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

Глава 7

Принцип дополнительности: подарок физиков

Те, кто не испытал шока при первом знакомстве с квантовой теорией, вероятно, ничего не поняли.

Нильс Бор

В 1868 году физик, альпинист, просветитель и профессор Королевского института Великобритании Джон Тиндаль выступал на заседании физико-математической секции Британской ассоциации содействию развития науки. В своем докладе он обозначил следующую проблему:

Невозможно представить себе переход от физики мозга к соответствующим проявлениям сознания. Даже если определенная мысль возникает одновременно с определенным молекулярным процессом в мозге; у нас нет органа интеллекта, как нет и какого-либо рудимента подобного органа, который позволял бы нам совершить такой переход посредством рассуждений… «Как связаны эти физические процессы с проявлениями сознания?» Пропасть между этими двумя классами явлений пока еще остается непреодолимой для ума[^1].

И вот спустя 150 лет мы не так уж далеко продвинулись, как нам хотелось бы. Мы изучили до известного предела электрические разряды, движение и группировки молекул и даже некоторые соответствующие состояния мозга; особенно это касается исследований зрения. Но, в отличие от Тиндаля, я считаю, что у нас есть орган, способный выполнить эту задачу. Надо только правильно сформулировать основные вопросы для темы о происхождении психики из мозга. Как нам следует трактовать этот крайне неудобный разрыв между нашей биологией и нашим разумом?

То, что провал (или разрыв) представляет собой проблему, признают все. Но только лишь 25 лет назад философ Джозеф Левин придумал для него официальный термин – разрыв в объяснении – и позднее описал его в книге Purple Haze («Лиловый туман»):

Мы понятия не имеем – и я настаиваю на этом, – каким образом объект физического мира мог бы создать субъект опыта, обладающий состояниями с полным набором качественных признаков, а не просто одним из них. Вот я смотрю на свой красный футляр для дискет и получаю зрительный опыт, признак которого – красный цвет. Свет определенного спектра отражается от футляра и определенным путем попадает на мою сетчатку. Далее в результате стимуляции сетчатки передаются импульсы глазному нерву, что в конце концов приводит к различным состояниям нервов в зрительной коре головного мозга. Где здесь события, которые объясняют мое восприятие красного цвета? По-видимому, между физическим и ментальным описанием нет никакой явно выраженной связи, и, следовательно, невозможно объяснить второе в терминах первого^[2].

Левин оставляет нас перед пропастью, которая разверзлась между физическим уровнем взаимодействующих нейронов и туманным, как нам кажется, уровнем сознательного опыта. Например, мы понимаем, что боль вызывается возбуждением волокон типа С в нервной системе и почему возникает пауза между нашей двигательной реакцией и ощущением, но объяснение причинных связей ничего не говорит о самом ощущении боли как о субъективном восприятии.

На сегодняшний день проблема психика/тело базируется на двух надежных, но с виду несовместимых тезисах: (1) верна некая форма материализма, или физикализм; (2) физикализм не дает объяснения феноменальному сознанию, то есть непосредственным ощущениям, или квалиа. Выберите первый тезис – и вы материалист, второй – дуалист. Однако Левин без тени сомнения выбирает оба. Он материалист, и он считает, что факты непосредственного чувственного опыта не могут быть следствием фактов физических. Можно ли усидеть на двух стульях? Большинство философов и нейробиологов скажут, что нельзя – как же он это делает?

Левин отвергает интуитивное убеждение в кажущемся отличии физических событий от психических – тех, что в немалой степени знаменуют собой качественные восприятия. Скажем, задержка в ощущении боли – это факт чувственного опыта (феноменальный), который объясняется физическим фактом. Но Левина это не интересует. Признавая, что феноменальный опыт вызывается возбуждением нейронов, а сознание следует считать именно физическим явлением, он утверждает: «У сознательного опыта есть два взаимосвязанных признака – субъективность и качественный характер, – и оба они препятствуют упрощенческому подходу к объяснению на физическом уровне». Раз нельзя объяснить, почему возбуждение нейронов эквивалентно ощущению боли, и таким образом заполнить разрыв, то Левин выдвигает гипотезу: «Надо, чтобы сами термины по разные стороны знака равенства выражали различные вещи»^[3]. Как ни странно, это выглядит так, будто Левин обратился к разновидности дуализма.

Впрочем, спустя годы Левин дал понять, что не верит в существование разрыва – пустоты между нейронами и субъективным ощущением. Он говорил лишь о том, что мы не знаем, как закрыть эту брешь. Конечно, пробелы, если подумать, встречаются в истории науки на каждом шагу, но обычно о них говорят как о пробелах в знаниях. В конечном счете, разрыв между психикой и телом Левин трактовал в том же смысле. Если прибегнуть к умным философским выражениям, он считал это вопросом противостояния эпистемологии и метафизики. Он рассматривал это как пробел в существующих представлениях о правильном объяснении подобных вещей. В этом смысле он, безусловно, был прав.

Австралийский философ Дэвид Чалмерс согласен с тем, что «разрыв в объяснении» есть, и настроен еще более решительно. Он твердо стоит на позиции (2): физикализм не дает объяснения феноменальному сознанию, непосредственным ощущениям, или квалиа. То есть Чалмерса можно считать дуалистом, хотя он сам уточнил бы: дуалистом с естественнонаучными взглядами. Он тоже считает, что состояния психики вызываются физическими системами мозга (это натуралистический компонент), но, по его мнению, психические состояния принципиально отличаются от физических и их нельзя объяснить исключительно работой физических систем^[4]. Весьма незаурядная позиция для современного философа – но не для тех, кто далек от философии. Большинство ныне живущих на земле людей – дуалисты!

