прямо в мозг (скажем, исходящие от мобильного робота, или же ваши кожно-гальванические реакции, или температурные данные в ближнем инфракрасном диапазоне[35]). При наличии четкой структуры и петли обратной связи с вашими действиями полученные данные в конце концов приведут к возникновению нового ощущения. Оно будет переживаться не как зрение, слух, осязание, обоняние или вкус, а как нечто совершенно иное.

Конечно, очень сложно представить, каким будет новое ощущение, а по большому счету и вообще невозможно. Чтобы понять почему, попробуйте представить себе новый цвет. Ну же, давайте! Сощурьтесь и напрягите извилины. Задачка, как может показаться, простенькая, а вот и ничего подобного. Ваши попытки бесполезны. Точно так же невозможно вообразить, как будет ощущаться новое чувство.

И все же, если допустить, что ваш мозг потребляет поступающие в реальном времени данные от дрона (тангаж, рыскание, крен, ориентация и курс), создались бы у вас некие ощущения от этих входных данных — наподобие того, как ощущаются фотоны или волны сжатого воздуха? И стал бы дрон в итоге ощущаться как прямое продолжение вашего тела? А как насчет информации более абстрактного свойства? Скажем, о работе заводского цеха? Или поступающих твитов? Или состояния фондового рынка? При притоке должных входных данных можно спрогнозировать, что мозг научится напрямую чувственно воспринимать в реальном времени функционирование производства, или различные хештеги, или текущие подвижки в мировых экономических реалиях. Со временем разовьется квалиа — естественный для мозга способ обобщения Big Data.

Правомерен ли этот прогноз или же он из области чистых фантазий? Наконец-то мы в научном смысле подходим к точке истины — моменту, когда у нас появится возможность на практике проверить это.

Если вам трудно представить, как обучиться испытывать новое чувство, разрешите напомнить, что вы уже проделывали это в младенчестве. Посмотрите, как младенец учится пользоваться слухом: он хлопает в ладошки или гулит, и его ушки улавливают проистекающие от этих действий звуки. Поначалу звуковые волны не более чем вызывают электрическую активность в мозге новорожденного, но со временем они начинают ощущаться как звук. Подобный процесс обучения можно наблюдать у глухих от рождения, когда им во взрослом возрасте ставят кохлеарные имплантаты. На первых порах опыт ощущений от искусственной улитки во внутреннем ухе ничего общего со звуком не имеет. Одна приятельница, которой поставили кохлеарные имплантаты, сначала описывала эффект, как безболезненные разряды электрического тока в голове, и у нее не возникало впечатления, что это как-то связано со звуком. Но примерно через месяц они стали «звуком», хотя и плохоньким, словно исходящим от миниатюрного плохо настроенного радиоприемника. Со временем она научилась очень даже неплохо слышать с помощью имплантатов. Точно то же самое происходило с каждым из нас в младенчестве, пока мы учились пользоваться ушами, — просто мы позабыли об этом.

Еще пример: наверное, вы по себе знаете, какой это восторг — впервые поймать взгляд новорожденного. Контакт глаз длится мгновения, но наполняет вас чистой радостью от осознания, что вы — одно из первых существ, которых увидел новоприбывший в наш мир малыш. А если бы выяснилось, что вы вообще невидимы? Чтобы вас увидеть, нужен навык зрения. По моему предположению, зрение — это навык, требующий развития. Мозг воспринимает квадриллионы поступающих от глаз импульсов и в конечном счете обучается извлекать паттерны из всей массы сигналов, а потом из этих извлеченных паттернов извлекать паттерны следующего порядка, потом следующего… пока в конце концов все эти паттерны не сложатся в итоговый, переживаемый нами как зрение. Мозгу надо научиться видеть, точно так же, как он учится владеть руками и ногами. Новорожденный младенец понятия не имеет, как танцевать свинг, — точно так же он не имеет и субъективного качества зрения. Каждому младенцу приходится учиться использовать набор данных нам природой органов чувств. Принципы, заложенные в этом самообучении, могли бы позволить нам овладеть и новыми органами чувств.

***

Сама по себе непреодолимая неспособность представить себе новую разновидность цвета феноменально показательна. Это яркое свидетельство того, что наше восприятие ставит нам преграду, которую мы не в состоянии преодолеть. Так что если нам и удастся доказать саму возможность обрести новое чувство, мы не сможем объяснить его другому. Например, чтобы получить представление о багряном цвете, вы должны приобрести опыт его восприятия. Никакие академические описания не помогут человеку без цветовосприятия понять, что такое багрянец. Точно так же бесполезно объяснять незрячему от рождения человеку, что такое видеть. Можно перепробовать все, что только удастся придумать, а он даже может прикинуться, что понимает, о чем вы толкуете. Хотя в принципе все попытки бесполезны. Чтобы понять, что такое зрение, надо испытать это ощущение.

Точно так же и с принципиально новыми видами чувств — и развитием принципиально новой квалиа: сколько ни старайтесь, вы все равно не сможете донести до других людей свое новое ощущение. Во-первых, для него нет соответствующего общепонятного слова. Как бы вы ни силились, вас не поймут. Язык не может объять необъятное, это прос­то способ обозначения всем известных явлений и объектов. Язык — та же система всеобщего соглашения относительно коллективного опыта. Конечно, ничто не мешает вам попытаться выразить словами ваше новое ощущение, но у других людей нет смысловой основы, чтобы понять ваши объяснения.

В отчете о впечатлениях добровольцев, носивших пояс feelSpace (напом­ню, это устройство через тактильные ощущения указывает направление на магнитный север), авторы эксперимента указывают, что у двоих участников, с их слов, изменилось восприятие. И все же они столкнулись с трудностями, когда пытались описать воспринимаемые ощущения и чувственный опыт пространственного восприятия разных типов. По впечатлениям наблюдателя им настолько не хватало возможностей для описания этого опыта, что выразить свои ощущения хотя бы приблизительно они смогли только через метафоры и сравнения73.

В чем тут проблема — в неспособности объектов исследования внятно изъясняться или в непонятливости экспериментаторов? Как отмечают цитируемые авторы, «им оказалось проще обсуждать изменения в восприятии между собой, чем донести свои ощущения до не испытавших их руководителей эксперимента».

Именно так будут обстоять дела с развитием новых видов чувств. Чтобы понять их суть, нам придется загружать данные в собственный мозг и изучать опыт их переживания. И потому, если через несколько десятков лет вы с новообретенными видами чувств ощутите себя одинокими и непонятыми, правильнее всего будет объединить людей, получающих такие же входные потоки данных, как вы, в сообщество. Тогда вы сможете совместно придумать новое слово для описания вашего внутреннего чувственного опыта (скажем, «зетзенклев»). Оно будет понятно всем в вашем кругу — и никому за его пределами.

