Сознание как инстинкт. Загадки мозга: откуда берется психика Газзанига Майкл

Глава 4

Модуль за модулем, развитие мозга

Черная королева: «Здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте! Если же хочешь попасть в другое место, тогда нужно бежать по меньшей мере вдвое быстрее!»

Льюис Кэрролл.«Алиса в зазеркалье»

Наш мозг кажется таким же непрочным, как Музей Гуггенхайма в испанском Бильбао, этом творении Фрэнка Гери, однако, как справедливо указывает сам архитектор, в здании музея протечек не бывает. Сооружение вполне надежно! Гери, гениальный архитектор, расширил наши представления о физических структурах, способных выполнять полезные функции. Наш мозг – тоже физическая структура, выполняющая полезные функции. В хаотичности этой с виду неустойчивой конструкции есть свои закономерности, понятные нам лишь отчасти, а большей частью – непонятные. Несмотря на много веков исследований, никто до конца так и не догадался, каким образом из этого запутанного клубка биологического материала у нас в голове рождается наш повседневный опыт. Ежесекундно в нашем мозгу совершаются мириады электрических, химических и гормональных превращений, а нам это кажется плавным и гармоничным процессом. Возможно ли это? И впрямь: как должен быть устроен мозг, чтобы он мог формировать целостное сознание?

Все на свете имеет свою базовую структуру, а физики распространяют это правило на квантовый уровень (мы еще поговорим об этом в 7 главе). Мы любим разбирать всякие вещи, чтобы посмотреть, почему они работают. Тело и мозг, как и все прочее, состоят из отдельных частей. В этом смысле можно сказать, что мы состоим из модулей, то есть из компонентов, при взаимодействии которых рождается тот самый цельный функционирующий объект нашего внимания. Мы должны разобраться в его частях, причем не только в их комбинациях, но и во взаимодействиях.

То, что наши психические состояния и поведение есть результат некоей совместной деятельности разных частей мозга, сомнений не вызывает. Мысль о мозге, функционирующем как единая структура, которая производит сознательный опыт, на первый взгляд кажется разумной. Даже нобелевский лауреат Чарльз Шеррингтон в начале 1900-х писал о мозге как о «заколдованном ткацком станке»^[1], имея в виду слаженную работу нервной системы по созданию загадочного разума. Однако неврологи, его современники, могли бы пригласить его к себе в больничные отделения, на обход. В их клиниках было полно пациентов, чей поврежденный мозг поведал бы ему совсем другую историю.

Парадокс в том, что существует масса доводов против функционирования мозга как единого целого, хотя все мы кажемся себе неделимыми сущностями – и тем самым на интуитивном уровне подтверждаем модель станка Шеррингтона. Наше неделимое сознание создается как раз тысячами относительно независимых единиц – проще говоря, модулей. Модули представляют собой обособленные и зачастую локализуемые нейронные сети, выполняющие специфические задачи.

Нейробиолог, физик и философ Дональд Маккей однажды заметил, что принцип работы чего-либо гораздо проще понять, когда в этой работе происходит сбой. Как физик он знал, что нередко инженеры быстрее разбирались в принципах работы каких-то устройств, например телевизора, когда картинка нарушалась, а не когда она была четкой и неискаженной^[2]. Точно так же изучение поврежденного мозга помогает лучше понять, как работает мозг здоровый.

Самые убедительные доказательства модульной структуры мозга дает обследование пациентов с поражением мозга. Если пострадают некоторые ограниченные области мозга, то отдельные когнитивные способности могут ухудшиться из-за прекращения работы ответственной за них нейронной сети, в то время как другие сохранятся и будут по-прежнему работать и безупречно выполнять свои задачи. Любопытно, что сознание пациентов с изменениями в мозге при многих отклонениях кажется абсолютно нормальным. Этого не было бы, если бы сознаваемый опыт зависел от идеального функционирования всего мозга в целом. Поскольку моя концепция держится на данном факте (что модули присутствуют везде), мы должны понять, в какой степени для мозга характерно модульное строение.

Возьмем любую, какую хотите, долю мозга у человека после инсульта. Например, при повреждении правой части теменной доли обычно возникает так называемый синдром неглекта (одностороннего пространственного игнорирования). В зависимости от местоположения и величины пораженного участка пациенты с синдромом неглекта ведут себя так, будто левой половины воспринимаемого ими мира, иногда включая левую часть их собственного тела, не существует частично или полностью! Они могут оставить еду на левой половине тарелки, не побриться или не накраситься с левой стороны, нарисовать часы без левой части циферблата, не прочесть левую страницу книжного разворота и не заметить ни людей, ни предметы в левой части комнаты. Иногда они не признают собственные левые руки и ноги, пытаясь встать с кровати без их помощи, хотя их конечности вовсе не парализованы. Некоторые игнорируют левую часть пространства даже в воспоминаниях и воображении^[3]. Судя по тому, что дефицит способностей зависит от размера и локализации пострадавшего участка, повреждение в специфических нейронных цепях приводит к ухудшению работы различных звеньев процесса. В пользу этой гипотезы убедительно говорит картирование функциональной нейроанатомии при подобных поражениях мозга^[4].

Здесь мы сталкиваемся с неожиданным фактом: если сенсорная или двигательная система действительно выходит из строя, то проявляется синдром неглекта, а когда все сенсорные и моторные системы работают в нормальном режиме – то возможна его разновидность, синдром вытормаживания. В этом случае каждое полушарие само по себе работает вроде бы нормально, но если им приходится функционировать одновременно, начинаются ошибки. При этом на подсознательном уровне информация в игнорируемом поле может быть использована!^[5] Стало быть, информация есть, просто пациент не отдает себе в этом отчета. Вот как это происходит. Пациенты с левосторонним пространственным неглектом, которым одновременно подают зрительные сигналы в правое и левое зрительные поля, говорят, что видят только зрительный стимул справа. Но если им показывают стимул только в левом зрительном поле и этот стимул воздействует на те же зоны сетчатки, что и в предыдущем случае, то он воспринимается нормально. Иными словами, в отсутствие конкуренции с нормальной стороны зона неглекта попадает в поле внимания и в область сознательного восприятия! Самое удивительное, что такие пациенты не видят и не ощущают ничего из ряда вон выходящего – они не замечают ни пробелов в восприятии, ни сопряженных с этим проблем.

Тогда в их рассказах о себе, по-видимому, отражается лишь то, что они осознают. А это, в свою очередь, зависит от двух факторов. Во-первых, не работающие нейронные цепи ускользают от их сознания, как будто этих цепей никогда и не было. А вместе с ними исчезает и осознание их функций. Во-вторых, имеет место своего рода конкуренция. Процессы в одних цепях попадают в область сознания, в других – нет. Короче говоря, сознательный опыт, вероятно, связан исключительно с локальной обработкой информации (что обеспечивает специфические возможности), и кроме того, другие модули могут оказаться сильнее – в результате процесс так и не дойдет до сознания. Это поразительные выводы.

Однако, на мой взгляд, самое интересное клиническое расстройство – это не отрицание частей своего тела, а «феномен третьего человека»[7], когда кажется, будто кто-то находится рядом с вами, хотя на самом деле там никого нет! Синдром воплощенного присутствия заставляет вас думать, что в определенной части пространства, часто прямо у вас за спиной, кто-то есть. Ощущение это настолько сильное, что люди то и дело оглядываются, пытаясь увидеть этого человека или угостить его. Когда вы идете по темной аллее и вам кажется, что вас преследуют, – это совсем другое. Чувство присутствия возникает резко и неожиданно. Подобное часто случается с альпинистами и с теми, кто подвергает себя чрезмерным физическим нагрузкам в экстремальных условиях.

Райнхольд Месснер, первым в одиночку покоривший Эверест и снискавший мировую славу величайшего альпиниста – и, между прочим, никогда не пользовавшийся дополнительными источниками кислорода, – в своей книге «Голая гора»^[6] описал один случай, который произошел с ним и его братом Гюнтером в 1970 году во время их первого серьезного восхождения на вершину Нанга-Парбат в Гималаях: «Вдруг, откуда ни возьмись, рядом со мной появился третий альпинист. Он шел вверх вместе с нами, держась на расстоянии нескольких шагов немного правее меня и не попадая в поле моего зрения. Фигуру я разглядеть не мог, да и нельзя было отвлекаться, но я был уверен, что рядом кто-то есть. Мне не требовалось доказательств, я чувствовал его присутствие». Но для того, чтобы испытать подобный опыт, не надо быть уставшим от перегрузок альпинистом. Чуть ли не половине вдов и вдовцов доводилось ощутить присутствие покойных супругов^[7]. Кое-кого такие явления вдохновляли на истории о призраках, видениях и божественном вмешательстве.

Все это тут ни при чем, утверждает швейцарский невролог и нейрофизиолог Олаф Бланке, который столкнулся с этим явлением чисто случайно. Он спровоцировал такое состояние, когда проводил электрическую стимуляцию височно-теменной зоны коры мозга своего пациента, пытаясь локализовать эпилептический очаг^[8]. Также он обследовал большую группу пациентов, жаловавшихся на ощущение чужого присутствия. Как выяснил Бланке, это явление непосредственно связано с поражением лобно-теменной области на противоположной стороне^[9]. Такое пространственное соотношение навело Бланке на мысль, что причины кроются в нарушениях обработки сенсомоторной информации и слаженной работы всех органов чувств. Определяя свое местоположение в пространстве, мы не задумываемся о том, что при этом задействуется множество процессов – зрение, слух, осязание, проприоцепция, движение и прочие, – которые при нормальной интеграции дают нам верное представление о том, где мы находимся. Если возникает сбой, наш мозг ошибается и дезинформирует нас. Олаф Бланке и его сотрудники обнаружили, что одно из подобных нарушений в обработке информации проявляется как ощущение присутствия чужака. Недавно с помощью роботизированной руки им удалось вызвать нарушение сенсорного восприятия и создать это ощущение у здоровых людей^[10].

Совершая какие-либо движения, мы ждем последствий через определенное время и в определенном месте. Вы чешете спину – и ждете моментальной реакции на спине. Если пространственные и временные ощущения отвечают вашим ожиданиям, мозг интерпретирует их как самопроизвольные. При рассогласовании, если сигналы расходятся с самоощущением во времени и пространстве, вы приписываете эти действия постороннему агенту. Представьте себе, что вы стоите с завязанными глазами и вытянутыми вперед руками, ваш палец вставлен в паз «ведущего» робота, как в наперсток, а робот передает сигналы механической руке, расположенной у вас за спиной. Вы двигаете пальцем и тем самым приводите в движение механическую руку, которая постукивает вас по спине. Палец может ощущать сопротивление, иногда соответствующее силе толчка, а иногда едва заметное, явно не коррелирующее с вашими действиями. Если вы чувствуете касание рукой спины одновременно с производимым вами движением, то ваш мозг создает иллюзию: хотя ваши руки вытянуты перед вами, вам кажется, будто ваше туловище переместилось вперед и вы касаетесь пальцем своей спины. Но если ощущение касания несинхронно и на мгновение запаздывает, мозг рисует другую картину. Вы как бы перемещаетесь в обратном направлении, назад от вашего пальца, и вам кажется, будто вашей спины касается что-то другое. А если вы к тому же, управляя механической рукой, еще и не чувствуете сопротивления пальцу, такое расхождение ощущений во времени порождает чувство, будто кто-то, стоящий позади вас, касается вашей спины! С помощью точного управления физическими раздражителями Бланке показал, что сенсомоторные конфликты – то есть несовпадение сигналов с физическими реакциями во времени и пространстве – способны вызвать ощущение чужого присутствия у здоровых добровольцев. Конфликты такого рода были созданы в результате манипуляций с различными локальными нейронными сетями – модулями.

Если бы мозг работал, как «заколдованный ткацкий станок», удаление его части или стимулирование неправильной работы каких-нибудь нейронных цепей либо вывело бы из строя всю систему, либо привело бы к нарушениям во всех когнитивных проявлениях. В действительности масса людей с поврежденными или отсутствующими частями мозга живет более или менее нормально. Если страдают определенные области мозга, какие-то, хотя и не все, когнитивные функции почти всегда ухудшаются. Возьмем, к примеру, такую хорошо развитую когнитивную функцию, как язык и речь. У большинства людей речевой центр расположен в левом полушарии. В речевом центре мозга имеются две совершенно различные области – зона Брока и зона Вернике.

Зона Брока отвечает за формирование речи, в то время как зона Вернике связана с восприятием и пониманием устной и письменной речи, а также с построением понятных фраз и правильным порядком слов. Точнее, зона Брока отвечает за произношение слов, то есть координирует работу мускулатуры губ, рта и языка, чтобы слова звучали правильно, а зона Вернике – за выстраивание слов в нужном порядке еще до того, как мы произнесем осмысленную фразу. Речь людей с нарушениями в зоне Брока затруднена – они произносят слова в нужном порядке, но выговаривают их с трудом, как бы рывками (скажем, «модуль… ный… мозг»), иногда с грамматическими ошибками. Пациенты с расстройствами в зоне Брока чувствуют свои ошибки и могут растеряться. Люди с нарушениями в зоне Вернике, напротив, главным образом демонстрируют неспособность понимать слова. Они произносят их с правильными интонациями и грамматическими особенностями, но то, что они говорят, лишено смысла. Можно сделать вывод, что обе эти области выполняют свою специфическую работу, а та, где возник дефект, перестает справляться со своими обязанностями. Это однозначно указывает на высокоспецифичное модульное устройство мозга.

Почему в мозге развилась модульная структура? Однажды я услышал, как глава компании Coca-Cola объяснял принцип функционирования его корпорации. По мере разрастания штата руководители компании поняли, что производить всю продукцию на одном центральном предприятии и развозить ее по всему миру неумно, неэффективно и дорого. Не было никакого смысла тратить деньги на упаковку и доставку товара, на организацию совещаний в «штаб-квартире», командировочные для их участников и на все такое прочее. Следовало поделить мир на регионы, построить в каждом свой завод и продавать продукцию на местах. Централизованное планирование отменили и ввели местное управление. То же самое и с мозгом – дешевле и более эффективно.

Сложилось общепринятое мнение, что животные с более крупным мозгом, чем можно было бы ожидать при их размерах тела, обладают более развитыми умственными и другими когнитивными способностями. Считалось, что мозг человека велик для его тела, чем и объясняются наш высокий интеллект и разнообразие талантов. Однако в этой теории не все гладко. В действительности мозг неандертальцев гораздо больше нашего, но это не помогло им в конкуренции с Homo sapiens, когда тот появился. Что касается моего собственного исследования, то тут возникает другой непростой вопрос: после операции по расщеплению мозга оставшееся в одиночестве левое полушарие (половина мозга) почти не уступает по интеллектуальным способностям целому, неповрежденному мозгу. Больше – не обязательно лучше. Так в чем же дело?

Сюзана Эркулану-Хаузел с сотрудниками сравнила количество нейронов и других клеток в мозге разных видов, применив новую методику их подсчета в человеческом мозге. Как выяснилось, слухи о нашем большом мозге сильно преувеличены! Человеческий мозг вовсе не гипертрофированный – что касается размеров, он представляет собой пропорционально увеличенный мозг приматов. Несмотря на то, что мозг человека гораздо крупнее и содержит гораздо больше нейронов, у шимпанзе и людей одинаковое соотношение количества нейронов и размеров мозга^[11]. Было сделано еще одно поразительное открытие – оказалось, что соотношение глиальных клеток и нейронов 10:1 (которое часто называлось, хотя и не подтверждалось никакими источниками) не имеет ничего общего с действительностью. На самом деле глиальных клеток в человеческом мозге не больше половины общего их количества, ровно столько же, сколько у приматов. Эркулану-Хаузел рассеяла и другое заблуждение, предположив, что наше ошибочное мнение об использовании мозга всего лишь на 10 %[8] основано на завышенной оценке соотношения глиальных клеток и нейронов как 10:1^[12]!

Впрочем, человеческий мозг имеет два преимущества перед мозгом других млекопитающих. Во-первых, он устроен очень экономично и компактно, по правилам подобия, справедливым и для других приматов, и во-вторых, из всех экономично устроенных мозгов приматов наш самый крупный, а следовательно, в нем больше всего нейронов. Но, когда вы сравниваете другие виды с приматами, нельзя автоматически судить о количестве нейронов по величине мозга. Возьмем, например, грызунов: если сравнивать мышей и крыс, мозг последних крупнее – но не только потому, что в нем больше нейронов. У крыс при увеличении числа нейронов увеличивается и размер нейрона. Стало быть, один нейрон крысы занимает больше объема, чем нейрон мыши – разница примерно такая же, как между спагетти и тоненькой вермишелью. А у приматов, если сравнивать обезьян и людей, с увеличением числа нейронов размер нейрона не меняется. Поэтому в более крупном мозге примата на единицу объема приходится в целом больше нейронов, чем в относительно более крупном мозге грызуна. Если взять мозг крысы и увеличить его до размеров человеческого, крыса будет иметь 1/7 общего количества нейронов, которые имеются у человека – по той простой причине, что каждый нейрон крысы займет больше места. Увеличение размера мозга – дело хитрое, и, по-видимому, для разных отрядов (приматы, грызуны и прочие) действуют разные правила пропорционального роста.

Тут мы снова возвращаемся к модулям. Если бы в человеческом мозге при увеличении числа нейронов каждый из них соединялся бы с соседними, мы имели бы экспоненциальный рост количества аксонов (элементов нейрона, обеспечивающих передачу сигналов). Наш мозг был бы гигантским – 20 км в диаметре^[13], – и ему требовалось бы столько энергии, сколько мы не смогли бы ему дать, даже если бы нас кормили как на убой^[14]. Фактически на наш мозг приходится около двух процентов всего веса тела, и при этом он забирает 20 % всей энергии. Эта мощная электрическая система работает в непрерывном режиме, как кондиционеры в Фениксе в июле, поэтому и потребляет так много энергии. Возникла бы и другая проблема – длина аксонов была бы такой, что скорость обработки информации резко упала бы.