При этом в 1879 году Тиндаль, слегка перефразируя свою речь, произнесенную в 1874 году по поводу вступления в должность президента Британской ассоциации содействию развития науки, и предвосхищая нашу дискуссию, которая развернется в этой же главе чуть дальше, писал: «Будучи глубоко убежден в целостности природы, я не могу резко остановиться там, где уже нет пользы от микроскопа. Здесь на помощь глазам без колебаний приходит мысленный взор. По интеллектуальной необходимости я пересекаю границы экспериментальных фактов и вижу в этом «материале»… надежды и огромный потенциал всей жизни на Земле»^[5]. Того же мнения придерживался Уильям Джеймс, который утверждал:

Судя по многим научным работам, условие целостности действительно обладает пророческой силой. Следовательно, мы сами должны добросовестно попытаться постичь процесс зарождения сознания со всех сторон, так чтобы этот процесс не выглядел вторжением новой, до тех пор не существовавшей природы во вселенную^[6].

А также:

Как эволюционисты мы должны твердо стоять на том, что любые вновь появляющиеся формы жизни – на самом деле не что иное, как результат перераспределения первичных и неизменяемых материй. Наш мозг образуют те же самые атомы, которые были хаотически рассеяны в туманности, а теперь застыли на какое-то время в определенных позициях, и «эволюция» мозга, если разобраться в ее сути, должна быть просто описанием процесса улавливания и расстановки атомов. В этом процессе ни на одной стадии нет никаких новых сущностей или сил, которых не было бы с самого начала^[7].

Похоже, за последние несколько десятилетий мы забыли, что человеческое сознание не возникло невесть откуда, полностью сформированное, в мозге древнего человека такого-то, – нет, оно развивалось постепенно из своих предшественников. «Для плавного хода эволюции сознание в том или ином виде должно было быть в начале всего сущего»^[8], – продолжает Джеймс. Да, вот так давно. Если мы хотим постичь смысл разрыва между психикой и мозгом, нам надо глубоко вникнуть в другие важные вопросы, например, в проблему возможности происхождения жизни из неживой материи.

Как мы увидим в этой главе, чтобы понять суть различий между живой и неживой материей, нам придется признать неизбежную двойственность всех способных к развитию сущностей – то есть признать, что все живое может одновременно пребывать в двух разных состояниях. Вы убедитесь в том, что устранить изначально заложенную проблему разрыва между живыми и неживыми системами можно средствами физики и биосемиотики, не призывая в систему призраков. Знания из области этих наук подсказывают подход к решению проблемы подобных пробелов в целом и заполнения их в частных случаях, а также помогают нейробиологам составить дорожную карту, чтобы разобраться с разрывом между психикой и мозгом в рамках многослойной архитектуры и с протоколами, которые описывают взаимодействие слоев. Но сначала займемся физикой.

Эта история начинается с Исаака Ньютона и блестящего старта классической физики в семнадцатом столетии. Той самой физики, с которой большинство из нас мучилось в школе. Оказывается, история с яблоком – это быль. Ньютон сам рассказал об этом своему биографу Уильяму Стьюкли, вспоминая тот день 1666 года, когда он сидел под яблоней, предаваясь раздумьям:

Почему яблоко непременно летит вниз перпендикулярно земле… Почему не вбок или вверх? но всегда к центру земли? причина, конечно же, в том, что земля притягивает его. должно быть, в веществе есть притягивающая сила. и должно быть, притягивающая сила земного вещества сосредоточена в центре земли, а не где-нибудь с краю. следовательно, яблоко падает перпендикулярно, то есть летит к центру. если таким образом вещество притягивает другое вещество, это должно быть соразмерно его количеству. стало быть, земля притягивает яблоко, а яблоко точно так же притягивает землю^[9].

Джон Кондитт, муж племянницы Ньютона, рассказывал о том, как рассуждал далее Ньютон – может ли эта сила распространиться за пределы земли: «Почему бы не ввысь, до самой Луны, спрашивал он себя, и если так, то это должно бы оказывать действие на ее движение и, вероятно, удерживать ее на орбите, и тогда он принялся за расчеты, к чему могла бы привести эта гипотеза»^[10]. И расчеты были произведены. Результаты исследований «земного» движения, которые проводил Галилей, Ньютон облек в математическую форму, и теперь эти уравнения называются законами механики. Галилей показал, что если на тело не действуют никакие силы, то скорость и направление его движения остаются постоянными; тела обладают свойством сопротивляться изменениям характера движения, и это свойство называется инерцией; и наконец, трение представляет собой силу. Последнее из этих открытий представлено в третьем законе: всякому действию соответствует равное по величине и обратное по направлению противодействие. Размышляя о яблоках и выполнив различные расчеты, Ньютон пришел к закону всемирного тяготения и к пониманию того, что уложенные им в математические формулы законы «земного» движения справедливы и для наблюдений Иоганна Кеплера за движением планет. Неплохой итог трудового дня.