***

Есть ли ограничения в количестве новых типов данных, которые мы сможем воспринимать при условии правильного способа их сжатия? Сумеем ли добавить себе шестое чувство за счет входных данных от вибротактильного браслета, а седьмое — в результате прямого подключения к мозгу еще одного входного потока? А потом восьмое — за счет данных с наязычной платы, и девятое, питаемое данными с вибротактильного жилета? Сегодня мы не можем знать, где здесь предел возможного. Все, что нам известно, — это феноменальные таланты мозга распределять свою территорию между входными данными различных видов; мы уже видели выше, как гладко и четко он это проделывает. И, кстати, заметьте, что, когда крысам к соматосенсорной коре подключили инфракрасный датчик, они приобрели способность зрения в инфракрасном диапазоне, но без потери нормальной тактильной чувствительности тела. Так что кора, по всей видимости, предпочитает политике «победителю достается все» содружество чувств, хотя бы и при большем, чем ожидалось, числе миролюбиво настроенных соседей. Тем не менее, учитывая конечность нейронной территории, мы можем предположить, что каждое новое чувство будет снижать разрешающую способность других чувств, а в результате сенсорная мощь нового типа слегка ухудшит уже имеющиеся: скажем, зрение станет чуть менее четким, или слух чуть менее острым, или кожа чуть менее чувствительной. Кто знает? В данном случае наши представления о пределах возможностей мозга — всего лишь чистые предположения и останутся таковыми до тех пор, пока через энное количество лет мы не сможем проверить их практикой.

Сколько бы новых чувств мы себе ни добавили, у нас остается еще один интересный вопрос: будут ли они нести эмоциональную нагрузку? Например, аромат свежеиспеченного лимонного пирога и миазмы от чьих-то испражнений на обочине дороги вызывают весьма различающиеся реакции, их не выразишь нулями и единицами на экране; но в обоих случаях это полноценный эмоциональный отклик.

Чтобы понять, в чем здесь дело, спросим себя, почему пирог пахнет хорошо, а испражнения плохо. В конце концов, входные сигналы в обоих случаях не так чтобы кардинально различаются: молекулы субстанции испаряются в воздух, который доносит их до вашего обоняния. В молекулах как пирога, так и кала нет ничего такого, что изначально делает их запах приятным или отвратительным: это просто плавающие в воздухе молекулы химических субстанций, аналогичные тем, что источают петуньи, кофе, корица, свежая краска, заболоченный речной берег или жареные каштаны. Все эти молекулы связываются с обонятельными рецепторами на слизистой носа.

Но нам нравится запах лимонного пирога, потому что его молекулы возвещают нам о богатом источнике калорий. Запах испражнений омерзителен, поскольку это рассадник патогенов, и эволюция никак не желала, чтобы мы в каких бы то ни было обстоятельствах тащили эту гадость в рот. Точно так же обстоит дело и со зрением: наша зрительная система сталкивается с матрицей фотонов и в зависимости от ее рисунка вы испытаете прилив радости, если фотоны слились в картину зеленого луга, и содрогнетесь при виде обезображенного тела. Таким же образом узоры импульсов во внутреннем ухе доставят вам удовольствие, если в них закодирована сладкозвучная мелодия, близкая вашей культуре, — или ужас, если это кричит от боли ребенок. Эмоции просто отражают значение, которое имеют для вас входные данные в контексте ваших целей и под давлением заповедей эволюции. Какие-то эмоциональные реакции развились в процессе становления нашего вида, а другие порождены приобретенным за жизнь опытом: представим, что вам нравится песенка, звучащая по радио, потому что она напоминает о счастливом свидании в школьные годы, а это платье в гардеробе вам неприятно, потому что вы были в нем, когда вас отвергли.

Если модель имени мистера Картошки корректна и мозг действует подобно универсальной вычислительной машине, это наводит на предположение, что входные данные в конечном счете приобретут ассоциации с определенными эмоциональными переживаниями. Что бы ни представлял собой входной поток и какие бы пути ни приводили его в мозг, он вполне может быть нагружен страстями.

Таким образом, если мы направляем в мозг поток данных из интернета, можно ожидать, что в какой-то момент мы внезапно рассмеемся от удовольствия, или расплачемся от душевной боли, или в приливе страха покроемся гусиной кожей — смотря по тому, как сопрягаются новые данные с нашими целями и амбициями. Представьте, что вы воспринимаете новый поток данных о текущем состоянии фондового рынка. И вдруг проскакивает информация о падении акций технологических компаний, а вы крупно вложились в этот сектор. Вы воспримете это как что-то плохое? Не в когнитивном плане (как осознание финансового краха), а как нечто эмоционально плохое, вроде запаха протухшего мяса или муравьиного укуса? Или, наоборот, представим, что информация несет добрую весть: ваши инвестиции подскочили на 6%. Воспримете вы эту новость как что-то приятное? Не в когнитивном плане, а в виде эмоции удовольствия, как если бы услышали смех ребенка или почувствовали вкус еще теплого печенья с шоколадными капельками?

Если вам кажется странной сама возможность подобных эмоциональных реакций на новые потоки данных, имеет смысл напомнить, что весь смысл нашей жизни складывается из потоков данных, наделенных значимостью в контексте наших целей.

Наконец, уместно задать еще один вопрос, прежде чем мы закруглимся с этой темой. Не будет ли новое чувство подавлять/переполнять нас или вгонять в стресс?

Я так не думаю. Предположим, ваш незрячий друг убеждает вас, что иметь зрение — только подвергаться лишнему стрессу: «Нет, ты только представь, что у тебя появился еще один поток данных! Миллиарды фотонов нескончаемыми валами накатывают на тебя отовсюду аж от самого горизонта. Каково это? Тебя заполоняют ненужные, лишние сведения вроде того, чем занимаются какие-то люди вдали от тебя. Это же никаких нервов не хватит, когда тебя осаждает такой густой информационный поток, который вдобавок ни на миг не прекращается!»

Зрячего человека зрение не особенно напрягает. Скорее оно нечто среднее между восхитительной приятностью и надоедливой скукой. Вы впускаете его в свою реальность легко и непринужденно, потому что это всего лишь еще один поток данных в числе принимаемых и обрабатываемых мозгом. Вы готовы к новому чувствованию?

В этой главе мы обсуждали формирование новых чувств. Если в процессе эволюции случайные генетические мутации позволяют преобразовывать данные от некоего источника информации в электричес­кие сигналы, мозг может посчитать этот источник новым периферическим устройством «подключи и пользуйся» и начнет дешифровать поступающие от него данные — какими бы они ни были. Например, если подключить глаза к какому-либо лоскутку коры, он станет зрительной корой; если подключить уши — послушно превратится в слуховую; а при подключении тактильных ощущений станет уже соматосенсорной корой. Перед нами одна из остроумнейших уловок Матушки-природы: она так изобретательно сконструировала мозг, что при появлении каждого нового источника данных от мира не появляется нужды заново перекраивать всю архитектуру мозга под новый поток данных. Природа упростила задачу и знай себе придумывает новые периферические устройства: светочувствительные элементы, акселерометры, датчики давления, тепловые ямки, электрорецепторы, магниторецепцию или затейливый нос с осязательными наростами-пальчиками в количестве двадцати двух, или еще что-нибудь хитроумное, что нашепчет ей буйная фантазия.