Нейробиолог Георг Стридтер изучает причины и характер различий, сформировавшихся у разных видов в ходе эволюции мозга. Он полагает, что размеры мозга увеличиваются с соблюдением определенных законов, регулирующих внутренние связи^[15]. Прежде всего, по мере увеличения мозга количество связей, соединяющих один нейрон с другими, в среднем не меняется. Напротив, в абсолютном отношении число нейронных связей сохраняется, благодаря чему – в плане энергозатрат и пространства – рост мозга становится более управляемым. Однако это означает, что с увеличением размеров мозга связанность частей структуры в целом сокращается. Сокращение связанности подразумевает более высокую автономность процессов.

Вторая закономерность – минимизация длины связей. Это приводит к тому, что нейроны соединяются главным образом с соседними нейронами. Короткие связи требуют меньше энергии, объема и времени на передачу сигнала и обеспечивают эффективную коммуникацию между локализованными в определенных зонах нейронами. Следовательно, при увеличении мозга происходит реорганизация путей передачи сигналов и меняется структурная архитектура мозга. В итоге архитектура сложившейся структуры такова, что образуется кластер, или «сообщество», локализованных нейронов с хорошо развитыми соединениями.

Организация такого типа позволяет этим самостоятельным кластерам независимо выполнять определенные функции – и вот уже рождается модуль! Как правило, в одном модуле устанавливаются внутренние связи между нейронами, но некоторые, немногие, нейроны способны образовывать короткие связи с нейронами близлежащих модулей, и в итоге формируется нейронная цепь. Нейронная цепь возникает, когда один модуль получает информацию, обрабатывает ее и передает в другой модуль для дальнейшей обработки. Таким образом, пути передачи информации от одного модуля к другому, пусть и немногочисленные, позволяют соседним модулям объединяться в кластеры для более многоступенчатой ее обработки. В следующей главе мы узнаем об этом больше, когда будем говорить о многоуровневой архитектуре.

Иногда модули образуют иерархическую систему – они состоят из субмодулей, которые и сами в свою очередь складываются из субсубмодулей^[16]. Тем не менее при множестве независимо функционирующих модулей возникает нужда в эффективной коммуникации между ними и координации их работы. Получаем третье условие связанности – не все связи должны быть минимизированы, кое-какие длинные связи, которые сокращают путь между удаленными узлами, сохраняются[9].

Общая архитектура, выстроенная по таким правилам соединения, называется архитектурой «малого мира». Для подобного типа архитектуры характерна высокая степень модульности, однако передача информации между любыми двумя модулями всегда происходит в несколько стадий. Архитектура «малого мира» характерна для многих многокомпонентных систем, например для энергосистемы западных штатов США и социальных сетей. Кластерная организация мозга – система функционально взаимосвязанных областей – подтверждена многими исследованиями^[17].

Рассмотрев эту конфигурацию, мы увидим, что преимущества модульного мозга перед мозгом, функционирующим целиком, обоснованы массой причин. Начать с того, что модульный мозг существенно снижает расход энергии. Поскольку он разделен на отдельные узлы, для выполнения конкретной задачи необходимо активировать лишь некоторые участки в составе данного модуля. Если бы вы по каждому поводу задействовали весь мозг целиком, вам пришлось бы платить по счету за электричество для всей черепной коробки. Это можно сравнить с летом в Фениксе. Гораздо дешевле включать ночью кондиционеры не во всем доме, а только в спальне. Но хотя модульность и позволяет беречь энергию, так ли уж велика экономия, если учесть, что на питание мозга уходит пятая часть вашего рациона?

Оказывается, несмотря на всю свою энергоемкость, мозг действительно работает рационально в плане потребления энергии. Нейроны передают электрические импульсы по «проводам» мозга – аксонам и дендритам. Хотя нейронная «проводка» заметно отличается от электросхем современных приборов, базовая идея та же – информацию от одного узла к другому несет электрический ток, и на это нужна энергия. Чем длиннее путь, тем больше потребляется энергии, и чем толще аксон, тем выше его сопротивление и, следовательно, больше энергии уходит на его преодоление. Когда в работу включаются локальные модули, мозг экономит энергию при передаче информации между ними за счет использования более тонких «проводов» на коротких расстояниях с меньшим временем проведения сигнала. Кроме того, с учетом динамики нервных систем, доля проводящих путей в мозге – 60 процентов (отношение суммарного объема аксонов к объему серого вещества) – согласуется с той, что и предполагалась при минимальных длине путей и связанном с ней замедлении проводимости. В проводящих системах многих мозговых структур почти выдерживается этот оптимальный параметр^[18]. В противном случае, если бы мозг функционировал как унитарный орган, в каждом его отделе содержалось бы примерно равное количество коротких и длинных связей, а более длинная связь подразумевает больше «проводов», то есть больше «затрат». Модульный мозг сокращает затраты, поддерживая для путей передачи сигналов относительно низкое соотношение 3:5 (те самые отведенные им 60 %) и таким образом ограничивая объем передачи электрических сигналов по длинным связям. По-видимому, благодаря модульному режиму работы мозгу удается в целом максимально повышать эффективность расходования энергии.

Модульный мозг эффективен еще и потому, что сразу много модулей могут одновременно обрабатывать разную информацию. Если вместо одной системы, которая пытается скоординировать все действия, несколько систем функционируют независимо друг от друга, говорить на ходу, жуя резинку, гораздо проще. Кроме того, чтобы работать как единый центр и хорошо справляться со всеми повседневными обязанностями, мозг должен был бы стать «мастером на все руки». Более выгодно иметь «специалистов», каждый из которых занимается своим делом. Для сложных систем характерно разделение функций. Скажем, в экономике наблюдается подъем, когда сельским хозяйством занимаются лучшие фермеры, образованием – лучшие учителя, а управлением – лучшие администраторы. Неумные менеджеры способны загубить бизнес, неумелые фермеры разорятся, а плохие учителя… да что там говорить, все мы хотя бы раз пострадали из-за них и знаем, чем это может кончиться. Люди становятся экспертами тогда, когда выбирают свое дело и сосредотачиваются на своей работе, не углубляясь во все направления, необходимые для поддержания экономики. Труд специалистов более производителен. Экономический эффект возрастает не тогда, когда все пытаются внести свою лепту в каждую область, а когда узкие специалисты одновременно заняты в своих областях. Таким образом, логично предположить, что наш мозг эволюционировал по пути модульной организации ради параллельной и эффективной обработки информации.

Пожалуй, самое главное – это то, что модульная организация, помимо всего прочего, позволяет мозгу быстрее адаптироваться и эволюционировать в изменчивой окружающей среде: поскольку один модуль способен меняться и воспроизводиться независимо от остальных, нет риска изменить или потерять по ходу дела другие, уже хорошо приспособленные. Поэтому дальнейшие преобразования одной части не угрожают надежной работе всей системы.

Даже если не принимать во внимание эволюцию, модульность полезна в плане приобретения новых навыков. Как выяснили исследователи, в процессе отработки двигательных навыков меняется архитектура отдельных нейронных сетей^[19]. Хотя на повышение квалификации часто уходит немало времени, мы можем учиться на практике. Если бы каждый раз, когда мы осваивали новые умения, менялся режим функционирования всего мозга, мы разучились бы выполнять то, что уже умеем. Модульный мозг хорош тем, что экономит энергию при скудных источниках, обеспечивает параллельное выполнение разных когнитивных задач при ограниченности во времени, облегчает переход к новым функциям при появлении новых угроз выживанию и позволяет нам приобрести практический опыт в различных областях. Но если от всего этого отвлечься, какие еще возможны варианты организации мозга?

Человеческий мозг – не единственный мозг с модульной организацией и не единственная модульная биологическая система. Из модулей состоят мозги червя, мухи и кошки, а также сосудистая система, сети межбелковых взаимодействий и регуляции экспрессии генов, метаболическая система и даже наши социальные сети^[20]. Как развивалась модульность? Какие факторы естественного отбора стимулируют образование модульной системы? Трое специалистов по информатике озадачились этим вопросом и, хорошенько пораскинув мозгами, решили проверить гипотезу Стридтера о том, что модульность стала побочным продуктом при минимизации затрат на соединение, вызванной естественным отбором^[21].

Затраты на соединения в сети складываются из затрат на установление и поддержание связей, энергозатрат на передачу информации по каналам связи и на запаздывание сигнала. Чем больше связей и чем они длиннее, тем дороже выстроить и затем обслуживать сеть^[22]. Кроме того, добавление связей и удлинение сигнальных путей может привести к увеличению критического времени запаздывания реакции – не очень здорово для выживания в конкурентной среде, когда хищник, завидев вас, обнажает клыки и выпускает когти, а его пасть наполняется голодной слюной.

Ученые-информатики Джефф Клун, Жан-Батист Муре и Год Липсон сделали то, что обычно и делают информатики: построили компьютерную модель^[23]. Они использовали хорошо изученные сети с сенсорными входами и результирующими выходными данными. По результирующим данным судили о способности нейросети противостоять возникающим в окружающей среде трудностям. Ученые смоделировали двадцать пять тысяч поколений эволюции, заложив в программу прямое давление отбора либо на максимальный рост производительности, либо на ту же производительность, но в сочетании с минимизацией затрат на соединение. И вот вам пожалуйста! Стоило только добавить второе условие при изменяемой или неизменной окружающей среде, как сразу стали образовываться модули, в то время как без минимизации затрат на соединение этого не происходило. А когда исследователи посмотрели, какие нейросети проявили самую высокую производительность, то оказалось, что это были модульные сети. Выяснилось, что в этой группе степень модульности возрастала вместе с уменьшением затрат. Одновременно те же сети и развивались гораздо быстрее – то есть как при постоянных, так и при меняющихся внешних условиях им требовалось заметно меньше поколений. Эксперименты с компьютерными моделями убедительно доказывают, что влияние естественного отбора на рост производительности нейронных сетей и минимизацию затрат на межнейронные связи приводит к существенному возрастанию модульности и лучшей способности таких сетей к развитию.

Итак, мы поняли, что модульные системы имеют массу достоинств, но как они их реализуют? Каким образом тысячи независимых модулей, каждый на своем месте, сообща координируют наши мысли и поступки – и в конечном итоге формируют наш сознательный опыт?

Как мы уже знаем, слабые связи между модулями существуют, хотя конкретные задачи модули и выполняют за счет многочисленных хорошо развитых внутренних связей. Для регулирования сложных форм поведения жизненно важно иметь какой-то контакт между модулями. Например, зоны Брока и Вернике разделяют ответственность за специализированные речевые функции, однако они должны уметь договариваться. Назначение зоны Вернике – выстроить связное предложение из фонем и слов, чтобы затем зона Брока велела вашим губам, рту и языку воспроизвести правильно звучащую фразу. Эти речевые области сообщаются через дугообразный пучок нервных волокон, пролегающий между ними наподобие автомагистрали. Затраты на столь крупные и дорогостоящие каналы связи мозг сводит к минимуму, сокращая контакты между модулями, занятыми в разных когнитивных областях. Скажем, когда вы нюхаете розу, незачем активировать зоны Брока и Вернике, если только вы не сочиняете сонет о ее красоте или гневную тираду в адрес селекционеров, для которых форма важнее аромата. Модули взаимодействуют друг с другом, но связей между узлами, выполняющими родственные задачи, несравнимо больше, чем между звеньями разнородных процессов.

При всем богатстве данных и разнообразии методов их анализа, исследования, как правило, свидетельствуют о модульной организации структурных и функциональных нейронных сетей мозга и сходстве многих свойств модулей у всех видов^[24]. Имеет смысл уделить немного времени различиям между структурной и функциональной сетями нейронов. Под словом «структура» подразумевается просто строение сети – количество, расположение, форма нейронов и прочие физические параметры. Функциональная сеть выполняет определенную функцию – например, отвечает за устную речь или за понимание смысла фраз. Надо отметить, что по структуре сети нельзя судить о ее функции и наоборот. Какие-то подсказки удается найти, но не более того. Вы можете посмотреть на дерево и понять, как оно устроено, но это ничего не скажет вам о назначении листьев. Эксперименты на различных животных, от беспозвоночных до млекопитающих, также показали, что связи между нейронными модулями хорошо развиты, а расстояния достаточно малы, чтобы расход энергии был меньше. Что интересно, даже нейронная сеть прозрачного круглого червя Caenorhabditis elegans, в чьем организме насчитывается несколько сотен хорошо изученных нейронов, тоже функционирует в модульном режиме, хотя это одно из самых маленьких живых существ, обладающих нервной системой^[25]. Модульная организация выгодна для всех видов животных, это необходимое условие успешного функционирования и развития в конкурентной борьбе за выживание.

Естественно предположить, что если мозг и животных, и людей устроен по модульной схеме, то их когнитивные свойства, включая сознание, тоже должны быть примерно одинаковы. Томас Нагель поддержал бы эту идею, но, к сожалению, современные технологии не позволяют нам с уверенностью судить о том, как воспринимают мир различные организмы. Мы и свое-то восприятие мира далеко не всегда можем четко передать. Лучшее, что мы можем сделать для эмпирического изучения чужого опыта как животных, так и людей, – это прибегнуть к измерениям поведенческих особенностей и активности мозга.

Неудивительно, что мы, люди, связываем свой сознательный опыт с разнообразием наших когнитивных навыков. Отсюда мы автоматически заключаем, что и животные, дабы обладать сознанием, должны иметь такие же навыки. Свою способность к сознательному переживанию мы не раздумывая проецируем на все подряд, от кукол до роботов или, как в моем случае, на автомобиль Plymouth coupe 1949 года.

Пытаясь распознать зачатки сознательных состояний у других животных, ученые искали, в частности, признаки владения инструментами. Считается, что использование инструментов – вариант поведения, которое указывает на достаточно развитые когнитивные способности. Признаки такого рода были обнаружены по всему царству животных. Например, птицы семейства врановых (представители его – ворны и вроны, сойки, сороки, грачи, кедровки), подобно тому, как это делают шимпанзе, приспособились извлекать пищу из труднодоступных мест с помощью разных технических средств^[26]. В японском городе Сендай вороны колют орехи, задействуя машины, – бросают орехи на пешеходные переходы и не просто ждут, когда им раздавят скорлупу, а еще и дожидаются красного сигнала светофора и лишь потом подбирают ядра. Вороны в Новой Каледонии, как настоящие вундеркинды, применяют два вида инструментов в зависимости от стоящей перед ними задачи. Они отправляются за пропитанием, прихватив с собой нужный инвентарь, словно рыбаки с удочками. Они решают еще и промежуточные задачи – с помощью одного приспособления получают другое, необходимое собственно для добычи еды^[27]. Разнообразие средств, которыми пользуются птицы в разных регионах, говорит об изменчивости их образа жизни и передаче опыта в птичьем сообществе^[28]. Но и ручные вороны, не имеющие опыта социального обучения, способны выработать навыки пользования простыми инструментами^[29]. Это говорит о том, что врановые, скорее всего, обладают сознанием: они энергичны, всегда сохраняют бдительность и живо воспринимают текущие события – но можно ли заключить, что они осознают свои способности? Безусловно, у них есть какие-то особые модули, которых лишены другие птицы, но помогает ли им это осознавать себя? В многочисленных исследованиях их повадок, практических навыков и обучения этот вопрос рассматривается весьма осторожно. А что можно сказать о шимпанзе?

Давно известно, что дикие шимпанзе умеют пользоваться техническими приспособлениями – прежде всего, они собирают палками муравьев и мед, а воду черпают листьями. В разных регионах шимпанзе тоже применяют различные средства для разных целей, что наводит на мысли о вариативности их образа жизни и передаче практического опыта. Но если обезьяна один раз освоит какое-то орудие, это превратится в ее навык, и когда новые члены стаи найдут и приспособят другой, более совершенный инструмент, она не станет переучиваться^[30]. С другой стороны, замечено, что те шимпанзе, которые живут с людьми, решают довольно мудреные задачи и справляются с непростыми проблемами. Например, увидев под потолком банан, подвешенный на недосягаемой высоте, шимпанзе ставили один на другой ящики, чтобы достать лакомство с этого импровизированного помоста^[31]. Хотя шимпанзе умеют еще много чего, можно ли на этом основании считать их столь же сознательными существами, как люди? Наверное, так ставить вопрос некорректно. Вероятно, следует сказать иначе: «Одинаково ли содержание нашего сознательного опыта и сознательного опыта шимпанзе?»

Многие исследователи взяли кое-какие выводы из этих экспериментов с участием животных и сравнили мышление шимпанзе с ходом мысли детей. Обезьяны терялись в простой игре, где надо было найти спрятанный предмет по подсказкам экспериментатора, в то время как малыши в возрасте год и два месяца отлично справлялись с поставленной задачей^[32]. Вместе с тем и шимпанзе, и дети способны воспроизвести чужие действия, даже если рньше они ничего подобного не делали. Но дети в расчете получить награду повторяли все, что им показывали, а шимпанзе воспроизводили только необходимые действия. Предположительно, это указывает на то, что в таких случаях дети склонны к компульсивным реакциям, а шимпанзе копируют поведение, чтобы получить награду. Однако если не поощрять – или не наказывать – шимпанзе, они, как правило, не повторяют усвоенных действий. Маленькие же дети, наоборот, будут воспроизводить свое поведение независимо от того, похвалят их или поругают, что говорит о готовности учиться просто ради обучения^[33]. Это означает, что между человеком и всеми остальными представителями царства животных есть колоссальная разница. И все-таки, по-видимому, шимпанзе продвинулись дальше птиц семейства врановых. Обеспечивается ли сознательный опыт дополнительными структурными компонентами в их черепной коробке – или просто меняется его содержание?