Так было сделано великое открытие. Ньютон предложил ряд понятных и неизменных математических выражений, которые описывали, без преувеличения, механику всех физических объектов во вселенной, – от мячей для игры в бочче до планет. Это универсальные и непреложные законы. Они не зависят ни от самого Ньютона, который их изучал, ни от Кеплера, ни от кого другого. Есть наблюдатели или нет, вселенная и все системы в ней послушно следуют этим законам, управляющим пространством, временем, материей и энергией. Если дерево падает в лесу, где никто этого не видит, звуковые волны все равно распространяются. Услышит кто-нибудь шум или нет – это другой вопрос, и, как мы скоро поймем, это принципиальное отличие прекрасно иллюстрирует суть нашей проблемы происхождения жизни.

Ньютон взбудоражил не только научную мысль. Считалось, что раз его законы универсальны, то теоретически они позволяют при известных начальных условиях предсказать любое событие в материальной вселенной. Следовательно, все предопределено, в том числе и ваши действия, поскольку вы тоже физический объект вселенной. Подставьте в уравнение нужные исходные параметры, и вы узнаете, что произойдет в будущем – даже то, чем вы займетесь вечерком после работы в следующий четверг. Но при таком подходе ускользает от внимания один важный момент. Как мы увидим в скором времени, исходные параметры в формулу подставляет экспериментатор по своему усмотрению, и его субъективный выбор – это что-то вроде волка в овечьей шкуре. Тут все не так уж просто.

Получается, что законы Ньютона идут вразрез со свободной волей и, таким образом, снимают с человека ответственность за его действия. Поначалу детерминизм овладел умами физиков, но довольно быстро под его влияние попали и многие другие. Тем не менее, хотя к ньютоновской точке зрения на мир еще надо было привыкнуть, открытые Ньютоном законы хорошо описывали большинство наблюдаемых в природе событий и в течение следующих двух столетий считались незыблемыми. Однако вскоре ньютоновская физика подверглась серьезному испытанию – ей пришлось иметь дело с новым изобретением, а именно с паровой машиной. В 1698 году военный инженер Томас Севери запатентовал первый промышленный механизм, предназначенный для откачки воды из затопленных угольных шахт. Со временем конструкцию паровых машин усовершенствовали, но у них остался весьма досадный недостаток – их производительность была ничтожно мала по сравнению с количеством сжигаемой в качестве топлива древесины.

Первые паровые машины рассеивали и забирали чересчур много энергии, поэтому работали крайне неэффективно. В полностью детерминированном мире, концепцию которого представил Ньютон, это казалось бессмысленным, и в итоге физики-теоретики столкнулись с загадкой явно потерянной энергии. Так родилась новая область науки – термодинамика, а вместе с ней изменились и представления о природе. Это касалось связи тепла и температуры с энергией и работой. Когда об этом задумались всерьез, физика изменилась навсегда, а детерминистский ньютоновский мир стал выглядеть несколько иначе.

Прошло немного времени, и проблема паровой машины привела к формулировке двух законов термодинамики. Первый из них гласит, что внутренняя энергия изолированной системы всегда постоянна. По сути, это вариант закона сохранения энергии, согласно которому энергию нельзя создать и ликвидировать, но одна ее форма может перейти в другую. Это утверждение полностью соответствует ньютоновскому детерминизму, но применимо в ограниченных условиях, так как справедливо только для закрытых и изолированных систем.

Со вторым законом термодинамики все гораздо интереснее и не так однозначно; в нем участвует новое понятие – энтропия. Второй закон говорит о том, что, скажем, тепло не может самопроизвольно перетекать оттуда, где холодно, туда, где теплее. Помню, как однажды я лично столкнулся с этой проблемой. Был морозный зимний день в Дартмуте, и я ждал у себя в кабинете одного физика, чтобы с ним побеседовать. Он шел ко мне через весь кампус Грин, по открытому всем ветрам пространству, и даже куртка его промерзла. Поздоровавшись, я весело заметил, что от одежды гостя, вошедшего с улицы, всегда веет холодом и мне самому становится холодно. Он посмотрел на меня и сказал: «Давайте-ка разберемся с физикой. Холод вам не передается. Это тепло вашего тела передается мне. Вы начинаете мерзнуть, потому что из вашего тела уходит тепло». Напомнив, что второй закон термодинамики может оказаться весьма кстати даже для объяснения явлений повседневной жизни, коллега добавил, что нам, пожалуй, следует взять на работу еще одного физика-теоретика.

Термин «энтропия» ввел немецкий физик XIX века Рудольф Клаузиус для описания «потерянного тепла». Это мера тепловой энергии, которая не может быть потрачена на полезную работу. Холодная куртка того физика увеличила мою энтропию, а вместе с тем уменьшилось и количество энергии, которая поддерживает тепло моего тела[^11]. Второй закон – это область, где пропадает ясность. Если коротко, то теплообмен с участием курток и паровых машин необратим. Поборников ньютоновской теории и детерминизма в физике это известие шокировало. Время вдруг перестало быть обратимым – стрела времени летела только в одну сторону. Таким образом, термодинамика вошла в противоречие с универсальными законами Ньютона, которые гласили, что все в принципе обратимо. И вот эта подрывающая все устои мысль мало-помалу просочилась в другие концепции – даже, как мы увидим, в концепцию многослойной архитектуры и стратегию подхода к проблеме разрыва между психикой и мозгом.