И прочее, что только ни напридумывают в следующий раз ее дети.

Как мы видели на примерах кохлеарных имплантатов Майкла Хорос­та и ретинального имплантата Терри Биланда, каждый из нас может воспользоваться благами гибкости мозга, заменив первоначальное периферическое устройство (если оно вышло из строя) на искусственное. При этом устройству-заменителю не требуется говорить на языке мозга, достаточно использовать близкий диалект. А мозг сам разберется, что с этим делать и каким образом.

Далее мы продвинули идею еще на шаг вперед и оценили мощь сенсорного замещения. Способность мозга перестраиваться наделяет его колоссальной гибкостью: он динамически настраивается, чтобы усваивать и использовать новые данные. Это позволяет нам применять электронную плату для передачи зрительной информации через язык, вибро­моторчики — чтобы питать слух через осязание кожей, сотовые телефоны — для доставки потоков видеоданных через уши. Кроме того, подобные периферические устройства помогают наделять мозг новыми способностями, в чем мы убедились на примере сенсорного расширения (когда мы расширяем возможности имеющегося у нас чувства), а также сенсорного дополнения (когда мы подключаем мозг к потоку данных совершенно нового для нас типа). Подобные устройства быстро перепрыгнули из разряда громоздких, пристегнутых кабелями к компьютеру, в разряд носимых на теле элегантных беспроводных аксессуаров. И этот стремительный прогресс будет сильнее способствовать росту их использования и изучения, чем любые прорывы в фундаментальной науке.

Как мы увидим в следующих главах, мозг реорганизует схему нейронной сети в стремлении добиться оптимальной репрезентации внешнего мира. Поэтому стоит предоставить ему возможность питаться новыми полезными данными — он сразу обучится постигать их. Правда, к этому прикладываются два условия, к которым мы еще вернемся: данные нового типа усваиваются мозгом лучше, когда они связаны с целями пользователя и согласуются с его действиями.

Современный уровень знаний открывает нам реальные, безгранично разнообразные возможности для сенсорного расширения: зрение в других частях электромагнитного спектра, ультразвуковой слух, подключение к невидимым глазу внутренним переменам в физиологии собственного организма. Кого-то обеспокоит вопрос, а не приведут ли такого сорта технологии к двухуровневому обществу: обладающих новыми сенсорными возможностями и не имеющих таковых. На мой взгляд, риск экономической стратификации общества по данному критерию мал, поскольку сенсорно-расширительные устройства недороги. Подобно тому как технологическая революция принесла смартфоны во все уголки земного шара (в большинстве стран далеко обогнав революцию в области персональных компьютеров), сенсорная технология может быть развернута в масштабах всего мира, причем с меньшими затратами, чем те, что потребовались для распространения смартфонов. Нет, эта технология не есть удел только богатых.

Напротив, подозреваю, что будущее примет еще более причудливые формы, чем примитивное разделение на обладателей и необладателей подобных устройств: в игру вступят различные вкусовые предпочтения. Если сегодня смартфоны ровным слоем покрыли всю планету, то сенсорное расширение увлекает нас в будущее, где разные люди обладают сверхчувствами разного рода. Представьте, что вы наделены сверхспособностью предвосхищать поведение нефтяных фьючерсов, ваш сосед натренирован на восприятие функционального состояния космической станции, а ваша матушка возделывает свой сад, руководствуясь поразительной способностью воспринимать ультрафиолетовое излучение. Не подойдем ли мы к грани, образно говоря, внутривидового видообразования, когда наш вид разделится на множество подвидов? Кто может это знать? В лучшем случае воображение подсказывает нам сценарий в голливудских традициях, где супергерои, каждый со своей уникальной сверхспособностью, объединяются, словно фрагменты пазла, на борьбу с главным злодеем.

Дело в том, что будущее в принципе предсказывать трудно. Как бы ни складывались обстоятельства, одно из них на нашем пути к горизонтам будущего более или менее ясно: чем дальше, тем чаще мы будем сами выбирать, какие периферии plug-and-play подключать к своему телу. Мы больше не тот естественно-биологический вид, который обречен миллионами лет дожидаться очередного дара Матери-природы. Нет, как всякий заботливый родитель, она наделила нас мыслительными способностями и предоставила нам возможность по собственному разумению строить свой чувственный опыт (рис. 4.20).

Все рассмотренные примеры касаются случаев, когда наши органы чувств направляют мозгу входные данные для последующей обработки. А как насчет другой его обязанности — генерировать выходные сигналы конечностям тела? Насколько гибок мозг в данном аспекте? Могли бы вы украсить себя дополнительными парами рук, механическими ногами или, скажем, присоединить к себе робота, чтобы он действовал на другом конце света, подчиняясь силе вашей мысли?

Хорошие вопросы, вы не находите?

ГЛАВА 5

КАК РАЗДОБЫТЬ СЕБЕ ТЕЛО ПОЛУЧШЕ

Соблаговолит ли реальный док Ок проголосовать «за» всеми руками?

В третьем выпуске комикса «Удивительный Человек-паук» (дата релиза — июль 1963 года) ученый Отто Гюнтер Октавиус подключает к мозгу устройство, позволяющее управлять четырьмя дополнительными руками-роботами. Металлические щупальца обеспечивают такую же точность движений, как естественные конечности, благодаря чему ученый может безопасно для себя работать с радиоактивными материалами. Каждая роборука действует самостоятельно — как у вас, когда вы одной рукой держите руль, другой меняете радиостанцию на магнитоле, а ногой тем временем давите на газ.

К несчастью для доктора Октавиуса, произошедший из-за случайной утечки радиации взрыв повреждает его мозг, чем обрекает на жизнь злодея-преступника и заклятого врага Человека-паука. Движимый новообретенным осознанием собственного бессмертия, доктор Октавиус начинает использовать дополнительные руки-щупальца с дурными целями: вскрывает сейфы, карабкается по стенам зданий и осваивает новые методы многорукопашного боя. В своей новой личине он приобретает дурную славу как доктор Осьминог, или док Ок.

Когда в 1963 году вышел этот выпуск комикса, сама идея, что к мозгу можно напрямую подключить роботизированные конечности и легко управлять ими, как «родными» руками, воспринималась исключительно как научная фантастика. Поражает, однако, скорость, с какой данная идея перешагнула из области фантастики в реальную жизнь.