Потенциал человека к обучению и решению абстрактных задач превышает способности других животных. Люди изобрели куда более тонкие технологии, имеющие куда более высокую практическую ценность, чем любые средства, до которых додумались животные. Ученые и инженеры создали компьютеры, самолеты, небоскребы, ракеты для полетов на Луну… да мало ли что еще! Однако человечеству вполне достаточно, чтобы изобретательством занималась лишь малая часть населения. Замечательные открытия и устройства стихийно распространяются по всему свету и входят в нашу повседневную жизнь благодаря копированию и обучению. Как заметил выдающийся психолог Дэвид Примак, у людей есть «немногие избранные», способные на великие изобретения и открытия – такие как методы добычи огня, колесо, сельскохозяйственные технологии, электричество, сотовая связь, интернет и рецепт фаршированного картофеля с беконом и сыром. Ни один из представителей любого другого вида живых существ не добился столь грандиозных успехов^[34]. Не эти ли исключительные способности к обучению, решению проблем и изобретательству делают нас сознательными? Ведь все эти способности должны обеспечиваться особыми структурами, так сказать, модулями специального назначения. Не в них ли кроется ключ к разгадке?

На мой взгляд, все рассуждения о некоем магическом зелье как источнике человеческого сознания ошибочны от начала до конца. Когда мы видим, как шимпанзе проделывают все эти штуки, наш ум закипает и мы присваиваем обезьянам особый высокий статус. Мы открываем перед ними двери своего клуба – и с радостью встречаем их у входа. Но человек, обнаруживший у шимпанзе психическую жизнь и сформулировавший эти идеи, должен задаться вопросом: а что они обо всем этом думают? У нас есть теория о шимпанзе – а у них есть теория о нас?

Первым проверил, есть ли «модель психического» у других животных, Дэвид Примак – вместе со своим студентом Гаем Вудраффом^[35]. Если у кого-либо есть «модель психики», то это означает, что индивид приписывает себе и другим психические состояния – цели, побуждения, знание, верования, сомнения, претензии, предпочтения и прочие. Слово «теория» Примак и Вудрафф, авторы термина, выбрали потому, что подобные состояния скрыты, их нельзя наблюдать у другого человека в явной форме. Люди допускают, что у других есть психика и что действия других людей определяются их психическими состояниями. Спустя почти сорок лет после того, как была выдвинута эта идея, страсти все еще не улеглись, но, по-видимому, ни у одного животного теория психики не развита так, как у человека, хотя некоторым она в той или иной степени свойственна.

Хосеп Калл и Майкл Томаселло с коллегами посвятили поискам ответа на этот вопрос много лет. Шимпанзе более или менее понимают чужие цели, побуждения и ощущения, а также догадываются о том, что может быть известно другим, однако они, оказывается, не в состоянии осознать, что чужое мнение может быть ошибочным^[36], как ни пытались исследователи втолковать им это, в то время как ребенок двух с половиной лет легко проходит такие тесты^[37]. Впрочем, совсем недавно Калл и Томаселло, вместе с Кристофером Крупенье, нашли факты, дающие основания полагать, что три вида человекообразных обезьян действительно проявляют косвенные признаки понимания того, что кто-то может ошибаться, хотя и не было показано, что они выбирали свою линию поведения, исходя именно из знания об ошибке^[38]. Способны ли обезьяны формировать у себя теорию психики так же хорошо, как люди, еще предстоит выяснить.

С недавних пор одними из главных участников соревнований на самый высокий IQ среди животных с оценкой коммуникабельности стали собаки. Чейсер, знаменитая бордер-колли вышедшего на пенсию профессора психологии Джона Пилли, знала больше тысячи слов, понимала синтаксис и угадывала значение новых слов^[39]. Если собаку просили принести «дакс» (ранее она такого слова не слышала), она просматривала все многочисленные игрушки и приносила ту, которую видела впервые. Собаки способны также по социальным сигналам – например, по подсказке человека – делать выводы о том, где спрятана еда и разные предметы, чего обезьяны не делают. Майкл Томаселло полагает, что это подразумевает понимание побуждения на двух уровнях – «что» и «зачем». Во-первых, собака должна понять, что подсказка адресована ей, чтобы она обратила внимание на цель, а во-вторых, зачем она должна это сделать – человек сообщает ей полезную информацию о том, где что-то спрятано, или ему самому нужна эта вещь?^[40] Шимпанзе часто следуют указующему жесту, но не понимают, что им указывают на спрятанное угощение, то есть они, видимо, не воспринимают второй уровень побуждения – «зачем». В последние двенадцать лет некоторые ученые, занимающиеся моделями психического, заинтересовались впечатляющими способностями собак использовать коммуникативные подсказки человека, и хотя первые доказательства того, что собакам свойственна в определенном объеме модель психического^[41], уже получены, впереди еще очень много работы.

Несмотря на восторги заядлых собачников по поводу этих результатов, следует помнить, что вне сферы общения собаки не проявляют особой гибкости. Они рабы определенных интересов, а точнее – определенных возможностей. Они не справятся с задачей, если им дать подсказку, не связанную с общением, – скажем, еда спрятана не под ровно лежащей доской, а под приподнятой (для шимпанзе это простая задачка), – и не поймут, что лучше потянуть ту веревку, к которой привязано лакомство, чем ту, к которой ничего не привязано, а шимпанзе и тут сообразят, в чем хитрость^[42]. Отличающиеся когнитивные способности собак дают основания предположить наличие у них специфических, но отличающихся модулей, которые развились в результате реакции на то или иное воздействие окружающей среды. Содержание их сознательного опыта отличается от нашего и обезьяньего, хотя что-то общее тут, несомненно, есть.

Словом, судя по всему, пытаться точно определить когнитивные предпосылки для формирования сознательного опыта – дело неблагодарное. Немножко тут, немножко там – все это плохо помогает понять, какие действия мозга создают сознательный опыт. Так просто секрет своего фокуса мозг не раскроет – если, конечно, это и впрямь фокус. Вспомним, что мы не осознаем наличие в нашем поле зрения слепого пятна, хотя оно там есть. Наша зрительная система показывает нам фокус с сознанием. Но вместе с тем большинству людей сознание не кажется чем-то загадочным – обычное дело, нечто, управляемое какой-то частью мозга, поиски которой продолжаются. Коль скоро у людей есть когнитивная система для обработки сложной информации, позволяющая им создавать и применять на практике новые технологии и судить о мнении и желаниях других людей, есть ли у них в мозге что-то, чего нет у животных?

В недавно проведенном сравнительном исследовании рассматривался объем нейропиля в различных отделах мозга человека и шимпанзе^[43]. Нейропиль охватывает те части мозга, куда входят соединительные элементы – аксоны, дендриты, синапсы и прочие. Доля нейропиля в префронтальной коре человека – в той области, где принимаются решения, решаются проблемы, определяется психическое состояние и планируются разные дела, – оказалась выше, чем в мозге шимпанзе, а у дендритов в этой области оказалось больше мест контактов для связи с другими нейронами, чем в любом другом отделе мозга. Исходя из обнаруженных анатомических особенностей можно предположить, что отличительные свойства нашего мозга объясняются характером соединений префронтальных нейронов. Любопытно, что у врановых передний мозг, особенно те его зоны, которые считаются аналогом префронтальной коры млекопитающих, крупнее, чем у других птиц^[44]. Однако, как мы еще увидим, хотя такой логикой и можно объяснить более развитые способности, это не приведет нас к цели – не даст понимания того, каким образом создаются условия для формирования сознания. Вернуться к гипотезам о специальной субстанции или особой области в мозге, которые обеспечивают нам сознательный опыт, – означает взять плохой старт.

Надо сменить тактику. Забыть про все эти специальные субстанции, особые зоны и прочие вещи. Нам следует думать о совокупности в высокой степени независимых модулей и о том, как их совместная деятельность приводит к формированию у нас постоянного ощущения сознательного опыта. Мы, как когнитивисты, чересчур зациклились на том, что феномен сознания не связан с нашими другими психическими процессами. Скорее сознание надо рассматривать как неотъемлемый компонент многих наших когнитивных функций. Утратив какую-то одну функцию, мы утратим ассоциированное с ней сознание, но не все сознание полностью.

Сам я начал замечать, что сознание не связано ни с одной специфической нейронной сетью, когда занимался пациентами с расщепленным мозгом. Хотя нейронные связи в пределах одного полушария развиты лучше, чем между полушариями, все-таки две половины мозга тоже связаны множественными соединениями. Причем разрыв этих соединений сказывается на переживании человеком сознательного опыта несущественно. То есть, даже лишившись доступа к половине коры мозга, левое полушарие по-прежнему говорит и думает как ни в чем не бывало. Что еще более важно, после разъединения двух полушарий тут же образуется вторая, тоже независимая система сознания. Теперь правое полушарие успешно продолжает свой труд без оглядки на левое – со своими собственными возможностями, желаниями, целями, важными знаниями и чувствами. Из одной разделенной пополам нейронной сети получаются две системы сознания. Как же можно было решить, будто источником сознания является какая-либо обособленная сеть нейронов? Чтобы уяснить себе этот факт, нужна свежая идея.

Примите также во внимание сознательный опыт пациента, который очнулся после операции по расщеплению мозга с двумя полушариями, не имеющими представления о зрительных полях друг друга. Левое полушарие не видит левой половины пространства, а правое не видит правой. При этом говорящее левое полушарие не жалуется на потерю зрения. Собственно, пациент скажет вам, что после операции для него ничего не изменилось. Как же так – ведь половина поля зрения пропала? Как и пациент с односторонним пространственным неглектом, говорящее левое полушарие не жалуется, что перестало воспринимать половину своего поля зрения. Ответственные за сообщения об ущербе модули остались в правом полушарии и с левым больше не сообщаются. Левое полушарие не замечает их исчезновения, да и не помнит об их существовании. Стерлись и воспоминания о том, что было когда-то такое зрительное поле. Отныне только правое полушарие сознательно воспринимает левое зрительное поле в полном объеме, а левое полностью лишено этого удовольствия. Что это говорит нам о сознании?

Отвыкнув от мысли об одном модуле «сознания», мы можем сосредоточиться на выяснении сути сознания. Мы знаем, что локальные поражения мозга могут стать причиной различных специфических когнитивных расстройств. Но окружающий мир такие пациенты все же воспринимают. Пациенты с тяжелым синдромом неглекта не замечают левой половины пространства, но правую осознают нормально.

А может, за сознательный опыт отвечают все модули? Потеряешь модуль из-за травмы или инсульта – пропадет и связанное с ним сознание. Не забудьте, что пациенты с односторонним неглектом не замечают утраты половины пространства, потому что перестает работать модуль, который обрабатывает такую информацию. Или, если не кооперируются должным образом модули, ответственные за определение вашего положения в пространстве, у вас возникают серьезные нарушения в сознательном восприятии и вам может показаться, что за вашей спиной кто-то стоит. Или возьмем, к примеру, людей с болезнью Урбаха-Вите, при которой нарушена функция миндалевидного тела, – они перестают чувствовать страх. Одна такая пациентка, несмотря на пристальное наблюдение в течение двадцати лет, понятия не имеет о своей беде и нередко попадает в опасные ситуации^[45]. Видимо, она не пытается избежать опасности, поскольку не испытывает осознанного чувства страха.

Разнообразие типов сознания у разных видов можно было бы объяснить тем, что сознанием распоряжается не единственная возможная для них сеть нейронов, а отдельные модули. Животные – не зомби, лишенные сознания, но их сознательное восприятие зависит от имеющихся у них модулей и способа соединения этих модулей. У людей много различных модулей, оттого и наш сознательный опыт так богат. В самом деле: у людей может быть много высокоразвитых интегрированных модулей, и это позволяет нам мыслить отвлеченными понятиями, объединяя информацию из разных модулей. Нелегко разгадать секрет формирования сознания у человека, однако, возможно, ответ отыщется, если рассматривать сознание как проявление активности множества модулей.

Но даже если сознание связано с множеством разных сфер когнитивной деятельности, почему люди с неповрежденным мозолистым телом воспринимают мир не как совокупность разрозненных событий в данный момент времени, а как единое целое? Чтобы это понять, можно провести аналогию между обработкой информации в мозге и соревнованиями. Электрическая активность модулей меняется каждое мгновение, поэтому меняется и вклад модулей в сознательный опыт. Суть в том, что выигрывает соревнование самый «активный» модуль, и переживаемый опыт индивида – его «состояние» в данный момент времени – определяется информацией, обработанной этим модулем. Допустим, вы сидите на пляже и наблюдаете за летающей в небе неизвестной птицей. В эту минуту в соперничестве за сознательное восприятие побеждает зрительное возбуждение – вид птицы и ее красочного оперения. В следующий момент первенство перешло к крику другой птицы, а спустя еще мгновение – толчок любопытства, – и вы поворачиваете голову, пытаясь определить источник звука. Вдруг резкая боль в ноге перекрывает все ваши ощущения и немедленно побуждает вас посмотреть вниз, где вы видите краба, вцепившегося в ваш палец. В каждый момент времени самый сильный при сложившихся внешних и внутренних условиях аспект когнитивной деятельности, самая «болезненная тема» становится вашим текущим сознательным опытом. Каждый из разнообразных конкурирующих процессов осуществляется своим модулем. Как это происходит?

Под тем, что мы именуем «сознанием», я предлагаю понимать фоновые ощущения, сопутствующие текущему психическому событию или инстинкту. Самая удобная для понимания модель – принятая в технике иерархическая архитектура, когда сложная система эффективно и органично работает как единое целое, начиная от атомов, молекул, клеток и цепей и заканчивая когнитивными и перцептивными функциями. Если мозг действительно состоит из различных уровней (тех, что подразумеваются в технике), то информация с микроуровня может шаг за шагом интегрироваться в вышележащие уровни – вплоть до тех, на которых каждый модульный элемент продуцирует сознание. Иерархическая архитектура позволяет создавать новые уровни функционирования из низлежащих активных структур, которые сами по себе не способны создать опыт более «высокого уровня». Давайте займемся иерархией мозга и посмотрим, что это нам даст для понимания его организации. Скоро мы поймем, что сознание – это не вещь и не объект. Это результат процесса, заложенного в архитектуре мозга, точно так же как демократия – не вещь, а результат некоего процесса.

Глава 5

У истоков понимания архитектуры мозга

В архитектуре есть масса всего, чего не понять без специальной подготовки.

Фрэнк Гери

Допустим, вы, как полагают ваши мама с папой, подающий надежды молодой ученый. Родители дарят вам на Рождество старый будильник и говорят: «Раз ты такой умник, разбери-ка его и собери снова, а потом объясни нам, как он работает». Не вопрос. Всего-то деталей в конструкции – колесики, шестеренки да пружинки, они движутся все вместе, выполняют определенную задачу, какую – нам известно. Вот если бы вы не знали, каково его назначение, а просто держали в руках детали, вам было бы намного труднее.

Тем из нас, кто занимается исследованиями мозга, труднее всего понять, как 89 миллиардов нейронов соединяются друг с другом, давая людям право гордиться своими когнитивными способностями. Мозг рассекают, окрашивают, протыкают, картируют и прослушивают. Аккуратно собраны самые обширные данные, тщательно обследовано множество пациентов с различными повреждениями мозга, изучены особенности психики людей с выдающимися способностями – и все ради того, чтобы проникнуть в интригующие тайны скрытой магии. Раз в году 26 000 специалистов собираются на конгресс Общества нейронаук, чтобы обменяться знаниями и своими соображениями о работе мозга, но единая схема, охватывающая всю эту информацию, до сих пор так и не выработана. Почему решение все время ускользает от нас? Что упускают из виду ученые? В середине XX века биолог-теоретик Роберт Розен предложил своей дочери подумать над возможной дилеммой: «В человеческом организме примерно за два месяца все полностью меняется в результате метаболизма, репликации и восстановления. Но при этом ты остаешься сама собой, твоя память, личность – все при тебе… Если наука чересчур увлечется частицами, в погоне за ними по всему организму можно проскочить мимо самого организма»^[1].

Розен хотел сказать, что организация живой системы не должна зависеть от материальных частиц, из которых она состоит. Действительно: структурные компоненты и функция мозга – это лишь часть истории. Чтобы связать структуру и функции системы, необходим еще и третий фактор, о котором часто забывают. Упускается из виду организация частей, влияние любых их взаимодействий и связь со временем и окружающей средой. Николас Рашевский, математик и физик-теоретик, профессор Чикагского университета и учитель Розена, назвал это реляционной биологией. В электронной инженерии и системной биологии эти идеи были усвоены, а вот в молекулярной биологии и нейробиологии о них знают мало (или совсем ничего), даже спустя пятьдесят лет после предостережения Розена.

Я сам впервые узнал об альтернативном подходе к изучению организации мозга от Джона Дойла, профессора Калтеха, специалиста по системам управления и динамическим системам, био- и электронной инженерии. Первый урок от доктора Дойла: изучение деталей помогает лишь до известного предела. В школе есть помещения для чтения и приема пищи, для мытья рук и хранения вещей. В жилом доме они тоже есть. Однако школа и дом – совсем не одно и то же, они имеют разное назначение и пропускают через себя совершенно разное число людей. Их главное различие заключается в организации компонентов, в их структуре. Майкл Полани, английский ученый-энциклопедист венгерского происхождения, писал, что «работа всей машины подчиняется двум отдельным законам. Принцип конструкции механизма – это закон высшего порядка, и ему подчиняется принцип более низкого порядка – физико-химические основы устройства механизма»^[2]. Каким-то образом конструкция машины накладывает ограничения на природу, чтобы заставить ее выполнять конкретную задачу. Например, ваша кофемашина сделана из специально сконструированных и точно пригнанных друг к другу деталей, благодаря чему может сварить вам чашку кофе. Как говорит Полани, это наложение граничных условий на законы физики и химии. Он объясняет, что организмы, как и машины, обладают такими же свойствами: «Показано, что работа организма, как и машины, подчиняется двум различным принципам – его строение служит граничным условием для управления физико-химическими процессами, на основании которых орган выполняет свои функции. Следовательно, такую систему можно называть системой с двойным управлением»^[3]. Принцип устройства организма, о котором говорит Полани, – это его строение, или архитектура, и это дает нам ключ к пониманию работы комплекса психика/мозг. Нам важно это знать.