Как ни странно, к середине XIX века химики уже приняли и взяли на вооружение атомную теорию, согласно которой все вещества состоят из атомов, а физики по-прежнему спорили о ней. Среди прочих ломал над этим голову и австрийский физик Людвиг Больцман. Его главной заслугой считается создание кинетической теории, где газ определяется как совокупность множества атомов или молекул, которые находятся в состоянии хаотического, неупорядоченного движения – постоянно перемещаются, сталкиваясь друг с другом и стенками сосуда. Больцман преобразовал идеи Гассенди XVII века в точную науку – сейчас этот раздел называется статистической механикой. С учетом типов и положения молекул кинетическая теория объясняла наблюдаемые макроскопические свойства газов – давление, температуру, объем, вязкость и теплопроводность.

Одним словом, Больцман сделал открытие огромной важности, что позволило впоследствии определить неупорядоченность системы (энтропию) как совокупный результат движения молекул. Он утверждал, что при таком неконтролируемом хаотическом движении атомов второй закон имеет смысл не в прямолинейном детерминистском толковании, в только в статистическом. Иначе говоря, перемещения той или иной частицы предвидеть невозможно. От сближения с той курткой моя система в целом стала менее упорядоченной. Как говорил Майкл Корлеоне, «ничего личного, только бизнес».

Больцман спровоцировал бурные дискуссии в сообществе физиков, по-прежнему полагавших, что во вселенной все предопределено и подчинено законам Ньютона. Они были твердо убеждены в нестатистической природе вселенной, где отлично работают простые прогнозы. В итоге теория Больцмана не раз подвергалась жесткой критике. К большому сожалению, это ввергло его в состояние фрустрации и в депрессию, и в 1906 году, поехав с семьей отдохнуть в окрестностях Триеста, он свел счеты с жизнью – незадолго до того, как его теория получила полное и безоговорочное признание.

Законы статистики по сей день приводят физиков в замешательство. Начать с того, что ньютоновские законы симметричны относительно времени, а стало быть, обратимы. Конечно, в детерминистском мире, описанном Ньютоном, то, что продвинулось вперед, точно так же может вернуться назад. Статистические законы, очевидно, работают иначе. Как событие может быть обратимым, если оно происходит не обязательно, а лишь с некоторой вероятностью? Не может, и на первый взгляд эти две точки зрения на реальность противоречат друг другу. Чтобы урегулировать расхождения, требовалось новое мышление. Атомная физика давалась ученым с трудом, но, проникнувшись ее идеями, они стали развивать эту область науки и активнее изучать открывшийся им новый мир. В 1897 году английский физик Джозеф Джон Томсон, не откладывая дело в долгий ящик, открыл и описал первую элементарную частицу – электрон. Великий физик Томсон был еще и великолепным учителем. Мало того что он сам за свои выдающиеся заслуги удостоился рыцарского звания и Нобелевской премии – лауреатами Нобелевской премии за собственные достижения в науке стали также восемь его учеников, среди которых был не только его сын, но и великий Нильс Бор, который в конце концов выдвинул теорию дополнительности. Но я опережаю события. Прийти в согласие с новым миром удалось лишь после определенных дискуссий.

Мысли об энтропии и втором законе термодинамики не оставляли Макса Планка, немецкого физика-теоретика. Поначалу он верил в абсолютную достоверность, а не в расплывчатую статистическую версию второго закона, которую отстаивал Больцман. Рьяный сторонник ньютоновской механики, Планк тем не менее осознавал сложности, связанные с энтропией, поскольку идея возрастающей энтропии таила в себе весьма неприятный факт необратимости. Собственно, Планк не возражал против необратимости, но хотел, опираясь на классические законы, вывести строгое обоснование закона энтропии, которое оправдывало бы необратимость. Как и большинство физиков, он всячески стремился выстроить цельную физическую теорию, объясняющую все. А ломать устоявшиеся концепции очень нелегко.

Возможность представилась в 1894 году, когда Планку поручили важное задание – оптимизировать лампочки так, чтобы получить максимальный световой поток при минимальных энергозатратах. Для этого ему пришлось заняться отдельной проблемой – излучением черного тела. Мы можем наблюдать это явление у походного костра. Если подержать в огне металлический шампур, его кончик покраснеет. Раскалившись еще сильнее, металл поменяет цвет с красного на желтый, потом побелеет, а затем станет голубым. По мере прогревания внутренних слоев его поверхность начинает испускать электромагнитное излучение в виде света – так называемое тепловое излучение. Чем горячее металл (чем выше его внутренняя энергия), тем короче длина волны (и выше частота излучения), поэтому и меняется его цвет. Вскоре физики сформулировали концепцию «абсолютного» излучателя и поглотителя – некоего идеализированного тела, которое, будучи холодным, полностью поглощает весь попадающий на него свет и потому кажется черным.

Такой идеализированный объект называется черным телом, а исходящее от него излучение – излучением черного тела. Классические законы физики не позволяли точно оценить количество и частоту излучения, испускаемого таким черным телом. Для низких частот (красного света) законы Ньютона работали удовлетворительно, но для волн с более высокими частотами никакие прогнозы не оправдывались. После множества неудачных попыток применить классическую физику Планк скрепя сердце обратился к статистической трактовке энтропии. Когда он ввел понятие «элементов энергии» и установил, что энергия – это «дискретная величина, состоящая из целого числа конечных равных частей»^[12], ему удалось составить уравнение, которое хорошо описывало излучение черного тела.