***

Выше мы видели, что мозг реорганизует себя, если его владелец теряет конечность, как в случае, когда по прихоти войны скрестились пути мушкетной пули и руки доблестного Горацио Нельсона. Но мы коснулись этой истории только в части входных данных. На выходе управляющая движениями тела кора (моторная карта) тоже адаптировалась. Когда нервная система догадывается, что утратила контроль над ранее имевшейся конечностью, кортикальная проекция утраченной конечности сжимается1. Мозг перестраивается под соответствие новому плану тела.

Рассмотрим случай женщины — условно назовем ее Лаурой, — которая в результате серьезной травмы потеряла кисть руки2. Ее первичная моторная кора в течение каких-то недель начала трансформироваться. Моторные зоны соседних с кистью руки мышц (ее бицепсы и трицепсы) мало-помалу аннексировали кортикальную территорию, ранее отвечавшую за кисть. Можно выразиться и по-другому: нейронам, которые прежде приводили в действие кисть руки Лауры, переписали должностные инструкции и подключили эти нейроны к бригаде, отвечающей за движение мышц плеча. Позже ученые изучили моторную карту Лауры, через череп посылая внутрь мозга слабые магнитные импульсы (неинвазивный метод транскраниальной магнитной стимуляции) и отмечая, какие мышцы сокращаются в ответ. Метод позволил определить, что за несколько недель кортикальная область, отвечающая за мышцы плеча, расширилась.

В следующих главах мы разберем, каким образом мозг проделывает такой финт, а пока сосредоточимся на вопросе: почему моторная система адаптируется подобным образом? Отвечаю: моторные зоны оптимизируют себя под управление наличным двигательным «оборудованием». Данный принцип открывает двери множеству возможных вариантов планов тела.

Никакой стандартной кальки!

Если обозреть животное царство, обнаружится великое разнообразие причудливых форм и типов конституции тела — от муравьеда до крота-звездорыла, от ленивца до рыбы-дракона, от осьминога до утконоса.

Но вот загадка: все твари в нашем животном царстве (в том числе и люди) обладают на удивление похожими геномами.

Как удивительные создания природы исхитряются искусно владеть настолько разнообразным двигательным инструментарием — хватательными хвостами, острыми когтями, необычной формы гортанями, щупальцами, усами и усиками, хоботами и крыльями? Почему горные козлы умеют шустро взбегать по головокружительным скалистым склонам? А совы — пикировать точнехонько на зазевавшуюся в ночных потемках мышь? И как лягушки навострились так ловко ловить языком мушек?

Чтобы понять это, обратимся к модели мозга имени мистера Картофельная Голова, подразумевающей, что к мозгу можно приторочить самые разные устройства ввода данных, как, впрочем, и вывода. В этом смысле Мать-природа позволяет себе экспериментировать с самыми немыслимыми моторными технологиями plug-and-play. Фундаментальные принципы действия мозга не требуется каждый раз перестраивать под ту или иную двигательную периферию — будь то пальцы, ласты или плавники; две ноги, четыре или все восемь; руки, когтистые лапы или крылья. Двигательная система сама придумывает, как приводить в действие доступные ей механизмы.

Возможно, в этом месте вы воскликнете: «Погодите-ка, есть вопрос! Если тела способны принимать самые странные формы, повинуясь случайному щелчку генома, почему мы не видим людей, родившихся с необычными вариациями строения тела?»

В том-то и дело, что видим. Например, иногда дети рождаются с хвос­том3 (рис. 5.1), доказывая тем самым, с какой легкостью костяшки генетического домино опрокидываются, вызывая необычные вариации планов тела.

Помимо хвоста у новорожденного могут присутствовать лишние конечности. Например, в Шанхае не так давно на свет появился мальчик Цзе-Цзе с полностью развитой третьей рукой4. Помимо правой руки у ребенка две нормально развитые левые руки, одна чуть впереди и ниже другой (рис. 5.2).

Иногда причиной подобных аномалий становится близнец-паразит: это когда зародыш одного близнеца слишком слаб для нормального развития и его поглощает более сильный, здоровый зародыш. Только у Цзе-Цзе случай совсем другой: это его генетическая программа велела телу вырастить третью руку. Бригада китайских хирургов провела малышу многочасовую операцию по удалению «внутренней» левой руки — трудное решение, поскольку обе левые руки были хорошо развиты. Чаще всего дополнительная конечность сморщена и явно недоразвита, что облегчает врачам выбор, которую из двух удалить. Между тем у каждой из двух левых ручек Цзе-Цзе имелась своя лопатка, что повышало сложность и риски операции.

Хвост или лишняя конечность у новорожденных показывают, что строение тела может специфически и явно меняться под действием крохотных генетических искажений. Стоит ли говорить, что такого рода генетические колебания, хотя и слабовыраженные, наблюдаются везде и повсюду вокруг нас: у кого-то руки длиннее обычного или пальцы коротковаты, большой палец ноги короче соседнего, полнее бедра или шире плечи.

Кстати, хотя наши ближайшие родичи шимпанзе генетически поч­ти нам идентичны, строением тела они во многом отличаются от нас: у них выше располагается точка фиксации двуглавой мышцы плеча, бедра сильнее развернуты наружу, а пальцы нижних конечностей длиннее, чем у нас. Расположенному в темном тронном зале мозгу обезьяны легко заставить ее тело раскачиваться на деревьях и ходить на костяшках пальцев, а человеческому мозгу нетрудно понять, как соревноваться в пинг-понге и танцевать сальсу. В обоих случаях мозг элегантно определяет, как лучше всего управлять телом, в которое он встроен.

Мы поймем всю мощь этого принципа, если обратимся к примеру Мэтта Штуцмана, человека, родившегося без рук (рис. 5.3). Еще в юнос­ти его очень увлекла стрельба из лука, и он обучился управляться с луком и стрелами при помощи пальцев ног.

Плавным движением пальцев ноги Мэтт накладывает стрелу на тетиву, затем правой ногой поднимает лук — вся конструкция лямкой крепится к плечу, позволяя поднимать лук на уровень глаз. Затем ногой же натягивает тетиву, выдвигая ногу вперед, и, поймав мишень в прицел, выпускает стрелу. Мэтт не просто талантлив в стрельбе из лука, он лучший в мире лучник: на момент написания книги держит мировой рекорд в самой длинной непрерывной серии точных выстрелов из лука. Думается, не такое будущее могли бы напророчить безрукому младенцу врачи. Вероятно, они недооценивали, на какие ухищрения готов пойти его мозг, чтобы приспособить свои ресурсы к решению задач внешнего мира.

Примеры подобной гибкости мозга во множестве наблюдаются среди животного мира. Так, у собаки Фэйт от рождения нет передних лап, и она с самого щенячества училась передвигаться на задних лапах, то есть бипедально, как человек. Хотя мы могли бы предположить, что собачий мозг генетически запрограммирован под четвероногую локомоцию тела с полагающимся собаке строением, Фэйт демонстрирует нам великую готовность мозга передвигать по миру вверенное ему тело, обходясь тем двигательным аппаратом, какой дала нещедрая природа (рис. 5.4).