Дойл лучше всех может объяснить, почему такие сложные, состоящие из множества взаимодействующих частей системы – как, например, «Боинг-777» и ваш мозг – успешно выполняют свои задачи, причем быстро и безопасно, а не ломаются, не взрываются и не тормозят. Неудивительно, что слово «сложность», как и «сознание», не получило объективного определения. Мы для наших целей можем выделить три составляющие сложной системы. Система считается сложной, если в ней много (а) компонентов, (b) межкомпонентных связей и взаимодействий, или же компоненты, а также их взаимодействия и связи разнообразны, и (с) если результирующее поведение может быть различным и не всегда предсказуемо. Сконструированные системы уже почти приблизились к биологическим по уровню сложности^[4]. Так, «Боинг-777», по оценкам Дойла, содержит 150 000 различных модулей, входящих в подсистемы и связанных в сложные сети и системы управления, в том числе примерно 1000 компьютеров, которые ведут самолет. При всех очевидных различиях компонентов высокотехнологичных моделей и высокоразвитых биологических систем в их организационной структуре много общего^[5].

Обычно слово «архитектура» ассоциируется у нас с искусством и наукой проектирования зданий и прочих сооружений – скажем, мостов и скоростных автомагистралей, – с их стилем (барокко, ар-нуво) и методами строительства (конструкция может быть, например, глинобитной или из стекла и стали). Возможно, кто-то вспомнит Брунеллески и Палладио. Но под архитектурой понимают еще и сложную структуру чего-либо. Не обязательно здания и не всегда физического объекта. Это может быть организационная структура правительства, каналов интернета, сети нейронов мозга. В самом общем смысле архитектура подразумевает конструирование с учетом граничных условий. Майкл Полани считает граничными те условия, что налагаются запретами всеобщего характера^[6]. В строительстве это означает работу с учетом ограничений, которые накладывают строительные материалы (стекло, глина, дерево, кирпич, камень, сталь), выбранное место (районы с достаточно высокой вероятностью пожаров, наводнений, землетрясений и ураганов, равнина или горы, тропики или тундра), назначение здания (жилой дом, оперный театр или автозаправочная станция), а также многое другое. Ну и, конечно, следует учитывать желания владельцев (конечная причина по Аристотелю). Что касается мозга и нервной системы, архитектурные ограничения включают в себя затраты энергии, физические размеры и скорость обработки информации.

И биологическим, и техническим сложным системам свойственна высокоорганизованная архитектура, то есть компоненты этих систем расположены особым образом, что делает систему функциональной и/или устойчивой. Простой пример – ткань годится для изготовления одежды благодаря высокому уровню организации хлопковых волокон^[7]. Она устойчива к нагрузкам, которым подвергается одежда, – истиранию и разрыву. И наоборот, в бумаге те же самые волокна ориентированы хаотично, поэтому бумага не выдерживает таких же нагрузок. Поскольку сложные системы с высоким уровнем организации имеют схожую архитектуру, можно ожидать, что и требования к ним предъявляют примерно одинаковые. Их устройство должно обеспечивать «эффективность, гибкость, способность к развитию и устойчивость»^[8].

Если условиться, что животные, большие и маленькие, устроены примерно так же, как «БМВ» или небольшой грузовик, будет проще представить себе естественные процессы, протекающие в биологических тканях. Как утверждают Дойл и его коллега Дэвид Олдерсон, неслучайно высокоорганизованные системы столь сложны. Эта сложность обусловлена стратегиями конструкции – неважно, созданными искусственно или в ходе эволюции, – которые обеспечивают устойчивость, или, по Дарвину, приспособляемость.

Дойл и Олдерсон предлагают следующее определение устойчивости: "[Свойство] [системы] устойчиво, если оно [инвариантно] по отношению к [комплексу возмущающих факторов]"^[9], а квадратные скобки означают, что все эти термины нуждаются в пояснении. В качестве иллюстрации возьмем доступную пониманию сложную систему – одежду. Допустим, вы собираетесь в путешествие с целью полюбоваться северным сиянием. Вам предстоит отправиться зимой на Север, и вы не хотите замерзнуть. Вероятно, вы обеспечите устойчивость в зимнем туре, выбрав пуховый [свойство] костюм [система], который согреет вас при низкой температуре. Но если польет дождь [возмущающий фактор, не предусмотренный техническими условиями] и ваша куртка промокнет, пух перестанет греть. Несмотря на инвариантность (до известной степени) пухового наполнителя по отношению к низким температурам, он не является инвариантным по отношению к воде, то есть при одних условиях он надежен (устойчив), при других нет (хрупок). Если же вы поставите условие «выглядеть изящно» [свойство], а [возмущающим фактором] будет внешняя грузность, все кончится тем, что вы будете красиво смотреться под снегопадом в элегантном костюме (устойчивом к грузности), не инвариантном по отношению к такому возмущающему фактору, как сильный мороз^[10].

Любое свойство, которое делает систему более устойчивой, защищает ее от каких-либо внутренних и внешних рисков. Вместе с тем каждый шаг к устойчивости усложняет систему. К сожалению, ни одно добавленное свойство не будет устойчивым по отношению к любым неожиданностям. Вместе с каждым новым свойством система получает еще одно слабое звено, свойство уязвимости перед новыми непредвиденными обстоятельствами. Значит, как только это выясняется, приходится добавлять другое свойство, компенсирующее вновь возникшую хрупкость. Но вместе с очередным свойством придет и очередное слабое звено, и тогда вновь придется искать защиту. Каждый защитный фактор повышает уровень сложности, что требует дальнейшего его повышения.

Компромиссы между свойствами (характерными признаками) системы всегда приводят к тому, что она проявляет устойчивость по отношению к одним факторам и хрупкость по отношению к другим. Высокоразвитая сложная система отличается устойчивостью и хрупкостью одновременно. Картина устойчивости, неразрывно связанной с хрупкостью, наблюдается повсеместно. Один из моих любимых примеров в биологии взят из исследований развития мозга.

Очевидно, что в нормальной работе мозга важную роль играют нейронные связи. Чтобы его в конце концов скоординированная деятельность привела к поведенческому акту, нейроны одной части должны установить контакт с другой частью мозга. Эволюция, видимо, позаботилась об этом, обеспечив большое перепроизводство нейронов в процессе развития. Структура А посылает структуре В не ровно столько нейронов, сколько требуется, а гораздо больше – для надежности. Природа нашла способ избавиться от лишних нейронов – ввела процесс, получивший название «прунинга» («обрезка»). Когда окружающая среда вносит соответствующий вклад, ненужные нейроны отмирают, и к окончанию периода развития между двумя структурами остается приемлемое число связей. Но, само собой разумеется, появляются и слабые места. Зачастую обрезается больше, чем требуется. В самом деле: некоторые факты доказывают, что в процессе прунинга ошибки развития приводят к аутизму^[11] и шизофрении^[12]. Сплошь и рядом наблюдается сочетание устойчивости с хрупкостью, и эта концепция лежит в основе понимания организации мозга.

Согласно теории Дойла, большинство биологических систем, очевидно, имеет «многоуровневую архитектуру». Следовательно, в основе любых попыток постичь феномен сознательного опыта должно лежать ясное представление о принципах многоуровневой организации мозга. Возможно, немало исследователей, готовых использовать когнитивные модели, поначалу не видело разницы между «стадиями» и «уровнями». Стадийность подразумевает последовательный процесс (как и, к примеру, в электротехнике), в то время как при многоуровневой архитектуре все процессы выполняются одновременно («параллельно»). При последовательной схеме информация обрабатывается на каждом этапе по очереди, словно в эстафете. Сначала надо закончить один этап, и лишь потом может начаться следующий. При многослойной схеме, наоборот, все игроки стартуют одновременно и разбегаются в разные стороны. Столь большими различиями в архитектуре обусловлены совершенно иные особенности системы.

Многослойная архитектура – основная стратегия построения системы с гарантией устойчивости и функциональности организованных систем, как биологических, так и искусственно созданных. Это простая, необходимая, мощная и в высшей степени выгодная структура. Так, и технические системы вроде «Боинга-777», и биологические вроде нашего мозга организованы настолько грамотно, что пользователи даже не догадываются о том, какие мудреные свойства в них скрыты^[13]. Мы просто садимся в самолет, застегиваем ремни и открываем книгу или заказываем напиток. Мы не думаем ни о 150 000 модулей подсистем самолета, ни о том, что в них происходит. Да и пилоты о них не вспоминают. Мы вообще не знаем о существовании этих 150 000 модулей подсистем. А если вы пропустили предыдущую главу, то, возможно, ничего не знаете и про сами модули. Вот и о мозге мало кто вспоминает, пока он работает исправно. Сложность его многослойной структуры так хорошо замаскирована, что даже по прошествии двух с половиной тысяч лет мы все еще пытаемся ее разглядеть. Сложность устройства нашего мозга, как и «Боинга-777», спрятана в архитектуре системы. Так что же это за архитектура такая – многослойная?

Задача инженера – спроектировать и построить некий объект, работающий рационально, эффективно и надежно. Даже перголу[10] над площадкой в своем саду не так-то просто соорудить – что уж говорить о Сиднейском оперном театре. Чтобы все части постройки функционировали рационально, эффективно и надежно, надо не только увязать друг с другом детали проекта, но и добиться слаженной работы инженеров. Один человек не в силах разработать все этапы. Но вместе с тем, если для организации проектных работ выбрана неверная стратегия, «бригадный метод» может привести к весьма плачевным результатам.

Фактически команда проектировщиков сложных систем и сама является сложной системой, организованной по тому же принципу. Давайте рассмотрим разные стратегии проектирования авиалайнера и системы управления им. По одной из них каждый инженер, занятый своей частью проекта, должен понимать, что делают все остальные его коллеги. Затем, когда будут готовы проекты отдельных блоков, надо установить взаимосвязи между всеми компонентами, чтобы они работали правильно, – то есть все должно быть интегрировано последовательно. Иными словами, проектировщику кресла надо знать все о двигателях, подъемной силе и тяге, стеклах иллюминаторов, герметизации и так далее, и учитывать все это при разработке функций кресла. Помимо того, что на создание проекта уйдет больше времени и денег при участии большого штата специалистов, обладающих квалификацией в разных областях, еще и возрастает риск ошибок: ведь не отклоняющееся назад кресло не просто неудобное – из-за него самолет может спикировать носом вниз.

Независимое конструирование компонентов (слоев или модулей) с независимыми функциями – более выгодная стратегия. Разработчики используют только «минимально необходимую» информацию. Все остальное проходит мимо них. В технике такой подход известен как абстрагирование – отсечение ненужных подробностей (чем выше уровень абстрагирования, тем меньше мелких подробностей). Понятие «слоев абстрагирования» связано с той информацией, которая вам известна или не известна. Слои абстрагирования не всегда связаны с иерархической структурой и даже с принципиально отличающимися компонентами. Атлас мира содержит множество слоев абстрагирования, хотя каждый из них выражен в одном и том же виде. На первой странице показана карта мира. Вы видите океаны, континенты и, возможно, названия крупнейших рек и горных массивов. Но на ней отсутствует львиная доля сведений – не показаны страны, города, дороги, малые реки и горы. Перелистнув страницу, вы попадете в следующий слой абстрагирования: на континентах будут уже страны, их столицы, реки и горы. Листайте дальше, и вы найдете более подробную карту одной страны с ее основными магистралями и менее важными городами. В каждом слое абстрагирования вам открывается все больше и больше деталей и все меньше информации остается неизвестной. Впрочем, знать множество подробностей не всегда полезно: если вы просто хотите сравнить океаны по величине, для вас не важно, что между провинцией Руссильон и коммуной Фонтан-де-Воклюз есть пешеходная тропа.

Однако в сложной системе информация не просто скрыта. У каждого слоя своя специфика. Чтобы перейти из одного слоя в другой, надо виртуализировать необходимую информацию, то есть вывести некие отвлеченные сведения на определенный уровень. В примере с «Боингом» разработчик кресел знает только то, что ему требуется – стандартные параметры, позволяющие предусмотреть подвижность кресла, но ограничивающие процесс проектирования так, чтобы все кресла аккуратно умещались в салоне. Ничего, что касается аэродинамики, топлива, даже количества пассажирских мест, инженер не знает. По своему опыту могу сказать, что конструкторы самолетных кресел явно не подозревают о существовании людей ростом выше 180 см.

В нашем примере кресла – взаимозаменяемые модули. Функционирование кресел не влияет на способность самолета летать. Поэтому конструктор кресел знает о самолете больше, чем вы, но меньше, чем специалист, отвечающий за корпус авиалайнера. Вместе с тем инженерам по турбинам не нужна информация о конструкции кресла, а нужно многое другое.

Природе это известно с незапамятных времен, и в процессе эволюции организмов она задействует ту же стратегию. Различные системы в вашем мозге эволюционировали с расчетом на независимую работу. Например, функции слуховой системы не зависят от обоняния. Слуховая система не получает информации о запахах, да и для обработки слуховой информации она не нужна. Вы можете потерять обоняние и прекрасно слышать жужжание пчелы.

В многослойной структуре каждый слой системы работает автономно, потому что в каждом слое приняты свои специфические протоколы – комплекс правил и условий, которые накладывают ограничения на допустимые пограничные слои, или взаимодействия, как внутри данного слоя, так и между слоями. Вернемся к самолетному креслу. Инженер может сколько угодно играть с дизайном кресла, оставаясь в рамках нормативных параметров – протокола для уровня кресла. Протокол для слоя накладывает свои ограничения, но в их пределах оставляет достаточно гибкости.

Каждый слой в «этажерке» обрабатывает сигнал, полученный с предыдущей «полки», по своему протоколу, а результат передает на полку выше и/или возвращает на полку ниже. В следующем слое процесс повторяется уже по его собственному протоколу, который может быть таким же, как в нижнем слое, или совершенно иным, и новый результат поступает дальше, в более высокие слои. Ни одному слою неизвестно, какую информацию получил предыдущий слой и как она была обработана. В этом нет нужды, поэтому информация остается скрытой (абстрагированной). Протоколы позволяют каждому слою обрабатывать только ту информацию, что получена с соседних слоев. Информация, сформированная в результате обработки, может быть передана вверх и вниз. Тут кроется ловушка – в многослойной структуре информация не может перескочить через ступеньки. То есть шестой слой не может заниматься интерпретацией сигнала, выпущенного с четвертого слоя, поскольку в нем нет протокола для расшифровки такого сигнала; следовательно, нужен промежуточный пятый слой. Задача каждого слоя – обслужить те, что расположены выше, не раскрывая процессов, происходящих ниже^[14].

Вот вам простой пример слоев с протоколами. Представьте себе, что вы оказались на вечеринке среди множества гостей из разных стран. Вы хотите поболтать с китаянкой – по-видимому, знакомой вашей сестры. Вы владеете только английским, а ваш партнер – английским и французским. Дама из Китая говорит только по-китайски, зато ее муж – по-китайски и по-французски. Каждый из вас играет роль слоя в переводческой «этажерке», причем в каждом слое используется собственный протокол преобразования входящей информации в исходящую. У вас есть протокол английской речи и передачи ее вашему партнеру. Ваш партнер принимает информацию от вас и, согласно протоколу обработки английской и французской речи, передает в следующий слой – мужу китаянки – французскую речь. Тот тоже владеет французским протоколом, но у него есть еще и протокол для китайского языка, и он передает жене китайскую речь. Гостья из Китая точно так же могла бы послать обратную информацию вам, однако ни вы, ни она не можете перепрыгнуть через промежуточные франкоязычные слои. Информация переходит по слоям вверх и вниз, но ее необходимо обработать в слоях с подходящими протоколами и передать в следующий слой. Самостоятельно вы ничего не сможете передать от английского стола китайскому за один этап.

Но при желании можно создать протокол передачи информации с английского на китайский. Многие так и делают. Это называется выучить язык, причем учиться можете не только вы, но и машины. Собственно, программисты применяют многослойную архитектуру уже давно – особенно в области искусственного интеллекта. Родни Брукс, гениальный профессор информатики из Массачусетского технологического института, выдвинул идею «категориальной архитектуры», которая много лет доминировала в робототехнике.

Звучит не очень понятно, хотя сама идея достаточно простая. В любой системе, будь то человек, компьютер, робот или библиотека, хранятся какие-то сведения. Общий их запас все время пополняется новой информацией. В идеале эта информация должна быть отнесена к той или иной категории, иначе говоря, усвоена существующей системой без осложнений. Роботу нужна именно такая архитектура.