Ни сам Планк, ни кто-либо еще тогда не понимал, что в основе его закона излучения лежит совершенно новая концепция, принципиально иной взгляд на природу. Это была первая попытка заглянуть в квантовый мир. Кроме того, открытие Планка показало, что не существует ни единого фундаментального свода законов, ни единой модели вселенной. Можно сказать, он вбил последний гвоздь в крышку гроба ньютоновской теории о детерминированности всего на свете.

Любопытно, что сам Планк не вполне был доволен точностью своего закона излучения, а идея о квантах энергии, как он выразился, была «чисто формальной гипотезой, на самом деле я не придавал этому большого значения»^[13]. Но идеологически новой, попутно возникшей мыслью, которой он сам до конца не осознал, хотя и использовал ее как математический прием, было то, что микро- и макроскопические системы ведут себя по-разному. Вот это да! Планк невольно выбил кирпич из основания своей любимой мечты – найти универсальное объяснение всему. Мало того, что квантовая теория изменила представления людей о вселенной – стало очевидно также, что существуют два слоя реальности, каждый со своей терминологией и жизнеустройством. Как и в любой сложной системе, каждый слой имеет свой протокол – на атомном уровне действуют статистические законы, а более крупные системы функционируют так, как описывал Ньютон. Не располагая теорией многослойной архитектуры, эпистемологи зашли в тупик. Поднялась паника – как все это понимать? Универсальное объяснение всему на свете не годилось. По-видимому, должны быть два объяснения поведения материи – это и есть дополнительность.

Физиков осенило, когда они поняли, что свет может вести себя и как поток частиц, и как волны. Это двойственная природа, когда одно дополняет другое. Споры на эту тему длились десятилетиями, но в конце концов факт был установлен. Недавно исследователи запечатлели невероятную картину: в одно и то же время одна небольшая группа фотонов вела себя как волны, а другая – как частицы^[14]. Несмотря на то, что сейчас идея дополнительности уже прочно укоренилась в физике, при попытках объяснить проблему разрыва между психикой и мозгом ее рассматривают редко. А следовало бы почаще, и для начала я предлагаю вспомнить, как именно физики пришли к осознанию самого этого, казалось бы, загадочного факта. Укрепившись в физике, идея дополнительности могла бы оказаться базисной и в решении биологических проблем – особенно в объяснении разрыва между психикой и мозгом.

Получив диплом преподавателя физики и математики, двадцатидвухлетний Эйнштейн в 1901 году стал гражданином Швейцарии и принялся искать работу. Ни в одном образовательном учреждении вакансии не нашлось. В конце концов он сумел получить место «технического эксперта третьего класса» в бернском патентном бюро; кроме того он подрабатывал частными уроками. Вместе с несколькими товарищами Эйнштейн учредил клуб «Академия Олимпия», члены которого собирались в свободное время, чтобы обменяться мыслями.

В 1905-м, звездном для него году, в 26 лет, Эйнштейн выдвинул четыре великие идеи и тем самым вывел физику на совершенно иной уровень. Он создал квантовую теорию света, согласно которой энергия светового луча расфасована – иначе и не скажешь – в крохотные упаковки (позже их назвали фотонами) и может меняться только очень малыми дискретными порциями. В общем, «порция энергии» оказалась не просто математическим фокусом, придуманным Планком и использованным в удобной формуле. Тогда еще не утихли дебаты о том, является ли свет волной или потоком частиц. Волновая природа света, если ее принять, отлично объясняла разного рода наблюдаемые явления, такие как преломление лучей, дифракция, интерференция и поляризация. Но при таком подходе не находилось объяснения фотоэффекту, когда поверхность металла под воздействием светового луча испускает электроны (в данном случае так называемые фотоэлектроны).

Поначалу физики не придавали этому большого значения. Исходя из волновой теории света, они полагали, что чем больше интенсивность света (то есть чем больше амплитуда волны), тем выше энергия электронов, покидающих металл. Однако, как выяснилось, все совсем наоборот. Энергия испускаемых электронов не зависит от интенсивности света – при одной и той же частоте волны яркий и тусклый свет с равной энергией вышибает электроны с металлической поверхности. Энергия, с которой электроны покидали металл, возрастала с увеличением частоты световой волны – и это было неожиданно. Если свет – волна, то выходила бессмыслица. С равным успехом можно было бы утверждать, что мощный океанский прибой и легкая, ласковая волна подбросят надувной мяч на пляже с одинаковой силой. Эйнштейн догадался, что объяснить наблюдаемый эффект можно только в том случае, если свет представляет собой поток частиц, взаимодействующих с электронами на поверхности металла. В его модели свет состоял из отдельных квантов (фотонов, как их назвали впоследствии), которые вступали во взаимодействие с электронами металла. Каждый фотон обладал собственной энергией. С ростом интенсивности света увеличивалось количество фотонов, испускаемых в единицу времени при том же количестве энергии в каждом фотоне. Затем, спустя всего несколько месяцев, Эйнштейн приумножил свои успехи, установив, что свет можно рассматривать и как волну тоже. Свет и в самом деле существовал в двух мирах.