Случаи безрукого лучника и двуногой собаки ярко высвечивают тот факт, что мозг не предназначен заранее для некоего конкретного тела, а вместо того сам адаптируется к уже имеющемуся, чтобы обеспечить ему движение, взаимодействие с миром и выживание. Действие этого принципа не ограничивается телом, в котором вы рождены, а распространяется на все возможности, какие может подбросить судьба. Посмотрите на Сэра Блейка, бульдога из Калифорнии, который освоил катание на скейтборде (рис. 5.5). Пес вспрыгивает на доску и отталкивается от земли передней лапой, чтобы разогнаться. Набрав скорость, он аккуратно ставит лапу на скейтборд и весь отдается езде. Как и человек, Сэр Блейк искусно смещает вес тела, чтобы объезжать препятствия. А как накатается, ждет, пока скейтборд почти остановится, и соскакивает с него. В эволюционной истории собаки нет даже намека на присутствие колес, поэтому пример Сэра Блейка подчеркивает способность мозга адаптироваться под новые возможности.

Вот еще пример: собака по кличке Шугар (Сахарок) освоила искусство серфинга (рис. 5.6) и даже удостоилась места на Международной аллее славы собак-серферов. Если отвлечься от Шугар, впору бы удивиться, что на свете есть такая аллея. Собачьи мозги обычно не подвергают глубоким научным исследованиям навыка маневрирования на лонгборде не хуже человека — а могли бы. Главное, чтобы собаке подвернулась возможность, а ее двигательные системы сами разберутся, как и что делать.

Сэр Блейк, Шугар и их менее удачливые соперники феноменально искусны в катании по улицам и по волнам, а в иных случаях даже заткнут за пояс некий креативный биологический вид (не будем показывать пальцами), который изобрел эти спортивные занятия. Как собакам удается достичь таких вершин мастерства?

Моторный лепет

Младенец учится использовать рот и дыхание для формирования речи без помощи генов и Википедии — он просто лепечет. Звуки вылетают из крохотного ротика, и маленькие ушки улавливают их, а мозг сравнивает, насколько близки издаваемые им звуки тем, которые он слышит от родителей. Здесь малышу очень на пользу восторги пап и мам, когда у него получается произнести определенные сочетания звуков, как и отсутствие позитивного отклика на другие звуковые комбинации. Таким образом, постоянная обратная связь помогает ребенку улучшать навык речи, пока он не начнет гладко изъясняться на английском, китайском, бенгальском, яванском, амхарском, чукотском или любом другом из семи с лишним тысяч языков, на которых говорят обитатели нашей планеты.

Точно так же мозг младенца учится моторным движениям — посредством моторного лепета.

Понаблюдайте за младенцем в кроватке. Сколько хаотических движений он совершает: то пытается укусить большой пальчик на ножке, то стукается обо что-то лбом или дергает себя за волосики, сгибает-разгибает пальчики и прочее в том же духе. Так он учится сопоставлять свои действия c получаемыми в результате сенсорными ощущениями, то есть понимать язык собственного тела: он подмечает, как исходящие вложенные усилия связаны со следующими сигналами. Подобным образом мы все в какой-то момент научаемся ходить, отправлять в рот сладкие земляничины, держаться на поверхности воды в бассейне, висеть на перекладинах турника и прыгать «ноги вместе — ноги врозь».

Но, что еще больше радует, ту же нехитрую методу обучения мы пускаем в ход, когда добавляем нашему телу всевозможные расширения. Возьмем катание на велосипеде — эволюция, конструируя наш геном, даже не мыслила, что будет изобретено такое средство передвижения. На заре нашего биологического вида мозг человека больше приспосабливался лазать по деревьям, притаскивать в пещеру пищу, мастерить примитивные орудия и ходить на большие расстояния. Успешная езда на велосипеде предъявляет нам новый набор вызовов: удерживать корпус в равновесии, менять направление движением рук и мгновенно останавливаться, сжимая пальцы. Невзирая на все эти хитрости, любой семилетний мальчишка может продемонстрировать, что добавленное к плану тела расширение (велосипед) легко и непринужденно присоединяется к имеющемуся в моторной коре эскизу тела.

Но обычными велосипедами дело не ограничивается. Инженер-механик Дестин Сэндлин получил от приятеля весьма оригинальное транспортное средство: при повороте руля влево переднее колесо благодаря хитро сконструированной цепной передаче поворачивается вовсе даже вправо (рис. 5.7). И наоборот. Дестин искренне верил, что ему не составит труда освоить затейливый подарок, потому что концепция проста и понятна: поворачивай руль в сторону, противоположную желаемой, и все дела. Как оказалось, ездить на таком велосипеде невыносимо сложно, потому что для этого потребовалось разучиться нормально управлять рулевым колесом. Дестин убедился, что натренировать двигательную кору на новый способ руления гораздо труднее, чем постичь разумом, как это делается, ведь сам принцип работы он знал. Это, однако, не означало, что у него получается правильно рулить велосипедом на практике.

И все же Дестин начал понемногу приобретать сноровку. При каждой попытке совершить какое-либо действие внешний мир присылал ему обратную связь (заваливаешься влево; сейчас врежешься в почтовый ящик; тебя несет под колеса грузовика), сообразуясь с которой Дестин корректировал последующие движения. Через несколько недель ежедневной практики он уже вполне сносно ездил. Чудо-велосипед он освоил тем же способом, каким дети учатся ездить на обычном: через моторный лепет.

Если вам случалось водить машину в другой стране с непривычной для вас стороной движения и нетрадиционным расположением руля, вы знаете, какое это тяжкое испытание. Например, если вы привыкли к правостороннему движению и оказались в Великобритании, где оно левостороннее (или наоборот), то много раз по ошибке свернете не так и не туда, прежде чем адаптируетесь к новым условиям. Но в конечном счете все равно освоите езду, потому что ваша зрительная система подмечает последствия каждого действия и соответственно корректирует их. Если все пойдет хорошо, нервная система успеет внести нужные поправки в ваши действия, прежде чем вы въедете в стог сена.

***

Наверное, кажется странным, что мы способны обучаться управлять телом разными способами, притом что двигательная кора у нас одна. К счастью, мозг по контексту безошибочно угадывает, какую программу запускать. Он применяет соответствующую схему (шаблоны для организации разных категорий информации), и в результате вы при езде на велосипеде двигаете себя вперед за счет круговых движений бедер, а при беге трусцой машете руками и поочередно переступаете ногами.