Брукс отлично знал, что роботы не прошли проверку на категоризацию новых данных, потому что двадцать лет назад, когда он выдвинул эту идею, роботов бы заклинило, если бы на их пути оказался, скажем, зефир или вообще что-либо, чего нет в запрограммированном перечне объектов, которых следует остерегаться. Они не сумели бы перестроиться соответственно изменившимся условиям. А вот категориальная архитектура, будь она заложена в конструкции робота, позволила бы ему вносить изменения – раз за разом добавлять к существующим слоям новые. Каждый слой оказывал бы влияние на нижележащие и таким образом внедрялся бы в архитектуру более крупного масштаба. Как подытожил в «Энциклопедии психики» Хэрольд Пашлер, «ключевая идея состоит в том, что система не создает единого, цельного представления о мире – напротив, сенсорные сигналы обрабатываются по-разному на каждом уровне, так что между сенсорными данными и двигательными сигналами, необходимыми для управления исполнительными механизмами робота, устанавливаются более или менее прямые, специфические для поведения соответствия»^[15]. То есть справляться с текущими трудностями роботу каждый раз помогают узкоспециализированные системы – быстродействующие, эффективные и полезные. Централизованной системы, которая меняла бы картину отклика, когда робот встречается с очередным незнакомым препятствием, не существует. Вместо нее добавляется отдельная инструкция для конкретной ситуации, так что разработчики все время добавляли новые и новые инструкции по преодолению все новых и новых трудностей, которые возникают в окружающей среде. Никто не пытается решить все и сразу с помощью одного главного органа. Новые слои добавляются в систему по мере поступления проблем. Это все очень напоминает модули, образующие многослойную архитектуру. Собственно, модуль и сам по себе может служить слоем – или же слой может складываться из нескольких модулей. Консолидированные (интегративные) модули, о которых шла речь в конце 4 главы, – это модули обработки информации, составляющие один из верхних слоев. Он получает информацию с предыдущей ступеньки и обрабатывает ее согласно своему протоколу так, чтобы выдать более сложный продукт – может статься, даже модель психического (модель психического мира другого) или самоосознание!

Слои обеспечивают гибкость. Внести обновления в многослойную систему легко и просто, благо менять приходится только один слой, сохраняя все остальные. Если же что-то пойдет не так, легко найти причину ошибки. Нет нужды отправлять в утиль или ремонтировать всю систему – достаточно исправить неполадки на одном или нескольких неработающих слоях. В многослойной системе вашего костюма вы можете сменить порванную рубашку, а вот новые брюки вам не понадобятся. Что касается мозга, возможно, вам будет труднее заменить его части, однако, если где-то возникнет сбой, вы не лишитесь всей системы.

Прелесть многослойной архитектуры в том, что она выполняет задачу для пользователя сложных систем, не посвящая его в подробности процесса. Высший слой смартфона – это слой приложений, и при такой схеме нам не надо знать или понимать, как работают остальные слои системы. Вряд ли вы хотите в обязательном порядке разбираться в протоколах распределения памяти каждый раз, когда вам надо отправить рассылку или щелкнуть фото. Точно так же мы должны поблагодарить судьбу за возможность пользоваться своим мозгом и не знать, как он работает. Нам неведом механизм превращения нашего обеда в энергию – мы просто съедаем его, и все. То же самое относится и к нашей психике. Мы понятия не имеем, как мы что-то делаем. Укажите на свой нос. Вы знаете, что, собственно, произошло? Вы не в силах ни понять, ни осознать, как это описывается с точки зрения формирования и передачи сигнала от нейронов к вашим мышцам. Мы используем свой разум – слои приложения в мозге, – чтобы произвести некие действия, которые составляют наше поведение, точно так же, как пилот авиалайнера использует программу, чтобы вести самолет. Но правда ли, что в живом мозге реализуется многослойная архитектура? Или это теоретическая модель, и на самом деле ей нет места в живой биологической системе?

Как это часто бывает, открытие нового подхода в науке или создание новой теории влечет за собой другое открытие – оказывается, те же идеи выдвигали и другие ученые, возможно, много лет назад. Сколько раз должны мы получить этот урок – что человеческая мысль является именно что мыслями человечества, которые на протяжении всей истории много кому приходили в голову? В данном случае нас интересуют Тони Прескотт, Питер Редгрейв и Кевин Герни из Шеффилдского университета. Все трое в нейробиологии, робототехнике и информатике, что называется, собаку съели и чрезвычайно умно распоряжаются полученными знаниями и опытом. В своей новаторской работе о многослойной структуре^[16], написанной почти двадцать лет назад, они указали путь туда, где мы сейчас находимся. В начале этого пути стоит великий британский невролог XIX века Джон Хьюлингс Джексон. По всеобщему признанию, он был выдающимся врачом – скажем так, первоклассным жокеем. Но когда он брался за перо, то, к сожалению, пересаживался на захудалую лошадку – его труды почти недоступны для понимания. К счастью, другие жокеи, оседлавшие фаворитов, расшифровали его работы для всего мира.

Ученых и медиков, в том числе и Джексона, вдохновил Дарвин. В ходе естественного отбора мозг вел себя, как сенсорно-моторный механизм, и у каждого вида развился свой набор способностей. У человека за координацию действия отвечают высшие, самые сложные слои, но базовые способности вписаны как в высшие, так и в нижние слои. Так, кошка и крыса с удаленной корой мозга по-прежнему демонстрируют различные типы мотивированного поведения – передвижение, вылизывание шкурки, еду и питье. Однако некоторые более сложные поведенческие реакции в отсутствие коры невозможны. Как пишут Прескотт и его коллеги по Шеффилдскому университету,

[Джексон] разделил нервную систему на нижнюю, среднюю и высшую центральные и предположил, что в этой последовательности выражен прогресс от «максимальной организованности» (максимальной жесткости) к «минимальной организованности» (максимальной изменчивости), от «максимальной автоматичности» к «минимальной автоматичности» и от самой «чистой рефлекторности» к наименее «чистой рефлекторности». Эта тенденция предполагает повышение компетенции в том смысле, в каком мы сейчас представляем себе разделение в поведении – высший отдел центральной нервной системы связан с теми же видами сенсорно-моторных координаций, что и низшие, но в большей степени опосредованно^[17].

Джексон сразу разглядел последствия своей концепции слоев и ввел в неврологию термин диссоциация – предположил, что те или иные расстройства поведения должны вызываться специфическими поражениями мозга. Если вывести из строя высшие слои, реагировать на раздражители будут только нижние. А они реагируют в пределах своих ограниченных возможностей, что и было описано для кошки, лишенной коры головного мозга.

Само собой разумеется, эта первопроходческая работа подняла вопрос о том, шло ли развитие мозга в процессе эволюции по многослойной схеме. Добавлялись ли отделы мозга медленно, но верно, и подтверждают ли это исследования в области сравнительной анатомии? Да, так оно и есть, и здесь Прескотт блистает. Он разворачивает перед нами длинную, затейливую и увлекательную историю: у всех позвоночных их нынешняя нервная система начала развиваться более 400 миллионов лет назад с базовой схемы – со спинного мозга, нижней части ствола головного мозга, среднего мозга и переднего. Шли тысячелетия, и в переднем мозге формировались модули и слои, что привело не просто к более сложным формам старых структур, а к появлению новых. Например, по мере того как конечности все более ловко выполняли разные действия с предметами, для управления новыми периферийными манипуляторами – иначе говоря, пальцами – нейронная площадь для этих модульных слоев должна была увеличиваться. У позвоночных с развитыми пальцами эти новые нервные пути прослеживаются отчетливо, а если пальцев нет – отсутствуют вовсе. И – в точности так, как предсказывал Джексон, – повреждения переднего мозга приводят к расстройствам функций одной группы модулей, ответственной за тонкую моторику руки, однако другие модули, управляющие более базовыми движениями всей руки, не страдают.

Любой популяции животных выгодно обладать способностью к эволюции, поскольку на этом свойстве зиждется адаптация к новым трудностям. Это определяется как способность организма к фенотипической изменчивости, генерированию наследуемых характерных признаков^[18]. Характерный признак, сохранившийся под воздействием естественного отбора, передастся следующему поколению. Всем известный пример – клюв земляных вьюрков с Галапагосских островов, который может быть как совсем маленьким, так и очень большим^[19]. И все же один из вопросов, поставленных дарвиновской теорией естественного отбора наследуемых изменений, таков: каковы предпосылки изменчивости и как возникали новые признаки? Самый ходовой ответ – что во всем виноваты главным образом случайные мутации генов – объясняет далеко не все. Биологи ломают головы над этим вопросом уже много лет.

В том числе и биологи из Гарварда Марк Киршнер и его коллега из Беркли Джон Герхарт^[20]. Их интересовало, есть ли у современных животных клеточные и эволюционные механизмы с такой характеристикой, как способность к развитию. Иными словами, способны ли они генерировать наследуемую фенотипическую изменчивость? И подвергается ли давлению естественного отбора сама способность к эволюции? То есть, если биологическая система производит больше наследуемой фенотипической изменчивости, повышаются ли ее шансы выиграть эволюционную гонку вооружений?

В животном мире наблюдается невероятное разнообразие форм тела, структур тканей, развития и физиологии организма. И в то же время цепочки, регулирующие экспрессию генов, равно как и многие основополагающие процессы – например биохимические и передача клеточных сигналов, – у всех одинаковы. Кое-какие основные процессы роднят нас, живых существ, с растениями, грибами и миксомицетами – так, деление клеток управляется одними и теми же ферментами. Другие – метаболизм и репликация – у нас протекают так же, как у всех живых организмов вплоть до бактерий. Почему? Потому что у нас много общих геномных последовательностей. В отличие от некоторых своих коллег, Киршнер и Герхарт не считают, что эти основные процессы сдерживают эволюцию. На самом деле они уверены в обратном. По мнению этих ученых, обилие общих основных процессов, их стабильность в течение вот уже 530 миллионов лет и прекрасные результаты объясняются тем, что такие процессы не только не сдерживали, а, напротив, обеспечивали приспособляемость, позволяя передавать потомству удачные генетические вариации. Обеспеченная этими процессами приспособляемость сводилась к фенотипической вариативности в неустойчивых по отношению к внешним переменам процессах. Таким образом, основные процессы стали тем ограничением, которое гарантировало эволюционную изменчивость в непредсказуемой окружающей среде.

И вы совершенно правы, если видите здесь протокол для многослойной архитектуры – «ограничения, которые снимают ограничения». Дойла и Олдерсона огорчает, что биологи большей частью недооценивают роль многослойной архитектуры в формировании изменчивости. Возможно, многослойная архитектура, столь распространенная в биологических системах, и развилась потому, что ее способность генерировать новые признаки в условиях наложенных ограничений давала устойчивость в конкурентной борьбе и была отобрана по принципу «слой или смерть!».

Одно дело распознать многослойную архитектуру, и совсем другое – понять, как взаимодействуют разные слои. Поступающая на один слой самая разнообразная информация должна быть обработана и конвертирована в доступную для восприятия следующим слоем форму. Основные ограничения в многослойной системе накладываются на образование связей между слоями^[21]. Подходящая иллюстрация для этой особенности многослойной архитектуры – песочные часы или галстук-бабочка, где протоколу соответствует ограничивающий узел, а сигналы поступают и выходят, как крылья банта. В нашем прежнем примере с проектированием самолетных кресел протокол – это уровень кресла, параметры которого служат узлом. Входящей информацией можно считать все виды стройматериалов, форму, расцветку и так далее. Исходящей – любые модели из разных материалов разных цветов, лишь бы размеры и функции кресел удовлетворяли протоколу. Система в целом подчиняется ограничениям, но вместе с тем, по выражению авторов, это система без границ^[22]. Набор входящих сигналов может быть преобразован в разные типы исходящих, поскольку теперь задача слоя может выполняться разными способами. Когда об этом думаешь, кажется, что творятся чудеса. Глядя на робота с правильной многослойной архитектурой, почти веришь в то, что опутанная проводами система с заданным набором реакций и впрямь способна мыслить, чувствовать и сомневаться, словно живое существо. Эту гибкость системе дает ее архитектура^[23].

Тот факт, что многослойный протокол накладывает ограничения и одновременно раскрепощает систему, имеет решающее значение. Я хочу, чтобы вы это твердо усвоили, так что вот вам еще один пример. Вернемся опять к многослойной экипировке и рассмотрим целый ряд возможных вариантов для каждого слоя. Скажем, уровень утепления (его ограничивающий протокол – удерживать тепло тела) в качестве входящих условий допускает все типы одежды, а исходящих – различные варианты костюма. Это может быть плащ-накидка из медвежьей шкуры с шерстяными штанами, пальто из шерстяной ткани с кашемировым свитером и штанами из овчины, куртка из полипропиленового флиса с норковым жилетом и брюки из прорезиненной ткани для гидрокостюмов. Ваша одежда может застегиваться на молнию или надеваться через голову, это может быть комбинезон или комплект из куртки со штанами. Возможен высокий отворачивающийся воротник, а манжеты и низ штанов могут быть на резинке, но это необязательно. Цвет и размер – любые. Протокол слоя утепления, несмотря на ограничения (удерживать тепло тела), одновременно снимает ограничения разными способами, что предоставляет вам широчайший выбор. По Дарвину, это естественный отбор признаков вида. Мы видим, как приспособляемость позволяет слою эволюционировать от накидки из медвежьей шкуры до куртки из полипропиленового флиса цвета фуксии, размера L, с капюшоном и на молнии. И с карманами. Это наглядная иллюстрация важнейшего свойства многослойной архитектуры – она разрешает изменения, которые происходят в течение длительного времени, от нарядов Фреда и Уилмы Флинтстоунов до костюма Armani и платья Valentino.

Многослойная архитектура, при всей своей гибкости, не лишена недостатков. Давайте добавим к вышеописанным преобразованиям теплой одежды новое условие – костюм должен быть «стильным». Это уже задачка потруднее. Чем больше в протоколе условий, тем жестче ограничения. В этом смысле унифицированная система без многослойных процессов будет работать лучше, потому что в ней нет независимых протоколов для каждой функции. Не забудьте, что протокол – это комплекс правил, или технических условий, который предопределяет допустимые интерфейсы, или взаимодействия, как внутри слоя, так и между слоями. Проще было бы взять дорогой материал, который убережет вас от холода и сырости, и сшить один удобный, легкий и практичный комбинезон. Кинул его в дорожную сумку, а когда понадобится – быстро надел. Возможно, вы будете выглядеть в нем даже стройнее и более стильно! Тогда вам хватило бы одного этого предмета одежды на всю оставшуюся жизнь. Мечта!

Однако для сложной системы единообразная функциональная структура – не лучший вариант, ведь из-за одной малейшей неполадки весь процесс может пойти насмарку, да к тому же такую систему труднее усовершенствовать. Напоретесь на гвоздь, порвете одну штанину своего идеального комбинезона, и он пропадет весь целиком. В многослойной системе у вас хотя бы оставались резервные части, и починить ее или что-то в ней заменить было дешевле и легче. Мало ли, вдруг изобретут более качественный, дышащий материал? Чтобы получить такой бонус, придется выбросить старый костюм и купить новый, а это дорого. На обслуживание унифицированной системы требуется больше времени, энергии и средств, то есть вы идете на компромисс и за более высокую эффективность получаете более дорогую и не такую устойчивую систему. Система, каждый слой которой обеспечивает выполнение различных функций, – более гибкая в целом, что дает ей огромное преимущество в изменчивой внешней среде. С точки зрения эволюции, это идеальный тип структуры, потому что слабых мест не так уж много, а возможностей для модификации – великое множество. Когда в окружающей среде что-то поменяется, такие системы смогут адаптироваться быстрее и легче. В общем, для сложной системы наиболее выгодна многослойная архитектура, так как ее проще восстановить и адаптировать к новым условиям, она требует меньших затрат и лучше развивается.

Вместе с тем многослойные системы не застрахованы от сбоев в протоколе. Если система сломается, окажется в кризисной ситуации или даже будет захвачена, могут наступить катастрофические последствия. Например, из-за нарушения протокола на уровне шитья разойдутся швы на ваших шерстяных штанах, и тогда одежда перестанет выполнять свои функции – с тем же успехом вы могли бы облачиться в дикарскую юбку из травы и листьев. Если биологическая система – ваш организм и будут атакованы протоколы иммунной системы, у вас может развиться аутоиммунное заболевание. Из-за множества компонентов и уровней подсистем эффект от взаимодействий в сложной системе может быть непредсказуемым. Небольшая ошибка в каком-нибудь фрагменте системы может не слишком сильно повлиять на его частные локальные функции, но при его взаимодействии с другими фрагментами значение такой ошибки вырастет и она повлияет на работу всей системы. Такое непредсказуемое взаимодействие может привести к гибели системы^[24].

Нарушения в протоколах могут расшатать самую устойчивую систему, но есть один плюс – во всей системе не так уж много ключевых точек для атаки. Более того, поврежденная сложная система способна худо-бедно существовать, а вот унифицированная может и вовсе отказать, если хотя бы один ее компонент подвергнется атаке.

Почему нельзя просто устранить ошибки в системе? Почему нельзя избавиться от точек атаки? Дело в том, что новые методы решения одной проблемы неизбежно влекут за собой появление новых дырок, и их тоже придется латать. Повышение устойчивости – это гонка вооружений, в ходе которой в системе образуется все больше и больше слоев, и она становится все сложнее и сложнее. Эволюция нашего сложного мозга и организма из того самого первичного бульона – как и авиалайнера из болтов и гаек велосипеда братьев Райт – стала не чем иным, как результатом гонки вооружений с добавлением одного за другим слоев, обеспечивающих устойчивость в борьбе с хрупкостью. Вспомните Черную королеву, которая бежит все быстрее и быстрее, чтобы остаться на месте. Неужели нет нам спасения? Можно принять контрмеры – сделать систему избыточной.

Протокол слоя ограничивает варианты исходящей информации, но не диктует выбор варианта. Ограничения, которые снимают ограничения, – это не то же самое, что причинно-следственная зависимость. Условие может ограничивать количество исходящих вариантов, но не является причиной выбора того или иного варианта. Когда вы собираетесь в гости, ваш гардероб – и, возможно, ваши представления о том, как следует одеваться на светское мероприятие, – накладывает ограничения на костюм, но не предписывает вам выбирать определенные предметы одежды. Свобода выбора остается. Протокол ограничений, снимающих ограничения, не предопределяет жестко конечный вариант. Если не отдавать себе отчета в том, что вы имеете дело с протоколом многоуровневой архитектуры, подобное заблуждение может существенно навредить. Этак вы, пожалуй, решите, будто картину возбуждения нейронов, иначе говоря, «состояние мозга», можно восстановить по вызванному этим состоянием поведению. Выдающийся нейробиолог Ив Мардер ясно показала ошибочность такой логики на примере кишечника омара^[25].