Эйнштейна уже ничто не могло остановить. Представив эмпирические факты, подтверждающие существование атома, он раз и навсегда разрешил спор на эту тему и «санкционировал» применение статистической физики. Вишенкой на торте стала его теория относительности и знаменитое уравнение Е = mc ². Физикам понадобилось время, чтобы свыкнуться со всеми этими открытиями, так что прославился Эйнштейн не сразу. Единственным быстрым результатом его трудов стало повышение по службе в патентном бюро до технического эксперта второго класса.

Впрочем, как только физики догнали химиков и вдумались в положения атомной теории, они довольно скоро поняли, что все эти микроскопические кирпичики природы – элементарные частицы, атомы и молекулы – не подчиняются законам Ньютона, а нарушают их. Теряя энергию, вращающиеся вокруг ядра электроны не падают на него, как следовало бы ожидать, исходя из законов Ньютона, а остаются на своих орбитах – и это был неоспоримый факт. Но почему?

В 1925 и 1926 годах группа физиков, куда входил Вернер Гейзенберг, работавший в Геттингенском университете и часто посещавший Нильса Бора в его копенгагенском институте, продолжала развивать квантовую теорию, стремясь пролить свет на три великие тайны – излучение черного тела, фотоэлектрический эффект и стабильность движущихся вокруг ядра электронов. Нравилось это физикам или нет (а многим, в том числе и Планку с Эйнштейном, не нравилось), но их выбило из ньютоновского детерминистского мира, унесло с того видимого и осязаемого физического «слоя», где мы все обитаем и где всему есть одно универсальное объяснение, и они попали в более глубокий слой – в тайный, полный парадоксов, статистический, недетерминированный мир квантовой механики. Черно-белый мир четких и ясных ответов сменился миром, где ответы имеют множество оттенков, – параллельно существующим слоем с другим протоколом.

Возьмем для примера отражение света. Отражается всего 4 % попавших на стекло фотонов, а остальные поглощаются. Но какие из них отражаются, от чего это зависит? Многолетние исследования с использованием самых разных методов дали вероятный ответ – все дело в случае. Будет ли фотон отражен или поглощен – чистая случайность. «Значит ли это, что мы дожили до столь кошмарных времен, когда физика сводится к вероятностям, а не к удобным прогнозам. Да, такова нынешняя действительность… Вопреки условию, которое поставили философы: «Наука требует, чтобы при соблюдении одних и тех же условий эксперимента результаты были одинаковы». Ничего подобного. Иногда так и получается, а один раз из двадцати пяти – нет… непредсказуемо, совершенно случайно… вот как это происходит^[15]», – говорил Ричард Фейнман. Мир неопределенности. В те времена это злило физиков. Даже Эйнштейн хотел бы захлопнуть дверь в мир без определенности, которую сам же и распахнул. Он много и мучительно размышлял о том, что все это значит для якобы детерминированной вселенной и причинно-следственных закономерностей; тогда-то он и произнес свою крылатую фразу: «Бог не играет в кости со вселенной». Однако если физики претендовали на звание ученых, они должны были расстаться со своими предубеждениями и идти по тому пути, который им указывали их открытия.

Когда мы говорим о ненормальном квантовом мире, нельзя упускать из виду, что сами мы обитаем в макромире ньютоновской физики. Здравый смысл – то есть повседневные физические законы, на которых зиждется макромир, – едва ли поможет нам в квантовой вселенной. Ничего похожего на нее нам раньше не встречалось. Свои интуитивные знания оставьте дома. Они вам не понадобятся и даже помешают. Читая курс физики, Фейнман начал лекцию о квантовом поведении с такого остроумного предупреждения:

До сих пор вы воспринимали все, что видели, неадекватно. Не полностью. Поведение объектов в столь мелком масштабе совершенно иное. Они ведут себя не как частицы. И не как волны… [Электроны] ведут себя отлично от всего, что вы видели раньше. Упрощает дело по крайней мере один факт – в этом отношении поведение электронов и фотонов абсолютно одинаково. То есть и те, и другие сходят с ума одинаково. Поэтому, чтобы оценить их поведение, требуется богатое воображение, ибо нам надо описать нечто, не похожее ни на что нам известное… Это абстракция в том смысле, что это далеко от практического опыта^[16].

Далее он говорит, что, если вы хотите понять суть физического закона, важно учитывать этот специфический момент, «так как это характерная особенность всех частиц в природе без исключения».

Субмикроскопический квантовый мир скрыт от наших глаз. Стало быть, узнать что-либо о нем можно только с помощью некоторых измерительных взаимодействий. В частности – кое-каких средств, применяемых в нашем макромире, который, в свою очередь, состоит из атомов, способных реагировать с измеряемыми частицами и вносить возмущения, в то время как эти частицы, ничего не подозревая, заняты собственными делами. Из-за таких возмущений динамика системы будет развиваться совсем по другому пути, чем до того, как было проведено измерение. Короче говоря, явно вырисовывалась неизбежная проблема, связанная с измерениями. Вторжение в квантовый мир сулило немалые трудности и требовало нового мышления.