Вот пример, как я недавно заставил себя на уровне сознания испытать наличие такой схемы в собственной голове. В моем грузовичке отвалилось зеркало заднего вида. Я собирался тут же устранить поломку, но был настолько погружен в написание этой книги, что несколько недель вообще ездил без зеркала. В конце концов я все же выкроил время заехать в автосервис, потому что одна маленькая странность буквально сводила меня с ума: когда я был за рулем, мой взгляд сам собой то и дело устремлялся вправо и вверх и я ловил себя на том, что смотрю на кроны деревьев по обочине дороги. Очевидно, что глаза привычно обращались туда, где раньше висело зеркало, с намерением оценить обстановку сзади. Но, разумеется, на кухне, в офисе или в спортзале я никогда не стреляю глазами вверх и вправо, желая выяснить, что творится у меня за спиной; это происходит, только когда я еду за рулем. Интересно, что я совершенно не отдавал себе отчета в том, что такая схема всегда присутствовала в моей голове, хотя она в каждый момент оценивала возможности маневра, учитывая положение других участников движения, и соответствующим образом корректировала мои двигательные функции. Точно так же во время пробежек я никогда не сжимаю пальцы, чтобы остановиться, а при езде на велосипеде не поднимаю ногу, чтобы через что-то перешагнуть.

Аналогично и мозг Дестина выучил новую схему. Когда он наконец-то освоил «неправильный» велосипед, выяснилось, что ездить на обычном, правильном, он не способен. Правда, длилось это недолго, и, немного попрактиковавшись, Дестин вернул себе навык езды на обычном велосипеде. Теперь он легко пересаживается с одного на другой, а мозг просто следует той или иной схеме, чтобы приводить в действие мышцы сообразно контексту.

Но вернемся к моторному лепету. Он не только служит для младенцев и велосипедистов способом научиться правильно двигаться, но и подарил продуктивный подход робототехнике. Подводный робот Starfish («Морская звезда») на ходу выстраивает модель своего «тела» и в процессе учится, какие движения ему доступны (рис. 5.8). Программирования в традиционном смысле ему не требуется; он самостоятельно изучает свое устройство5.

Как младенец сучит ручками-ножками, так Starfish пробует осущест­вить какое-то движение и оценивает последствия: по показаниям гироскопов определяет, насколько при этом наклонилось центральное «тело». Вытягивая конечность, робот не получает информации ни о своем строении, ни о характере взаимодействия с внешней средой, но обратная связь сужает пространство возможностей: иными словами, сокращает число вариантов для построения гипотезы о том, что он собой представляет. Затем настает черед следующего движения, но оно будет неслучайным, поскольку робот постарается еще четче очертить границы оставшихся после предыдущего движения гипотез.

Выбирая каждое последующее движение так, чтобы еще сильнее раздробить поле гипотетических возможностей, Starfish все больше проясняет картину строения своего «тела»6.

Самообучаясь, робот привыкает использовать собственные приводы, и если вы отсоедините одну его конечность, он переосмыслит модель своего строения с учетом ее отсутствия. Как Терминатор: когда Сара Коннор сожгла его и переломала ему ноги, он продолжал функционировать, хотя уже с другим строением тела, и по-прежнему преследовал свою цель.

Создавать самообучающихся роботов — путь более эффективный и гибкий, чем программирование на предустановленный набор движений. Вот и Мать-природа, располагая всего несколькими десятками тысяч генов для конструирования живых тварей, по всей видимости, не может спрограммировать весь спектр потенциальных действий, которые они могли бы производить в условиях реальной жизни. Какой же у нее остается выход? Правильно, выстроить систему, которая сама себя познает.

Именно эта остроумная придумка позволяет серферам и скейтбордистам собачьего племени оттачивать свое мастерство. Они пробуют различные варианты движений, положений тела, поз и равновесий (мотор­ные пробы) — и оценивают результат. Если я наклонюсь влево, смогу ли я удержаться на волне или плюхнусь в холодную воду? Если я буду отталкиваться задней лапой, опираясь на три другие, продолжит ли эта доска ехать, а хозяин верещать от восторга или я с размаху врежусь в пожарный гидрант? Обратная связь позволяет моторной системе отрегулировать миллионы параметров и в следующий раз действовать успешнее. Таким образом организм выстраивает модель своего взаимодействия с реальностью. Он усваивает свои возможности и результаты действий, делая поправку на окружающую среду. Через эту непрерывно действующую петлю обратной связи между внутренним и внешним миром младенцы, собаки-легкоатлеты и робот Starfish учатся ориентироваться в строении своего тела.

Петля обратной связи, позволяющая оценить последствия выполненного действия, дает ключ к пониманию не только моторных, но и социальных проб. Задумайтесь о том, как вы учились (и продолжаете учиться) общению с другими людьми. Вы все время предъявляете миру то или иное социальное действие, оцениваете обратную связь и адаптируете к тем или иным обстоятельствам свое поведение. В молодости мы скитаемся в пространстве возможностей, примеряя к жизненным перипетиям те или иные проявления своего характера. Не лучше ли отнестись к этой ситуации с юмором? А в этой — вызывающе скрестить на груди руки? А может, лучше расплакаться и вызвать сочувствие? Однажды поступив определенным образом в конкретной ситуации, мы понимаем, что это был действенный шаг, и в дальнейшем склонны придерживаться такой линии поведения, пока обстоятельства не потребуют обновить ее. И точно так же, как человек, который то ездит на горном велосипеде, то катается на коньках или летает на дельтаплане, мы усваиваем разные схемы поведения в разных социальных ситуациях. В младенчестве мы опирались на обратную связь от своих движений и точно так же в сознательном возрасте действуем сообразно социальной обратной связи. Спасет ли конкретную ситуацию твердое руководство? Добьюсь ли я своего добрым словом? Правда ли, что этот соленый анекдот пройдет на ура в гостях, а на совещании у начальства только опозорит меня?

Непрерывное тестирование реальности — прокатит или не прокатит? — возможно, также является для нас способом обучаться мыслить. С позиций вашего мозга мышление имеет замечательное сходство с движениями. Буря нейронной активности, заставляющая вашу руку подняться, мало чем отличается от нейронной бури, которая зарождается в мозге, когда вы обдумываете, как утешить отчаявшегося друга, удивляетесь, куда мог подеваться проклятый носок, или прикидываете, что заказать на обед. Для мозга и обдумывать что-то, и поднимать руку или ногу — все едино; как мозг отдает распоряжения пнуть, нырнуть или схватить, так, вероятно, мышление дает нам команды следовать тем или иным путем в мысленном пространстве. Проще говоря, в процессе мышления вы передвигаете не чашки с кофе, а понятия, складываете не салфетки, а идеи и представления. И начинается мышление с тех же самых проб: вы генерируете мысль и оцениваете ее последствия. Многие мысли хорошо вписываются в реалии мира («Если я потяну за этот шнур, заработает газонокосилка»), тогда как от других мыслей ни толку ни проку («Что будет, если я швырну блинчик через стол?»). Подобно движениям и речи, мышление учится наилучшим образом функционировать в этом мире.