Мардер изучала «уровень пищеварения» омара по перистальтике его кишечника. Она выделила и рассмотрела все до одного нейроны и синапсы, участвующие в сокращениях кишки омара, вплоть до работы нейромедиаторов. Вы можете подобрать миллиард вариантов вечернего костюма из имеющихся у вас вещей, комбинируя их так и эдак – например, надевая носки на руки или юбку поверх джинсов, – вот и Мардер нашла в этом крошечном кишечнике 2 миллиона возможных сетевых комбинаций. Но, как и с вашими нарядами, предписанные протоколом ограничения сужают спектр исходящих вариантов – функциональной оказывается лишь малая их часть. Вы же не надеваете трусы поверх брюк и жакет под коктейльное платье, хотя могли бы. Как и в случае с вашей коллекцией одежды, небольшая доля от миллиарда или от двух миллионов – это все равно достаточно широкий выбор. Фактически работоспособными оказываются один-два процента – в любой момент времени от ста до двухсот тысяч сочетаний этой кучки нейронов вызывают одинаковое поведение. Подобно тому, как существует множество вариантов сочетания одежды, на уровне моторики задача может быть выполнена многими способами. Это пример многовариантной реализуемости, наглядное представление о том, что, когда дело касается возбуждения нейронов, возможны разные альтернативы. Иными словами, одни и те же свойства, состояния и проявления психики могут быть обусловлены различными паттернами активности нейронов. Казалось бы, пустая трата биохимической энергии и эволюционного времени. Но это означает, что если одна ниточка рвется, тут же натягивается другая.

За счет способных к адаптации компонентов, которые могут обслуживать различные процессы, многослойные системы сводят к минимуму затраты на ресурсы. Так, за выполнение различных функций, связанных с передачей сигналов и петлями обратной связи (что обеспечивает управление системой на разных слоях), отвечают многие белки биохимического уровня мозга^[26]. Энергия в системе экономится, поскольку отпадает необходимость развивать несколько компонентов, специфических для каждого слоя.

Оптимизация затрат происходит также благодаря контролю повреждений за счет параллельных процессов. Например, в многоклеточных организмах существует клеточный уровень, где клетки функционируют независимо друг от друга и вступают в обменные процессы по отдельности, а есть уровень тканей, состоящих из дружно функционирующих клеток, которые выполняют задачу ткани согласно протоколу ткани. На клеточном уровне каждая клетка следует собственному протоколу, и он может совпадать с протоколами других клеток в пределах данной ткани, но функционируют клетки сами по себе. Если одна из них повредится, ремонтировать ткань не придется – достаточно будет привлечь ресурсы для восстановления одной клетки. Кроме того, если клетка погибнет безвозвратно, ткань все равно будет делать свое дело, поскольку потеря одной независимо работающей клетки обычно остается незамеченной. Но если выйдет из строя ключевой элемент, передающий информацию от одного уровня к другому, эта система, как и любая иная многоуровневая, может оказаться в опасности. Что касается биологической ткани, то – если дефект возникает в белках, связывающих клетки, – может прекратиться передача информации от слоя индивидуальных клеток к слою ткани, и в итоге перестанет работать вся система. Многоуровневая конструкция биологических систем неидеальна, однако у нее есть свои плюсы, так как она минимизирует количество уязвимых мест, повреждение которых влечет за собой глобальную катастрофу, а также ограничивает влияние повреждений в других местах.

Как полагают Киршнер и Герхарт, легко изменяемые признаки мостят дорогу организмам с более сложным развитием, поскольку динамичные системы обычно менее подвержены смертельным мутациям. Благодаря фенотипической изменчивости, которую обеспечивает многоуровневая архитектура, популяции организмов получают шанс эволюционировать. Таким образом, «способность к эволюции» многоуровневых систем, по-видимому, внесла огромный вклад в их долгосрочную успешную выживаемость.

Мы вступаем на тонкий лед. Нам понятно, что сложные биологические системы устроены по многоуровневому иерархическому принципу, но пока неясна общая роль уровней и трудно сказать, каковы их функции и какие в них протекают процессы. Одни системы, например бактерии, изучены лучше, другие – в частности, как вы догадываетесь, мозг – хуже. Фундаментальными составными структурами биологической системы являются самые ранние с точки зрения эволюции композиционные уровни, как их называет Дойл, которые состоят из субатомных частиц, атомов, молекул и прочих элементов, каждый со своим протоколом. Другие уровни могут включать в себя частицы, чьи протоколы описывают внутри- и межмолекулярные взаимодействия, третьи содержат протоколы осуществления динамических взаимодействий, описывающие изменения и развитие, а на контролирующих уровнях протоколы частиц задают обратную связь для настройки отклика системы. Протоколы контроля регулируют поведение системы, когда она сталкивается с различными внутренними и внешними возмущениями. И уж в чем мы точно уверены, так это в том, что системам контроля во взрослеющем человеческом мозге требуется больше времени для полного развития, чем многим другим системам. Если вы в этом сомневаетесь, попробуйте нарушить покой подростка.

Контроль предупреждает случайные действия в системе и тем самым обеспечивает порядок и безошибочную работу. Задумайтесь: если наши нейроны начнут возбуждаться как попало, мы не то что по канату пройти не сможем, а даже ложку до рта не донесем. Системы контроля могут быть настроены как на оптимальный режим для выбора тактики поведения при усредненном, безразличном к риску сценарии, так и на строгий, чувствительный к риску контроль поведения в неблагоприятных условиях. Оптимальные контролирующие системы, как и следует из их названия, – лучший выбор для решения конкретной задачи. Однако при других непредвиденных обстоятельствах они могут оказаться в той или иной степени ненадежными^[27]. По этой причине в современных технических системах используется преимущественно строгий контроль – впрочем, скрытый, обнаружить его можно лишь по тому признаку, что в норме не происходит ничего вроде аварий, срыва потока и тому подобных вещей^[28]. «Боинг-777» триумфально преодолевает грозовые зоны именно благодаря тому, что его системы управления не оптимизированы для полета в безоблачном небе, а настроены на жесткий контроль при плохой погоде.

Большинство нейробиологов придерживаются той точки зрения, что системы контроля в мозге оптимизированы, однако нейробиолог, инженер и врач Дэниел Уолперт с этим не согласен. По его мнению и мнению его коллег, регуляция моторики у человека лучше всего объясняется строгим контролем^[29]. В системах строгого контроля предусмотрены жесткие ограничения по надежности и эффективности^[30], в них все время ищется компромисс между скоростью и точностью, скоростью и приспосабливаемостью, приспосабливаемостью и эффективностью, скоростью и затратами и так далее. И все эти компромиссы детально задокументированы в самых разнообразных сознательных и подсознательных процессах обработки информации^[31].

Для Уолперта контроль моторики – это основа основ. Один из ярых приверженцев идеи о верховенстве моторики, он принадлежит к славной когорте ученых, в которую входят нобелевский лауреат сэр Чарльз Шеррингтон, автор слов «цель жизни – не размышления, а действие», и Роджер Сперри, который призывал нас «объективно рассматривать мозг как то, чем он и является, – как механизм для управления двигательной активностью»^[32]. В конце концов, еда на столе и дети появляются в результате активных действий, а не размышлений. Наши предки выжили и оставили потомство благодаря своим активным действиям. Уолперт – вероятно, лидер в этом направлении на сегодняшний день – утверждает, что мы обладаем мозгом исключительно потому, что способны двигаться, подстраиваясь под внешние условия^[33]. Прежде чем сердито возразить, вспомните, что сердце – это мышца, без сокращений которой вы не выживете. Мы добываем пищу, пережевываем и перевариваем ее тоже за счет двигательной активности. Без еды мозг не может функционировать и, безусловно, не может создавать творческое пространство нашей жизни – литературу, искусство и музыку, – ибо без двигательной активности, которая средствами устной и письменной речи, жестов и мимики реализует творческие мысли во внешнем мире, оно в любом случае не вышло бы за пределы внутреннего пространства мозга. Мы должны задуматься о том, на какую позицию выводит нас эта мысль. Если наш мозг эволюционировал как система управления моторикой тела, то мышление, составление планов, память, чувственные восприятия и прочее – все это только инструменты, усложняющие многоуровневую архитектуру, созданную ради ужесточения контроля над моторикой в условиях изменчивой и непредсказуемой среды обитания. То же самое справедливо для обучения и когнитивной деятельности. Как всегда в таких случаях, добавленные в ходе эволюции уровни неизбежно привносят в систему и свои уязвимые точки.

Если вы нечаянно коснетесь раскаленной плиты, автоматический рефлекс вызовет вашу исходящую реакцию – вы отдернете руку раньше, чем осознаете боль. Это регулирование по механизму обратной связи на уровне периферической нервной системы. Быстродействующие, крупные, покрытые оболочкой (следовательно, дорогостоящие) нейроны спинного мозга в тот же миг, без помощи сознательного мозга, побуждают вас отскочить от вызывающего боль раздражителя. Это автоматический рефлекс, быстрый, требующий больших затрат энергии, не подчиняющийся осознанию, но не поддающийся изменчивости. Вы отдергиваете руку одним легким движением, не бывает такого, чтобы рука тихонько затрепетала, словно крылышки бабочки. Однако спустя мгновение подключаются медленные и тонкие специфические нервы и передают информацию о раздражителе: ой-ой-ой, пальцу больно! А что потом? Медленное осознание генерирует различные реакции – что следует сделать, чтобы облегчить страдания сейчас и не испытать их снова в будущем: вы можете сунуть палец в рот, в миску с ледяной водой или смазать соком алоэ. Вы намерены больше никогда не прикасаться к включенной конфорке. Когнитивный процесс – точный, экономичный и изменяемый, но медленный. Иногда можно и не спешить, однако при определенных условиях промедление смерти подобно.

Обучение и когнитивную деятельность можно принять за такие хитроумные уровни контроля, которые развились в попытках просчитать пока еще не возникшие раздражители и выработать устойчивость перед потеницальными потрясениями. Один из способов – использовать обратную связь из прежнего опыта с теми же раздражителями (память), но такая обратная связь может дать больше, чем настройка стимулирующей входной информации. Со временем можно внести изменения в протокол уровня – этот процесс мы называем обучением.

Различные механизмы обучения позволяют людям, животным и некоторым другим организмам подготовиться к будущему. Впервые попробовав невкусную еду, животное научится впредь избегать этого раздражителя. Как известно, факт обучения свершился, если та же самая входная информация («Горячо! Не трогай») по прошествии какого-то времени вызывает другую реакцию организма. Протокол «ешь птиц» изменился на «ешь любых птиц, кроме ворон», а «потрогай, чтобы понять, что это» на «потрогай, чтобы понять, что это, но не трогай плиту».

Хотя нам от рождения свойствен некоторый автоматизм – скажем, врожденный болевой рефлекс, – каким-то автоматическим поведенческим реакциям мы учимся. Благодаря тренировке кое-какие формы поведения можно переместить с замысловатого, но медленного уровня сознательного контроля на более низкий, но быстродействующий уровень автоматических бессознательных действий. Например, когда вы отрабатываете свинг в гольфе, память о предыдущих попытках подсказывает вам, где приземлится мячик. Выполнив замах и удар, вы смотрите, куда упал мяч, – и получаете обратную связь. Да что ж такое! Тогда вы делаете следующую попытку и бьете чуть иначе, чуть более удачно. По длине замах нормальный, но немного шире, чем надо. Ладно, выполним свинг еще раз. Хорошенько потренировавшись, вы будете почти всегда посылать мяч точно в цель – если, конечно, вам не помешают ни внешние возмущения вроде порыва ветра или шуточки, отпущенной под руку вашим приятелем, ни внутренние, такие как чувство жажды, напряжение в мышцах или непрошеные мысли о… да неважно, о чем. Вам больше не надо будет думать о контроле своих движений, вы доведете их до автоматизма.

Устойчивость к будущим возмущениям подразумевает, в частности, и планирование того опыта, которого вы, возможно, еще не испытывали. Мы представляем себе картину будущего, исходя из внутренних моделей. Вспоминаем прошедшие события и перетасовываем воспоминания, пытаясь выработать план действий в той или иной возможной ситуации. Следовательно, протокол моделирования будущего на этом специфическом уровне контроля является ограничивающим и освобождающим одновременно. Именно это вы и делали, когда выбирали экипировку для северной экспедиции по принципу обратного конструирования. Сначала, памятуя о своем прежнем опыте в похожих ситуациях, вы спрогнозировали вероятные трудности и представили себе свои ощущения в будущем. Вы вспомнили, что чувствовали тогда не то, что хотелось бы, и на этот раз, желая приспособиться к внешним условиям, подобрали более устойчивое к холоду и влаге облачение. По мере накопления опыта и сформировавшихся под его влиянием воспоминаний в протокол планирования закачивается больше информации, и она может составить более широкий спектр будущих сценариев. Чем богаче ваш опыт, тем более широкий выбор предоставляет вам мозг.

Применить концепцию уровней к такой невероятно сложной биологической системе, как мы с вами, на деле означает встать на определенную позицию, выработать идеологию для анализа работы нежного биологического организма. Разбиение объектов на уровни подсказывает инженеру принципиальный подход к конструированию мозга. Несмотря на то, что никто еще не приблизился хоть сколько-нибудь к этой цели, нейробиологам, которые неустанно трудятся в своих лабораториях, изучая нейроны и небольшие нейронные цепи, эта концепция помогает понять, как интерпретировать свои открытия. Становится примерно ясно, как организовать сложную, насыщенную локальными структурами систему, чтобы решить грандиозную задачу – например, построить тот самый оперный театр.

Глава 6

Дедушка слабоумный, но в сознании

Неважно, насколько изящна ваша догадка. Неважно, насколько вы умны и находчивы… Если ваша догадка противоречит опыту, значит, вы ошибаетесь.

Ричард Фейнман

Сознание живуче, его не так просто подавить. Я понял это, когда мне посчастливилось несколько лет проработать в неврологических отделениях. Из обследований пациентов с повреждениями разных зон мозга, из разговоров с ними мне стало очевидно, что отключить сознание очень и очень сложно. За исключением тех ситуаций, когда в коматозном или вегетативном состоянии из-за обширного поражения коры нарушается деятельность всего мозга в целом, сознание в той или иной форме сохраняется. Подобные состояния могут возникнуть, если оставить дома велосипедный шлем, когда он абсолютно необходим, либо вследствие образования тромба, разрыва или кровотечения в мозговой артерии, передозировки наркотиков или удаления опухоли, расположенной неблагоприятно для хирургического вмешательства. В любом другом случае можно навсегда утратить какие-нибудь способности, может измениться характер и даже личное восприятие реальности, но сознание никуда не денется. Конечно, для ученых поиски сознания в мозге – своего рода поиски святого грааля, но, уверяю вас, если бы в мозге такая вещь существовала, ее бы уже давно нашли.

Два последних тысячелетия человеческой истории ученые старались отыскать некий источник, общий фактор – духовную сущность, железу в переднем мозге, бессмертную душу, область мозга, – ответственный за такие вещи как язык, память, внимание и сознание. На самом деле мы знаем, в каких частях мозга формируются речь, память и внимание, хотя механизма этих бесценных способностей никто толком не понимает. Но стоит нам заняться поисками главного центра в мозге, связанного с сознанием, как мы начинаем путаться в словах и заходим в тупик, потому что выглядит все так, будто этой области не существует. Клиническая неврология настоятельно рекомендует нам попробовать взглянуть на эту проблему под другим углом.

Хорошо известно, что некоторые поражения ствола головного мозга производят разрушительное действие на сознание, эффект такой силы, что люди впадают в кому и зачастую уже из нее не выходят[11]. Но это совсем другое. Если разорвать контакты аккумулятора в вашей машине, больше она ездить не будет. Вы не сможете завести ее и посмотреть, на что она способна. Точно так же с поражением мозгового ствола – подавляющее большинство отделов мозга больше никогда не заведется. В предельных случаях наблюдать уже нечего и информацию о сознании искать бессмысленно.

Однако, вооружившись теорией о модулях и уровнях, мы можем взяться за решение загадки сознания, устойчивого к разнообразным тяжелым травмам мозга. Мы должны выработать подход к анализу поведения большинства пациентов с нарушениями функций мозга. Мы должны понять, почему сохраняется сознание.

В целом живучесть сознания можно объяснить большим количеством модулей, которые, несмотря на травмы или другие патологии, продолжают функционировать как обычно. В распоряжении мультимодульного мозга имеется великое множество каналов доступа к сознательному опыту. Если один из них выйдет из строя, другие откроют обходные пути. Чтобы отключить сознание, надо заставить замолчать все модули, участвующие в формировании состояния сознания. Пока этого не произойдет, исправные модули будут передавать информацию от одного слоя другому и генерировать субъективное переживание опыта. Вероятно, содержание сознательного опыта будет отличаться от нормального, но само сознание сохранится. В психоневрологической клинике можно увидеть, как разнообразные поражения мозга влияют на сознание, и получить представление об устройстве мозга. Оказывается, непрестанные флуктуации нашей когнитивной деятельности, которыми руководит кора мозга, зависят от великого множества эмоциональных состояний, которые вечно меняются под контролем подкорковых структур.