Итак, приступим: оказывается, как и догадался Эйнштейн, свет ведет себя и как волна, и как поток частиц. Через несколько лет выяснилось, что это справедливо и для вещества – электроны тоже обладают свойствами волн и частиц. Вскоре физики согласились с тем, что объекты макромира (к примеру, обеденный стол), которые мы воспринимаем как сплошные монолиты, а не как огромное множество разделенных атомов, – это всего лишь результат смоделированного усредненного процесса «в по существу своему прерывном мире», как выразился Иоганн фон Нейман, занимавшийся прикладной математикой, физикой и многими другими науками. «Человек обычно сразу апперцепирует только сумму многих квадрильонов элементарных процессов, так что истинная природа единичного процесса оказывается полностью завуалированной все нивелирующим законом больших чисел»^[17], – продолжает он. По «нивелирующему закону больших чисел», движение отдельных частиц компенсируется в общей картине, и именно по этой причине стол не приплясывает, а ровно стоит на полу. Однако устойчивый стол, который мы видим, – это иллюзия, условная репрезентация, созданная нашим мозгом для того, чтобы засвидетельствовать существование стола. Это очень качественная иллюзия, она несет верную информацию и позволяет нам нормально жить в этом мире.

Австрийский физик Эрвин Шрёдингер, хозяин знаменитого «кота в ящике», тоже хотел упрочить детерминистский мир, где все всегда чем-то обусловлено. Он составил уравнение, впоследствии получившее название уравнения Шрёдингера, – «закон», описывающий поведение квантовой волны и ее динамического изменения во времени. Несмотря на его обратимость и детерминистский характер, этот «закон» не годится для описания состояния всей системы в целом. В нем не учитывается корпускулярная природа электрона – свойство, которое Шрёдингер пытался обойти. По этому закону нельзя определить точное положение электрона на орбите в любой заданный момент времени. Точные координаты электрона в определенный момент времени – так называемое квантовое состояние – можно только предположить, исходя из вероятности события.

Чтобы узнать, где именно находится электрон, надо провести измерения, и вот тут-то для ортодоксальных детерминистов и начинаются все неприятности. Как только измерение выполнено, квантовое состояние, можно сказать, аннулируется – в том смысле, что все прочие вероятные состояния электрона, которые он мог бы принять (это называется суперпозиция), сведены к одному-единственному. Любые другие варианты отпали. Измерение, безусловно, было необратимо и, вызвав такой коллапс, наложило на систему ограничения. За последующие несколько лет физики поняли, что в масштабе квантовой механики поведение объектов в данный момент времени невозможно описать полностью ни с точки зрения классического представления о частицах, ни в терминах волн. Как шутил Фейнман, «они ведут себя не как волны и не как частицы, это квантово-механическое поведение»^[18].

Тогда на помощь пришел нобелевский лауреат из Дании и великий знаток электронов Нильс Бор. Две недели он катался на лыжах в норвежских горах, размышляя в одиночестве о двойственной природе электронов и фотонов, а в итоге привез оттуда принцип дополнительности, для которого корпускулярно-волновой дуализм служит прекрасной иллюстрацией. Согласно этому принципу, квантовые объекты обладают комплементарными свойствами, не поддающимися одновременному измерению, а следовательно, и определению в один и тот же момент времени. Как написал Джим Бэгготт в книге «Квантовая история», Бор

понял, что соотношения неопределенности положение-импульс и энергия-время фактически говорят о дополнительности классических волновой и корпускулярной теорий. Всем квантовым системам, которые изучаются в экспериментах, свойственно как волновое, так и корпускулярное поведение, и мы, выбирая методы эксперимента – волновое или корпускулярное зеркало, – вносим в измеряемые свойства неминуемую неопределенность. Эта неопределенность обусловлена не «топорностью» измерений, как утверждал Гейзенберг, а тем, что наш выбор метода вынуждает квантовую систему более выраженно демонстрировать один из двух типов поведения^[19].

Опять-таки, в любой момент времени можно измерить и определить либо положение электрона, либо его импульс, но только не то и другое одновременно; точно так же обстоит дело и с его волновыми и корпускулярными свойствами. Если вы измеряете координаты электрона для данного момента времени, это означает, что в этот самый миг он находится где-то и не движется; следовательно, ставится под сомнение наличие у него еще и импульса, то есть его двойственная природа. Измерить импульс в этот момент времени невозможно. Можно лишь приблизительно, с определенной вероятностью, предположить его величину. При попытке измерить одно из парных свойств в системе проявляется комплементарность. Единую систему можно описать в терминах двух одновременно существующих режимов, и из одного описания нельзя вывести другое.

Бор работал над новой теорией полгода и впервые изложил ее своим именитым коллегам в 1927 году на Сольвеевской конференции, посвященной столетней годовщине смерти Алессандро Вольты. Эйнштейн не приехал и потому узнал о теории Бора лишь через месяц, когда тот вновь представил ее в Брюсселе. Мысль о двойственном описании и неопределенности Эйнштейну пришлась не по душе. Между ним и Бором завязался долгий спор, который длился много лет. Пытаясь развенчать квантовую теорию, Эйнштейн предлагал другой сценарий, однако это привело лишь к тому, что Бор выдвинул согласующийся со своей теорией аргумент, который разбил концепцию его оппонента. С тех пор в поддержку позиции Эйнштейна в том споре было высказано немало гипотез и проведено множество экспериментов^[20], но все они оказались несостоятельны. Версию Бора о дополнительности, хотя и непопулярную среди сторонников детерминистского подхода, пока опровергнуть не удается.