Возвращаюсь к Сэру Блейку, Шугар и их спортивным соперникам. Можно не только получать удовольствие, наблюдая за ними, но и обратить внимание на важный принцип: если генетические причуды дали собаке две лапы вместо четырех, если она вдобавок к лапам нежданно-негаданно разжилась колесиками или доской для серфинга в дополнение к скелету, ее мозгу нет нужды внутренне реконструироваться — он просто перенастроится.

Представьте, как плодотворна такая стратегия для создания биоразнообразия. Мозгу с его нейронными связями не нужно целиком и полностью меняться при каждом генетическом изменении в строении тела. Он приспосабливается к переменам. Именно это свойство мозга помогло эволюции так успешно создавать живых тварей под любые условия обитания. Неважно, что подходит данной среде — копыта или ноги, плавники или руки, хоботы или хвосты, когти или пальцы, — Матери-природе в любом случае не придется прилагать лишних усилий, чтобы приспособить новое существо к нормальной жизни. Эволюция, в сущности, не способна работать по-другому: она попросту не смогла бы так расторопно действовать, не будь ей так легко варьировать строение тел, а мозгу — без труда подстраиваться под эти вариации.

***

Столь обширная гибкость мозга объясняет, почему мы так легко водворяемся в новые тела. Вспомним Эллен Рипли, героиню фильма «Чужой». В кульминационной сцене она в смертельной схватке с мерзким, скользким Чужим забирается в гигантский робот-скафандр, который усиливает ее движения мощными металлическими конечностями наподобие человеческих. Поначалу Эллен неуклюже пошатывается, но, немного попрактиковавшись, уже может наносить сокрушительные удары по сочащимся слизью сусалам Чужого. Рипли быстро учится владеть новым гигантским телом, благо ее мозг корректирует взаимосвязи между ее командами скафандру («Замахнуться рукой!») и входными сигналами («Где теперь эта огромная правая ручища?», «Не слишком ли сильно меня кренит влево?»). Подобные новые связи легко усваиваются, что демонстрируют своим примером операторы вилочных погрузчиков, крановщики и хирурги-лапароскописты — все они каждое утро приходят на работу, чтобы ловко управлять своими затейливыми «новыми телами». Обладай мозг Эллен Рипли узкой специализацией управлять только двухметровым человеческим телом стандартного образца, она пошла бы на закуску Чужому.

Мой пример взят из научной фантастики, но принцип, лежащий в его основе, применим к роликовым конькам, одноколесным велосипедам, креслам на колесиках, доскам для cерфинга, сегвеям, скейтбордам и сотням других устройств, которые мы подвязываем, пристегиваем или иным способом прикрепляем к телу в качестве его продолжения. Специфические особенности этих устройств, их вес, сочленения, двигательные возможности и управление ими — словом, все, что мы можем с ними делать, — находят путь к нашему мозгу и встраиваются в его нейронную сеть. На заре авиации пилоты с помощью тросов и рычагов превращали крылатые машины в продолжение своего тела7. Разумеется, нечто очень похожее проделывают современные летчики: их мозг выстраивает внутри себя представительство авиалайнера, воспринимая его как часть тела. То же самое происходит у пианиста-виртуоза, вальщика леса с бензопилой и пилота дрона: мозг встраивает в себя их рабочий инструмент как естественное расширение тела и соображает, как этим инструментом управлять. Трость слепца при движении не просто выставлена вперед, а встроена в его нейронные связи.

Теперь задумайтесь, какие перспективы все это откроет перед человечеством в ближайшем будущем. Как вам идея дистанционно управлять роботом, причем только силой мозговой активности? В отличие от Эллен Рипли, вам даже переселяться в него не придется: вы будете не совершать движение, а просто думать его. Если захотите, чтобы робот поднял руку, он тут же сделает это. А если пожелаете присесть на корточки, выполнить пируэт или подпрыгнуть, робот исполнит вашу мысленную команду мгновенно и безошибочно. Это из области фантастики, скажете вы. Вовсе нет, мы с вами уже на пути в нашу ближайшую реальность.

Моторная кора, маршмеллоу и Луна

В начале декабря 1995 года Жан-Доминик Боби находился на вершине успеха: он был главным редактором знаменитого журнала Elle и вращался в высших кругах французского общества.

И вдруг, как гром среди ясного неба, Боби поразил тяжелейший инсульт, после которого от погрузился в глубокую кому.

Двадцать дней спустя Жан-Доминик вышел из комы. Он находился в ясном сознании, видел и понимал, что происходит вокруг, слышал речь находившихся в его палате людей — но не мог двигаться. Не мог шевельнуть рукой или ногой, пальцами, мышцами лица, не мог издать ни звука, ни крика. Во всем теле ему не отказался служить единственный маленький орган — левое веко. В остальном Боби оказался в заточении своего неподвижного тела.

Со временем, благодаря усилиям и терпению двух настойчивых врачей-терапевтов, Боби сумел восстановить общение с миром, но очень заторможенное. Нет, дар речи к нему не вернулся, но он мог поднимать и опускать действующее левое веко. Одна из терапевтов медленно произносила буквы французского алфавита в порядке частоты их употребления в языке, а Боби опускал веко, когда она доходила до нужной буквы. Врач записывала букву и заново начинала перечисление. В результате, с мучительной медлительностью — по две минуты на слово, Боби снова начал общаться. Беспримерное терпение помогло ему надиктовать книгу, где он рассказал, каково живется с синдромом «запертого человека». Живость и изящество слога составляли разительный контраст с бесчувствием его тела. Боби сумел с максимальной силой выразить муки, которые испытывает человек, лишенный общения с миром. Он описал, например, пронзительную тоску от вида забытой его помощницей сумочки, в полуоткрытом нутре которой виднелись ключ от номера в отеле, билет в метро и стофранковая купюра. Бесхитростные и обыденные, эти предметы напоминали ему о жизни, проявлений которой ему больше никогда не испытать.

Книга Боби «Скафандр и бабочка»[36] увидела свет в марте 1997 года. В первую же неделю было продано 150 тысяч экземпляров, и книгу признали бестселлером номер один по всей Европе. Через два дня после выхода книги автора не стало. Миллионы людей вот уже долгие годы не могут без слез читать исповедь Боби. Перелистывая ее страницы, они, наверное, впервые в жизни начинают ценить простое удовольствие от того, что у них нормально функционирует командный центр и играючи управляется с громоздкими мясистыми конечностями, причем так искусно, что мы пребываем в блаженном неведении о сложнейших операциях, происходящих под сводами нашего черепа.

Почему Боби утратил способность двигаться? В нормальных обстоятельствах, когда мозг решает пошевелить вашей рукой, соответствующий паттерн нейронной активности посылает двигательную команду по нисходящим проводящим путям в спинной мозг, а оттуда — периферическим нервным волокнам, где электрические сигналы преобразуются, выделяя нейромедиаторы, которые заставляют мышцы сокращаться. Но у Боби сигналы не могли покинуть мозг, чтобы совершить далекое путешествие по нервным путям к телу. Его мышцы не получали никаких команд.