Наш первый пациент мог бы быть чьим-нибудь дедушкой. Он пожимает мне руку, как своему знакомому, но вот кто я, ему понять трудно. Он не помнит, чтобы в последние два дня мы встречались. Он страдает самой распространенной формой деменции – болезнью Альцгеймера, которую связывают с образованием и скоплениями бета-амилоида в мозге. Иными словами, у него значительное поражение нервной ткани по всему объему мозга. Не так давно появились факты против существующей уже около двадцати лет гипотезы о том, что болезнь Альцгеймера вызывается амилоидами, и сейчас предлагаются другие теории^[1]. Так или иначе, эта патология приводит к медленной дегенерации мозга – поначалу в основном к гибели нейронов в энторинальной коре и гиппокампе, что приводит к потере кратковременной памяти. Губительный эффект болезни может быть столь значительным, что характер человека кардинально меняется и жизнерадостный, отзывчивый дедушка превращается в индифферентную оболочку своего бывшего «я». Однако наш пациент, хотя и не узнает меня, не забыл правил вежливости и пожимает мне руку. Он может пытаться поддерживать разговор, но все равно испугается, если собьется и потеряет нить, и рассердится, если не будет знать, что делать дальше. Любые активные, функционирующие нейронные цепи обеспечат ему сознательный опыт, но по мере сокращения функции его сознательный опыт становится все более ограниченным. Скорее всего, этот сознательный опыт содержит странную информацию, совсем не ту, что заключена в здоровом мозге и индивидуальности пациента в прошлом. Отсюда и странное поведение.

Например, ранее общительный дедушка в своей апатичной модификации может все так же воображать себя «душой компании», каким он всегда был. Сиделки и родственники больного часто списывают его неадекватную самоидентификацию на неясную природу недуга. При этом преморбидный тип личности, который рисуют для своего любимого человека его друзья и родные, очень похож на то, что говорит о себе он сам в состоянии болезни^[2]. На этом основании можно предположить, что обманчивое представление дедушки о своем нынешнем характере, по-видимому, объясняется его неспособностью к обновлению своих представлений. Из-за деменции дедушка остался с устаревшей самооценкой. Пока бьется его сердце, сознание будет стойко переносить необратимое отмирание его дегенерирующего мозга, пусть и с пробелами в измененном информационном наполнении.

Давайте теперь заглянем к другому пациенту, назовем его мистер Б. Его проблема совсем иного рода. Он уверен, что ФБР проявляет к нему особый интерес и следит за каждым его шагом. Более того, агенты ФБР ведут видеозапись слежки и выкладывают все материалы о нем в открытый доступ в виде шоу. Естественно, это не дает мистеру Б спокойно жить, и он старается вести себя так, чтобы не попадать в неловкое положение. Он принимает душ в костюме для плавания и переодевается под простыней. Он избегает общения с другими людьми – ведь ему известно, что все они актеры и хотят обыграть ситуацию так, чтобы «Шоу мистера Б» стало более захватывающим. Трудно даже представить себе, каково это – оказаться на месте мистера Б. Но вместе с тем при тщательном изучении его истории болезни можно увидеть, что абсолютно здоровая и разумная кора головного мозга стремится извлечь здравый смысл из ненормальных процессов, происходящих в другом отделе мозга – подкорке.

У мистера Б хроническая шизофрения. Среди факторов риска этого заболевания можно назвать генетическую предрасположенность и взаимодействие генотипа с окружающей средой. Внешние факторы, повышающие риск, – детство в «городских джунглях»^[3], иммигрантский быт^[4], особенно при социальной изоляции (если общение ограничено небольшой группой таких же соотечественников^[5]), и пристрастие к марихуане^[6]. Какие бы доказательства против ошибочного убеждения ни предъявили мистеру Б, он все равно будет уверен, что за ним постоянно наблюдают миллионы чужих глаз. Ключевой симптом шизофрении заключается в восприятии больным человеком якобы чрезвычайно важных для него сигналов, которых здоровый человек даже не заметит^[7], – скажем, кто-то, прикрывшись газетой, смотрит именно на вас, или на дорогу специально подбросили камень, чтобы вам навредить. Смещение акцентов в восприятии важных событий – наиболее значимых для человека и отвлекающих его внимание – явление в расстройствах шизофренического спектра настолько распространенное, что сейчас все чаще звучат предложения отказаться от термина «шизофрения» и переклассифицировать эту патологию в «синдром дизрегуляции салиенса[12]^»[8].

Если реакция нейронов, вызванная сенсорным сигналом, сильнее реакции на другие стимулы, такой сигнал становится более значимым и притягивает к себе внимание. Шитидж Капур, психиатр, нейробиолог, профессор Королевского колледжа Лондона, объясняет разницу между галлюцинациями и иллюзиями: «Галлюцинация отражает непосредственное восприятие неверно оцениваемой значимости внутреннего образа», в то время как иллюзия (заблуждение) – это результат «когнитивной деятельности пациента по осмыслению восприятий, ошибочно оцененных как важные»^[9]. На процесс восприятия и отображения значимости в мозге влияет количество нейромедиатора дофамина. Проявления шизофрении во время острого психотического состояния связаны с усилением синтеза и выделения дофамина, а также его содержания в синапсах при состоянии покоя^[10]. По мнению Капура, при психозе происходит функциональное нарушение регуляции дофамина, что сначала приводит к аномальному возбуждению дофаминовой системы, затем к изменению нормального уровня нейромедиатора и наконец, вследствие этого, к искаженной оценке мотивационной значимости объектов, людей и действий^[11]. Эта гипотеза подтверждается исследованиями^[12]. Искаженная оценка важности сенсорного стимула порождает сознательный опыт совершенно иного содержания, чем следовало бы ожидать, притом что реальность мистера Б строится именно на этой информации и его сознание должно осмыслить именно этот опыт. Если принять во внимание информацию, содержащуюся в сознательном опыте мистера Б, то его галлюцинации и попытки придать смысл его заблуждениям кажутся не такими уж идиотскими, а вполне возможным, хотя и маловероятным объяснением тех ощущений, которые он испытывает. С учетом этого поведение, обусловленное его когнитивными решениями, выглядит уже разумнее. И, несмотря на патологическое нарушение функции мозга, мистер Б остается в сознании и свою жизнь воспринимает сознательно.

Впрочем, поведение может быть ненормальным и тогда, когда бодрствует лишь часть абсолютно здорового, функционирующего мозга. В многоуровневом мозге одновременно и слаженно происходит множество активных процессов. Но что если процессы рассинхронизируются – если все уровни будут работать, но не в лад? Наш следующий пациент – мистер А, и это, пожалуй, самый жуткий случай.

Мистера А, по отзывам родных и друзей, прекрасного семьянина, разбудили лай собак и незнакомые голоса. Он торопливо спустился по лестнице и увидал внизу нескольких вооруженных полицейских, готовых стрелять^[13]. Ошеломленного, ничего не соображающего мистера А в наручниках затолкали на заднее сиденье полицейского автомобиля, и, сидя там, он вслушивался через окно в разговор сотрудников экстренных служб, трясясь от страха и силясь понять, что происходит. Он уловил, что его жена смертельно ранена, и решил, что полиция явилась сюда в поисках виновника преступления. Лишь позже он понял, что злодея уже нашли – и это он сам.

Обессилев от ужаса, мистер А не мог вспомнить ничего, кроме того, что несколько часов назад он спал в своей постели. В полиции ему рассказали о случившейся трагедии. Мистер А жестоко убил свою жену, как потом определили, во время приступа сомнамбулизма. В таком состоянии он встал с кровати и отправился чинить фильтр в бассейне, о чем жена просила его за ужином. Должно быть, она проснулась и спустилась за ним, чтобы отвести его обратно в спальню. Его оторвали от работы, он пришел в ярость и нанес жене сорок пять ударов, после чего убрал инструменты в гараж, пошел назад, обнаружил, что она еще жива, и столкнул ее в бассейн, где она и утонула. Затем он вернулся в спальню. Полицию вызвал сосед, который услышал крики и лай, выглянул из-за забора и увидел, как мистер А, «явно плохо соображая», катит тело в бассейн.

В голове не укладывается, как можно убить собственную любимую жену, будучи в состоянии сомнамбулизма. Но поскольку у мистера А не было явного мотива, он не пытался спрятать тело и орудие убийства и ничего не помнил о произошедшем, суд присяжных решил, что мистер А действовал непреднамеренно и не отдавал себе отчета в том, что делал. Если так, то что же происходило в голове и разуме мистера А, когда его охватило неистовство?

Сомнамбулизм относится к парасомнии, расстройствам сна, это аномальное поведение во время сна. По результатам многолетних исследований с проведением электроэнцефалограмм сомнологи выявили две основные фазы сна – сон быстрых движений глаз и медленно-волновой сон. Приступы сомнамбулизма, превращающие человека в спящего на ходу, обычно наступают после резкого и неполного спонтанного пробуждения в медленной фазе, которая длится в течение первых двух часов ночного сна. Пытаться разбудить лунатика бесполезно и даже опасно, так как физический контакт может быть воспринят им как угроза и он может жестко отреагировать. В норме медленная фаза сменяется быстрой, при этом мышечный тонус падает, что предупреждает движение. В большинстве случаев сомнамбулизм не приносит никакого вреда и нередко дает повод свидетелю рассказать забавную историю, начав ее с такой преамбулы: «Ты не представляешь, что ты вытворял сегодня ночью!» И если человек лунатик, то и впрямь не представляет, потому что ничего не помнит о своих ночных похождениях.

Со стороны, как правило, кажется, что при парасомнии люди ведут себя иррационально и непонятно. Они могут посреди ночи начать пылесосить или возиться в саду, не обращая внимания на то, что их окружает. Порой лунатики затевают весьма сложные и потенциально опасные предприятия – принимаются косить газон, чинить мотоцикл или уезжают на машине. Столь непростые действия заставляют усомниться в том, что в таком состоянии человек и впрямь не сознает, что делает. Хотя и нечасто, но бывает, что подобные случаи заканчиваются насилием. Когда дело доходит до суда, вопрос о преднамеренности таких действий становится решающим, что обостряет споры о сознательном поведении людей, гуляющих во сне.

Картирование активности мозга и электроэнцефалография позволили получить более ясную картину мозговых процессов во время медленно-волнового сна^[14], эпизодов сомнамбулизма^[15] и при конфузионном пробуждении^[16]. Оказывается, мозг наполовину спит, наполовину бодрствует – мозжечок и ствол функционируют при минимальной активности большого мозга (полушарий) и коры. Проводящие пути, участвующие в управлении сложной моторикой и генерированием эмоций, работают в полную силу, а те, что связаны с лобной долей и необходимы для планирования, внимания, оценочных суждений, распознавания выражений лица и управления эмоциями, отключены. Лунатики ничего не помнят о своих выходках, и ни шум, ни крики их не разбудят, потому что части коры мозга, ответственные за обработку сенсорной информации и формирование новых воспоминаний, спят, они отключились на время, отсоединились и никак не участвуют в непрерывном сознательном процессе.

Вероятно, мистер А воспринимал события сознательно, но совсем не так, как он же воспринимал бы их в состоянии бодрствования. Исходя из концепции многослойного мозга, мы можем предположить, что определенные модули «низшего уровня», формирующие сознание, оставались активными, и это позволило мистеру А уверенно двигаться в нужном направлении и испытывать эмоции, в то время как другие, на относительно «высоком уровне», бездействовали, спали, не дав ему шанса понять, что происходит, узнать жену, услышать ее крики и запомнить случившееся. Определенные зоны мозга оказались разъединены и изолированы в масштабе всей системы; за поведение и сознательный опыт отвечали лишь отдельные модули. Погруженная в сон кора мозга, к несчастью, оставалась наглухо закрытой и ко всему безучастной. Когда оковы сна пали, молчавшие модули мистера А очнулись в кошмарной реальности. Те области его здорового мозга, которые во время этого страшного происшествия бодрствовали и которым не мешали процессы обработки информации модулями когнитивного контроля в спящей коре, инициировали поведение, вовсе не свойственное этому человеку, обычно доброму и не склонному к насилию. Именно тот факт, что действия мистера А полностью противоречили его личностным характеристикам и нравственным нормам, дал присяжным основания вынести вердикт «невиновен».

Напротив, одно из самых тяжелых и мучительных поражений мозга – травма его ствола, точнее, переднего отдела моста. Гибель нейронов, соединяющих мозжечок с корой, приводит к параличу при полном сознании. Широкую известность получил случай Жана-Доминика Боби, главного редактора французского журнала Elle, который в сорок три года перенес инсульт именно с такими последствиями. Он вышел из комы спустя несколько месяцев в полном сознании, с сохранившимися когнитивными функциями, но подвижность сохранило только его левое веко^[17]. Ему пришлось ждать, пока кто-то не заметил, что он моргает – и явно сознательно. Это называется «синдром запертого человека». Те, кому, с позволения сказать, повезло, способны моргать или вращать глазами по своей воле, пусть это лишь небольшие и довольно утомительные для них движения. Так они могут общаться. Другим и этого не дано.

Нередко проходили месяцы, а то и годы, прежде чем те, кто ухаживал за больным, могли догадаться, что их подопечный все понимает, что медицинские процедуры без обезболивания заставляют его страдать и что он слышит разговоры о себе, но не в силах вмешаться. Когда стало ясно, что Боби в сознании, он воспользовался своей способностью моргать. Свой опыт жизни в параличе он описал в книге. Лежа в кровати, он сочинял и запоминал фразы. Затем его секретарь по четыре часа в день, сидя рядом с ним, перечисляла буквы французского алфавита, и Боби моргал, когда слышал нужную букву. Для книги «Скафандр и бабочка» понадобилось двести тысяч морганий. В прологе Боби описывает состояние человека, который пришел в себя: «Парализованный с головы до ног пациент замурован в собственном теле, он мыслит, но этого не видно, и единственным средством общения становится левый глаз, которым человек может моргать»^[18]. Он пишет, что практически не может шевелиться, но чувствует боль, однако далее продолжает:

…разум теперь может порхать как бабочка. Столько всего предстоит сделать. Можно воспарить в пространстве или во времени, отправиться на Огненную Землю или ко двору царя Мидаса. Можно нанести визит любимой женщине, проскользнуть к ней и погладить ее еще сонное лицо. Можно строить воздушные замки, добывать Золотое руно, открывать Атлантиду, воплощать свои детские мечты и взрослые сны^[19].

Боби – пример неограниченных адаптационных возможностей человека. Собственно, такие пациенты, по-видимому, должны уметь приспосабливаться, раз 75 % из них и не помышляют о суициде или думают об этом редко^[20]. Даже при столь катастрофическом поражении части ствола мозга сознание сохраняется, а вместе с ним – полный спектр чувств, связанных с настоящим и прошлым опытом.

Повреждение модулей и уровней, а также нарушение их функций может привести к отклонениям в поведении. Как широко распространенные повреждения и нарушения в коре мозга при болезни Альцгеймера, так и специфические расстройства при травме ствола постепенно проясняют картину: для того чтобы уловить состояние вечно меняющегося сознательного опыта, необходимо разобраться в процессах, которые протекают и в коре, и в подкорке. Может быть, все эти сиюминутные осознанные мысли рождаются на базе нескольких специфических эмоциональных состояний, отчего эти мысли воспринимаются субъективно? Может быть, это хорошо укладывается в концепцию многоуровневой архитектуры мозга, притом что более древние с точки зрения эволюции системы работают без непосредственного контроля со стороны когнитивных уровней – хотя по-прежнему дают организму команды драться или убегать, искать партнера для спаривания или есть? Не укажет ли нам модель многоуровневой архитектуры путь к пониманию того, какие особенности нашей организации делают нас сознательными?

Существует устоявшееся мнение, что за все формы сознания отвечает кора мозга – без нее мы были бы неспособны к сознательной деятельности на всех уровнях, то есть не просто превратились бы в бессознательных существ, а еще и впали бы в вегетативное состояние^[21]. Однако кора может быть просто набором дополнительных узлов (приложений!) для расширения диапазона сознания. Она, конечно, дает нам кое-какие наборы динамических – то есть изменяемых и всегда активных – ментальных навыков, но в наших непосредственных субъективных ощущениях, возможно, не играет важной роли. Кора мозга, словно оболочка, прикрывает несколько подкорковых нейрональных сетей, необходимых для поддержания сознательного состояния. В кому впадают тогда, когда повреждаются подкорковые зоны, при этом человек или животное перестает реагировать на возбудители и со стороны кажется, что он/оно без сознания^[22]. Даже сохранившая все свои функции кора мозга не может компенсировать ущерб от подобных травм подкорки.

В былые времена граница между сознательным и бессознательным определялась главным образом как смысловая. Оттого, что трудно дать определение субъективному ощущению реальности, термину «сознание» не хватает объективности. Споры об определении основных признаков сознания не утихают именно по этой причине. Но стоит только перешагнуть порог клиники, как идентификация состояний сознания становится самой что ни на есть насущной задачей – уже не чисто смысловой, а еще и этической. Не давать обезболивающее пациенту, который все чувствует, хотя вы не подозреваете об этом и полагаете, что он без сознания, – значит его мучить. При всей неопределенности, связанной с термином «сознание», есть неопровержимые факты, указывающие на то, что для активизации некоторых форм сознания кора не нужна. Видимо, подкорковым системам хватает собственных ресурсов для создания субъективных ощущений.