Надо надеяться, в будущем мы научимся исцелять спинной мозг, но на данный момент не умеем этого делать. В итоге тут видится единственный выход: а что, если бы у врачей была возможность не отслеживать моргания Боби, а напрямую измерять импульсы в его мозге? Что, если бы нам удалось перехватить и понять команды, которые нейронные цепочки пытаются отправлять мышцам, а потом в обход поврежденных тканей донести эти послания до мышц и заставить их выполнять соответствующие действия?

Через год после смерти Боби исследователи из Университета Эмори имплантировали интерфейс «мозг — компьютер» Джонни Рэю, пациенту с синдромом «запертого человека», и тот прожил достаточно времени, чтобы обучиться управлять компьютерным курсором, просто воображая нужное действие8. Его моторная кора лишилась возможности передавать сигналы через поврежденный спинной мозг, зато их воспринимал и передавал компьютеру имплантат.

К 2006 году парализованный американский футболист Мэтт Нэгл научился с большим трудом сжимать и разжимать ладонь искусственной руки (рис. 5.9), регулировать освещение, открывать электронную почту, играть в видеоигру Pong и рисовать окружность на экране компьютера9. Эти способности проявились благодаря вживленной в моторную кору плате размерами 4  4 мм почти с сотней электродов. Мэтт представлял, какое действие совершают его мышцы, мысль активировала моторную кору, позволяя ученым фиксировать активность и более или менее определять, что он хочет сделать.

Пусть технология, которую ученые применили в случаях Джонни и Мэтта, была, как говорится, создана на коленке и не отлажена, но главное в том, что она доказала возможность вернуть парализованным дар движения. К 2011 году группе нейробиологов из Питтсбургского университета под руководством Эндрю Шварца удалось создать протез руки, почти не уступающей настоящей в восприимчивости и двигательных возможностях.

Участвовать в испытании вызвалась Джен Шойерманн, парализованная в результате спиноцеребеллярной атаксии[37]. С согласия Джен ей провели нейрохирургическую операцию, чтобы дать возможность действовать протезом10. После операции сигналы считываются непосредственно с моторной коры Джен. Теперь она может представить какое-нибудь движение рукой, и протез, повинуясь ее мысли, выполняет его. Располагается протез на некотором отдалении от Джен, что вовсе не меняет дела: чрез провода, соединяющие ее мозг с компьютером и роборукой, женщина может послать ей команду плавно повернуться и взять нужный предмет, притом получается это ничуть не хуже, чем много лет назад, ког­да у Джен действовала собственная рука. В норме, ког­да у нас возникает мысль что-либо сделать рукой, соответствующие сигналы отправляются из моторной коры в спинной мозг и затем по периферическим нервным путям передаются мышечным волокнам. У Джен сигналы, считываемые с ее мозга, путешествуют другим маршрутом — не по нейронным путям к мышечным волокнам, а по проводам, ведущим к моторчикам в протезе. Постепенно Джен приноравливается все лучше и лучше действовать искусственной рукой, отчасти благодаря более совершенной технологии, но также и потому, что ее мозг несколько подправил свою нейронную сеть, чтобы наилучшим образом управлять новой конечностью — точно так же, как если бы это был велосипед с обратным рулем, доска для серфинга или робот-скафандр Эллен Рипли (рис. 5.10).

Как говорит Джен, «если уж на то пошло, я все же больше предпочитаю иметь мозг, чем руки»11. Потому что если у вас есть мозг, то к нему можно пристроить новое тело, а наоборот — никак.

В настоящее время активно разрабатываются интерфейсы «мозг — компьютер» для восстановления подвижности всего тела парализованных12. Так, чтобы вернуть им двигательную способность, группа ученых в рамках международного проекта Walk Again («Вновь ходить») работает над подобием экзоскелета[38] на все тело с головы до пят, которым можно управлять с помощью мысленных команд. По замыслу ученых, парализованному человеку останется только подумать о каком-либо действии, как это делает Джен, и «костюм» это действие выполнит. Для реализации замысла добровольцу планируется имплантировать пластины с высокой плотностью электродов в десять разных областей мозга — в дальнейшем это позволит пациентам канализировать свою мозговую активность, чтобы управлять сложнейшими роботами13.

Ученые из Института медицинских исследований имени Файнштейна в Нью-Йорке в 2016 году избрали несколько другой подход. Ученые перехватывали сигналы моторной коры, чтобы знать, когда она отдает команды мышцам, но информацию направляли не роборуке или костюму, а непосредственно мышцам через установленную на предплечье пациента систему электростимуляции14. Участник эксперимента думает о каком-либо движении руки, и сигналы (пропускаемые через алгоритм машинного обучения для наиболее точной интерпретации бури нейронной активности) обходят стороной повреж­денный участок спинного мозга и перескакивают на мышечный стимулятор. И рука выполняет движение. Парализованные испытуемые могли производить различные движения запястьем и кистью руки: брать предметы, поворачивать их в разные стороны и класть на место, а также двигать пальцами, что позволяло набирать номер на телефоне, использовать клавиатуру и т. п.

***

Идея перенаправлять выходные нервные импульсы к роботизированной руке обладает одним недостатком: мозг не получает обратной сенсорной связи от пальцев. Рука-робот может слишком сильно сдавить яйцо или, наоборот, так слабо, что не удержит, а промашка будет осознана, только когда уже поздно ее исправлять. Так младенец может агукать в наушниках, не слыша, какие звуки производит.

Для устранения данного недостатка следует замкнуть петлю обратной связи. Этого можно достигнуть переключением паттернов активности в соматосенсорную кору. Когда роборука прикасается к предмету, в соматосенсорные области направляется паттерн, эквивалентный прикосновению к кончикам пальцев, и тогда у человека возникает ощущение, что он прикасается к поверхности с конкретной текстурой. Прикосновение к другим предметам позволит ощутить уже другую текстуру. Таким образом человек получает ощущение сенсорного взаимодействия с миром. Его мозг благодаря своей гибкости со временем научится преобразовывать эту схему в полное восприятие роботизированной руки как собственной. Мозг успешнее всего обучается двигать телом при замкнутой петле обратной связи — не только за счет посылаемых сигналов, но и за счет принимаемых, которые подтверждают, что взаимодействие с миром происходит. Например, когда младенец бьет ручкой по деревянным планкам кроватки, он осязает их, видит и слышит звук удара.

Поскольку обучение мозга в основном происходит в таком цикле, неудивительно, что моторная и сенсорная карты, как правило, изменяются параллельно. Например, когда условия эксперимента принуждают обезьян пододвигать к себе лакомство с помощью лопатки (длины руки для этого недостаточно), обе карты в их мозге слегка перестраиваются, чтобы растянуть представительство руки на длину инструмента. Лопатка в буквальном смысле становится частью их тела (рис. 5.11)15. Моторная и сенсорная системы не являются независимыми, напротив, они соединены в непрерывном цикле обратной связи.