Такие факты можно найти в клинической педиатрии. К великому сожалению, иногда дети появляются на свет с анэнцефалией (без коры мозга из-за пороков развития или генетики) или с гидранэнцефалией (с минимально развитой корой, нередко из-за внутриутробной травмы или заболевания). Нейробиолог Бьорн Меркер еще в начале своего профессионального пути заинтересовался подкоркой. Обескураженный крайне скудной информацией по этой теме (при немногочисленных описанных и изученных случаях детской гидранэнцефалии), он вступил в международную группу родителей и опекунов таких ребятишек в интернете, чтобы больше узнать о них и их состоянии. С некоторыми семьями он познакомился поближе и провел с ними неделю в Диснейленде. За эту неделю он увидел, что такие дети «не только ясно сознают, что происходит, и зачастую реагируют довольно быстро, но и демонстрируют неравнодушие к внешним событиям в форме ориентировочных рефлексов и эмоциональных реакций на происходящее… Если им что-то нравится, они улыбаются и смеются, если нет – начинают «суетиться», выгибают спину и плачут (со всеми оттенками плача), и эти эмоциональные состояния отражаются в их мимике. Ориентируясь на их реакцию, сопровождающие детей взрослые могут строить стратегию игры с предсказуемым переходом от улыбки к коротким смешкам, громкому смеху, а иногда и к сильному радостному возбуждению»^[23]. Дети испытывали эмоции, переживали субъективный опыт и находились в сознательном состоянии без участия коры мозга и когнитивных функций, которые она обеспечивает. Вы безошибочно отличите их от детей, у которых есть кора, но они осознают реальность и проявляют адекватные эмоциональные реакции на стимулы.

Спустя годы Меркер пришел к выводу, что за базовую способность к субъективному сознательному восприятию отвечает средний мозг. Смысловое содержание опыта, безусловно, вырабатывает кора, но сама эта способность появляется благодаря структурам среднего мозга. Этическое значение этого очевидно. Как пишет Меркер, родители нередко сталкиваются с удивлением медиков, когда просят проводить их детям необходимые инвазивные процедуры с анестезией.

Главный довод против того, что такие дети воспринимают мир посредством подкорковых структур, основан на том факте, что почти у всех них в какой-то степени присутствует кора мозга. Тем не менее, несмотря на значительные различия в немногих сохранившихся частях коры (при сомнительной их работоспособности), дети ведут себя последовательно, причем их поведение асимметрично ассоциированной с ним ткани. Например, обычно сохраняется слух, хотя слуховые ткани коры сохранены мало у кого, а зрение, скорее всего, будет плохое, несмотря на более или менее развитые у многих зрительные зоны коры.

Теорию Меркера подкрепляют исследования эмоциональных реакций животных. Нейробиолог Яаак Панксепп, эстонец по происхождению, посвятил полвека изучению природы эмоций у животных. Он различает два вида сознания – более раннее в плане эволюции аффективное сознание (осознание непосредственных ощущений эмоций) и сформировавшееся позднее когнитивное сознание (то, которое позволяет обдумать ощущения эмоций). В одной из своих лекций он рассказал о том, как в конце курса проводил со своими студентами итоговую лабораторную работу. Каждому студенту предоставили для исследования по паре крыс. У одной крысы кора мозга была удалена с сохранением только подкорки. Другой провели фиктивную операцию – животное прооперировали, но ничего в мозге не тронули. Студентам предстояло за два часа протестировать крыс по различным методикам, освоенным за время курса. По истечении контрольного времени они должны были сказать, у которой из крыс нет коры, и объяснить свое решение. Двенадцать из шестнадцати человек признали здоровыми с точки зрения неврологии крыс без коры мозга!

Студенты наблюдали у этих крыс типичное мотивированное поведение – животные искали пищу, спаривались, противостояли угрозе или спасались бегством, резвились с другими крысами^[24]. Такое поведение показалось студентам достаточно обычным для крыс, чтобы можно было счесть их нормальными! Если бы единственным посредником в процессе сознательной деятельности была кора мозга, то после ее удаления крысы не должны были бы реагировать ни на приставания сородичей, ни на что-либо еще. Однако отсутствие коры отнюдь не подавило их основные способности и реакции, и это означает, что для поддержания многих видов поведения, включая эмоциональное и мотивационное (о них пойдет речь ниже), достаточно механизмов, протекающих в верхнем отделе ствола мозга.

Исследования детей с гидранэнцефалией и крыс, лишенных коры мозга, дают основания предположить, что подкорковые структуры могут преобразовывать необработанные нейронные сигналы в некое подобие базовых эмоций. Подкорковым зонам мозга присуща своя динамика, они развивались на ранних этапах эволюции, и у всех известных науке млекопитающих сходны по анатомическим, нейрохимическим и функциональным показателям^[25]. Как считал Панксепп, эти отделы мозга, генерирующие эмоции, которые мы испытываем, одинаковы у людей и других животных, а естественный отбор они прошли, потому что повышали выживаемость. Каким образом? Эмоции играют роль внутренней системы кнута и пряника, благодаря ей животное понимает, насколько оно преуспело в борьбе за выживание. Положительные эмоции подбадривают животное, в то время как отрицательные, в зависимости от интенсивности, служат индикатором любых нежелательных ситуаций, от сомнительных до очень страшных. Таким образом, эти внутренние чувства, при всей их относительной примитивности на уровне сознания, позволяют оценить обстановку и являются мощными драйверами поведения.

Того же мнения придерживаются ученые из Калифорнийского технологического института Дэвид Олдерсон и Ральф Адолфс^[26]. Они считают, что эмоция – это бессознательное состояние центральной нервной системы, вызванное специфическим стимулом, внешним (например, появление хищника) или внутренним (скажем, воспоминание). Отвечающая за такое состояние нейронная группа при активации запускает множество параллельных процессов, формирующих поведенческую реакцию, ощущения, когнитивные изменения и соматические реакции вроде учащенного сердцебиения и пересохшего рта. Почувствовать что-либо можно и без участия сознания, которое сообщило бы об ощущении.

Как считает Панксепп, можно выделить семь основных эмоциональных и мотивационных состояний, характерных, по-видимому, для сознания как людей, так и животных на поведенческом и нейронном уровне: ПОИСК, СТРАХ, ЯРОСТЬ, ПОЛОВОЕ ВЛЕЧЕНИЕ, ЗАБОТА, ГОРЕ и ИГРИВОСТЬ. Эти ощущения, большей частью связанные с функциями подкорковой лимбической системы, побуждают животных к такому поведению, которое способствует успешным поискам пищи, укрытия и пары, уходу от опасности, защите себя и своего рода, выстраиванию отношений с родней и партнерами. Если мы рассматриваем сознание как субъективное ощущение чего-либо, то эмоции следует считать основополагающим компонентом сознания.

Панксепп сделал следующий вывод: эмоции оказались столь эффективным и жизненно важным инструментом, что в приблизительном виде закодировались в геноме и консервативно сохранялись у всех млекопитающих, а уже на более поздних ступенях эволюции дополнительная структура – кора мозга – создала механизмы обучения и когнитивной деятельности более высокого порядка, позволившие их отшлифовать^[27]. Раз такие ощущения появились раньше, чем ткани коры, значит, все необходимое для формирования чувств, сопутствующих сознательному опыту, должно быть заложено в путях передачи информации, специфических для подкорковых нервных сетей. Возможно, если мы изучим многоуровневую структуру подкорковых нервных сетей, то сумеем более правильно оценить важность самой примитивной формы сознания. Эмоции и мотивирующие ощущения животных, как и спровоцированное ими поведение, могут многое поведать нам о том, как модульные системы приводят сознание в действие, и, вероятно, укажут на чисто человеческие особенности сознания^[28].

Джозеф Леду из Нью-Йоркского университета, дотошно изучивший нейронные сети тревоги (поначалу он называл их сетями страха), придерживается другой точки зрения. Он опирается на два основных тезиса. Первый – что устраивающего всех, общепринятого определения эмоции до сих пор нет, а второй – что не все согласны с утверждением о единстве базовых эмоций. В таком случае как можно с уверенностью различать эмоции и прочие психологические состояния и как сравнивать эмоции у разных видов? Леду пишет: «Попросту говоря, мы занимаемся подтасовками. Анализ нашего собственного субъективного опыта подсказывает нам, что одни состояния психики связаны с определенными «чувствами», а другие нет». В связи с этим утверждение, что сходное поведение животных говорит о сходстве переживания, вызывает у него сомнения^[29]. По его мнению, для эмоциональных ощущений надо иметь кору мозга. Он полагает, что подкорковые сети влияют на эмоциональное поведение и физиологические реакции, но не создают непосредственно субъективные ощущения. Для создания субъективных ощущений, уверен Леду, требуется еще и когнитивная стадия, и это обеспечивается кортикальными сетями более высокого уровня, которые считывают и интерпретируют эмоциональное поведение. Здесь он не одинок. За подобные когнитивные теории «считывания» проголосовало бы большинство специалистов, занимающихся эмоциями. Леду полагает, что сознательные ощущения – это двухстадийный процесс, и возникают они тогда, когда определенные области префронтальной коры, ответственные за кратковременную память, реагируют на физиологическую реакцию.

Пока кипят страсти из-за эмоций, мы можем сохранять нейтралитет, благо концепции многослойной архитектуры мозга согласуется с обоими сценариями. Главное – в создании полноценного сознательного опыта участвуют как подкорка, так и кора мозга. С одной стороны, эмоциональные переживания детей с гидранэнцефалией точно такие же, что и у детей с хорошо развитой корой. Поскольку внешнее поведение одинаково, мы готовы приписать детям с гидранэнцефалией мета-осознание (осознание способности к осознанию) их сознательного опыта в полном объеме. Осознают ли они собственный опыт? Не имея коры мозга с ее необходимыми для когнитивной деятельности функциями, они не в состоянии понять, что осознают свое восприятие. Чтобы вы могли до конца осознать, что у вас есть сознательный опыт, как минимум, должны функционировать оба уровня.

Не слишком ли мы переоцениваем кору, если в подкорке и так есть все необходимое для сознания? Ни в коей мере! Смысл в том, что нельзя недооценивать подкорку. Зная, какую роль в сознании играют подкорковые процессы обработки информации, мы приобретаем более основательную базу для понимания того, почему так трудно избавиться от этого назойливого ощущения чувств. Судя по специфическим отклонениям в поведении, которые часто наблюдаются при повреждении коры мозга, эта область явно важна для смыслового наполнения сознания. Какова же роль коры мозга в формировании сознания? Кора расширяет наши возможности восприятия мира, благодаря чему наши сознательные реакции и переживания становятся бесконечно разнообразными.

Каждый вид обладает корой особенного типа, что гарантирует свое, характерное содержание сознательного опыта. Сознание человека в частности включает в себя язык. Только люди сумели придумать систему удобных значков, определенные сочетания которых сообщают другому человеку конкретное мысленное представление о некоей абстрактной идее. Мы не только способны учить язык – мы еще и биологически устроены так, чтобы усваивать его^[30]. Как уже говорилось в 4 главе, различными аспектами обучения языку, понимания и создания его занимаются области всего нашего мозга. Еще раз заглянув в больницу, мы увидим, что повреждение определенной зоны лишает человека способности понимать слова, хотя он по-прежнему способен составлять грамматически верные бессмысленные фразы с правильными просодией и интонацией. Если будет повреждена другая зона, мы поймем фразы, но не сможем их строить. В третьем случае не сможем произнести слова, но будем распознавать и понимать их. Дефекты такого рода порождают разный сознательный опыт, но ни один из них не лишит нас сознания как такового.

Язык делает наш сознательный опыт богаче, но мы и без него сохранили бы сознание, хотя многое стали бы воспринимать иначе. Вспомним французского «маугли» из Аверона по имени Виктор, вошедшего в историю как герой фильма Франсуа Трюффо «Дикий ребенок» 1970 года. Виктор жил в лесу, в полном одиночестве, и до 12 лет, пока его не нашли, не слышал речи, поэтому не научился говорить. Он явно обладал сознанием и имел сознательный опыт, правда, иного наполнения, чем можно было бы ожидать, владей он речью. Если функции одного из модулей не развиваются, в ход идут другие, которые создают альтернативный опыт.

Споры о том, генерируется ли сознание в первую очередь под влиянием подкорковых структур^[31] или главную роль в этом процессе играет кора мозга^[32], не утихают. Однако если говорить о функционировании мозга, то определенной модульной иерархии, которая позволяет сознанию проявляться тем или иным способом, может и не быть. Модули, каждый своего назначения, работают более или менее независимо, и содержание сознательного опыта не является результатом обработки информации в строго заданной очередности – это продукт своего рода конкуренции, когда в каждый момент времени сознанием завладевают определенные процессы, в то время как другие неактивны. С этой точки зрения сознательный опыт в том или ином виде могут производить модули как коры мозга, так и подкорки, без непременного участия «низших» или «высших» когнитивных систем. Скорее множество генерирующих его модулей просто вносит разнообразие в портфолио сознания. Чтобы наглядно показать, как это бывает, давайте попытаемся выжечь сознание каленым железом.

Один из самых невероятных и широко известных случаев поражения мозга – травма, которую получил на строительстве железной дороги рабочий Финеас Гейдж: тогда произошел взрыв и раскаленный металлический прут пронзил его череп в области левой фронтальной доли. Поразительно, но даже спустя минуты после происшествия Финеас, похоже, не утратил способности к сознательному восприятию. Лично я железному пруту в голову предпочел бы удар от Мухаммеда Али, подобный тому, что поверг на помост Сонни Листона, но – по крайней мере, ненадолго – Али своим нокаутом отключил сознание явно эффективнее. Сонни все-таки пришел в себя, а вот мозг Финеаса Гейджа был поврежден мгновенно и навсегда. Несмотря на потерю половины лобной доли, Финеас по-прежнему мог совершать те же действия, что и до несчастного случая. Однако манера его поведения кардинально изменилась – прежде вежливый рабочий превратился в невоспитанного хама^[33]. Он вел себя менее сознательно по отношению к другим людям, но сам не стал ни на йоту менее сознательным. Внешне его прежнее сочувствие к коллегам уступило место агрессии и возбуждению, то есть несколько сократился диапазон доступных ему сознательных переживаний. Финеас Гейдж страдал так называемым синдромом лобной доли – левая половина его лобной доли перестала функционировать. Человеку с травмированной лобной долей трудно контролировать эмоции^[34]. Утрату способности к управлению эмоциями можно объяснить «победой» подкорковых модулей, которые в отсутствие конкуренции со стороны сдерживающих модулей лобных тканей чаще захватывают власть над сознательным опытом. Вне зависимости от того, почему именно при синдроме лобной доли теряется эмоциональный контроль, всегда наблюдается один и тот же факт – человек по-прежнему находится в сознании.

Для огромного множества поражений мозга характерна общая картина – нарушение функции в зоне Х приводит к изменениям в поведении типа Y, но сознание почти всегда сохраняется. Благодаря огромному выбору путей, которые ведут к мгновенному акту сознательного восприятия, модульный мозг делает сознание устойчивым. Эти неврологические наблюдения можно объяснить только такой организацией мозга. Гибель модулей приводит к утрате специфических функций, но психика как ни в чем не бывало продолжает производить непрерывный поток сознания. Меняется лишь смысловое наполнение этого потока. Это не только доказывает, что мозг работает по модульной схеме, но и дает основания полагать, что каждый независимый модуль может генерировать собственную форму сознания.

Побывав в неврологической клинике, мы узнали, что само по себе значительное поражение мозга различной локализации не подавляет сознание. Могут пропасть некоторые типы осознаваемого опыта, но не сознание как таковое. Напрашивается вывод, что своего рода «Центрального вокзала», некой единой для всего сознания системы нейронного обеспечения в коре мозга, не существует, но любая зона коры способна продуцировать сознательный опыт при взаимодействии с подкорковыми процессами, а подкорковые процессы могут и сами генерировать сознательный опыт определенного типа. Таким образом, сюжетная часть сознательного опыта, по-видимому, обеспечивается обработкой информации в локальных модульных нейронных сетях.

Несмотря на выраженную независимость этих модульных систем, взаимодействие модулей помогает координировать поток сознания. Благодаря взаимосвязи каждый модуль получает самую свежую информацию о личном опыте человека. Точно так же, как новостные каналы рассказывают гражданам о текущих событиях в мире, взаимодействие модулей координирует информацию, гарантируя их слаженную работу в целом. Мы замечаем лишь такие взаимосвязи, которые срабатывают невпопад. Громкий шорох у вас в саду среди ночи вызовет в подкорке реакцию на опасность, и вы будете готовы позвонить в полицию, но в следующее мгновение включится когнитивный процесс, и вы поймете, что нахальный енот опять роется в вашем мусорном баке. Спасибо лимбической системе за то, что она быстро мобилизовала вас на борьбу с потенциальной опасностью, – впрочем, ничего страшного не произошло, просто добавится хлопот с утренней уборкой.

Вот это непрерывное взаимодействие мысли и чувства – иначе говоря, модулей подкорки и коры мозга – и создает то, что мы называем сознанием. Прилив сильных чувств и отвлеченные размышления, очевидно, ощущаются по-разному, однако любая форма сознания – это опыт, основа уникального восприятия действительности. Наша индивидуальная история жизни определяется закономерностями, по которым разнообразные формы сознательного опыта включаются в процесс осознания и вытекают из него. Лучшее объяснение многообразию форм и вездесущности сознания в мозге – модульная архитектура мозга. Теперь надо составить концепцию – каким образом сотни, если не тысячи встроенных в многослойную структуру модулей (притом что каждый слой способен генерировать формы сознания) в любой момент обеспечивают нам единовременный и обобщенный сознательный опыт, так что один эпизод плавно перетекает во времени в другой без видимых границ. Как мы узнаем в 9 главе, ключевая идея здесь – время. Это бесконечная цепь модулей, срабатывающих в самый благоприятный момент.

Подробности позже, а пока надо разобраться с более насущным и трудным вопросом. Можно строить разные схемы преобразования мозгом нейронных возбуждений в психические события, но в любом случае мы должны постараться понять, каков разрыв между этими двумя явлениями – объективным (связанным с нейронами) и субъективным (психическим) – и возможно ли в принципе его преодолеть. Можно думать, что состояния сознания, как мы их называем, возникают под контролем локальных модулей или центральных сетей мозга – все равно от этого разрыва никуда не денешься. Кое-кто полагает, что это нерешаемая задача.