По сути, они спорили о том, что считать объективным и чем занимается физика. Что было поставлено на карту, пояснил Роберт Розен:

В физике есть, по меньшей мере, установка на объективность. Это предполагает строгие разграничения между объективным, то есть прямо отвечающим ее требованиям, и необъективным. К тому, что остается за пределами этой области, в физике относятся по-разному. Одни считают, что какие-то вопросы не попадают в зону внимания физики из-за формулировок, и это проблемы технические и устранимые; то есть оставшиеся за бортом вопросы можно «свести» к тем, что уже включены в область физики. По мнению других, такие разграничения абсолютны и непреложны^[21].

Бор принадлежал ко второй партии и утверждал, что наше восприятие света как потока частиц или волны зависит не от его свойств, а от выбора методов оценки и наблюдения. И свет, и аппарат измерения входят в систему. Бор считал классический мир слишком маленьким для того, чтобы описать все материальные объекты. По его теории, вселенная и все в ней существующее гораздо сложнее и одного-единственного протокола, составленного из законов классической физики, для нее недостаточно. Как пишет Розен, Бор преобразовал саму концепцию «объективности»: описание собственно материальной системы сменилось описанием всего, что связано с парой система-наблюдатель. У Эйнштейна это в голове не укладывалось, и он сосредоточился на классической физике, которая не принимает в расчет особенности измерения, а его результаты рассматривает как неотъемлемые свойства света. Согласно Эйнштейну, объективно только то, что не зависит от метода измерения и наблюдения. «Эйнштейн был убежден, что существует знание, которое само по себе заключено в чем-либо и не зависит от того, каким образом мы его получаем. Бор считал такую позицию «классической», несовместимой с квантовым подходом к реальности, который всегда требует уточнения условий данного события и несет цельную информацию о данном событии»^[22].

Сформулированный Бором принцип дополнительности интересен не только в связи с научной перепалкой между Бором и Эйштейном. Как мы скоро увидим, он имеет огромное значение для решения вопроса о разрыве между психикой и мозгом.

Глава 8

От неживого к живому и от нейронов к психике

Безымянное есть начало неба и земли, обладающее именем – мать всех вещей[13].

Лао-цзы

Приближается важный этап человеческой мысли, когда физиологическое и психологическое, объективное и субъективное действительно сольются.

И.П. Павлов

Стараясь досконально изучить свойства материи, физики открыли феномен дополнительности – возможность одновременного существования материи в двух разных состояниях. Признать это значило больше, чем просто расширить границы физики. Для исследования природы требовалось новое мышление, которое не укладывалось в рамки представлений, основанных на наблюдениях за естественными явлениями. В наши дни те, кто изучает дуализм психики и мозга, нуждаются в новом мышлении и богатом воображении. Нам нужен такой человек, который в своих рассуждениях пойдет дальше накопленного человечеством за двадцать пять веков набора интуитивных знаний и привычных суждений. Кто дотошно изучил все достижения и ошибки современной физики и сознает, насколько важна комплементарность. Кто понимает, что в последние тысячелетия философы совершенно напрасно искали истину там, где ее нет – в высокоразвитом человеческом мозге. Нам нужен такой человек, как Говард Патти, физик, выпускник Стэнфордского университета, многого добившийся в Бингемтонском университете, где он увлекся теоретической биологией. Патти самым внимательным образом изучал человеческое мышление и считает, что к разрыву в понимании связи психики с мозгом философы подобрались не с того края эволюции^[1]. Он сам за свою жизнь пришел к поразиельному выводу: дуализм – обязательный признак и неотъемлемое свойство любой цельной системы, способной к эволюционному развитию.

Говард Патти не рассматривает разрыв между материальным мозгом и нематериальной психикой. Он копает куда глубже. Подлинный источник проблемы, самый первый разрыв, образовался задолго до мозга. Главная пропасть пролегает между живой и неживой материей. Основные трудности начались вместе с зарождением жизни на Земле. Нельзя все сводить к разрыву между физическим мозгом и бесплотной психикой. Надо понимать разницу между скоплениями вещества, образующими неживое материальное тело и полное жизни существо. Разрыв между психикой и мозгом берет начало в разрыве между живым и неживым – там-то и следует искать подход к решению проблемы дуализма психики и мозга.

К идее Патти надо еще привыкнуть, нельзя забывать о том, что если мы хотим разобраться в сути сознания – некоего свойства, полностью сформировавшегося в развитой живой системе, – то сначала надо понять, почему вообще живая система способна жить и эволюционировать. Что такого произошло, из-за чего все разделилось на два типа – живое и неживое? Большинству из нас первым делом приходит на ум мысль о «возникновении жизни из материи», но мы быстро отбрасываем ее как чересчур сложную и, по своему обыкновению, принимаемся оценивать то, что находится перед глазами. Однако не таков был Патти. Вопросы происхождения жизни начали волновать его в подростковом возрасте, в конце 1930-х, когда он, еще школьником, делал первые шаги в науке. Доктор Пол Лютер Карл Гросс, преподаватель естествознания и директор частной школы, где учился Патти, дал ему на лето книжку. Но не обычную книжку, какие задают читать на каникулах. Это была «Грамматика науки» выдающегося математика и статистика Карла Пирсона (впервые она увидела свет в 1892 году).

Сначала Патти удивился, зачем ему предложили, судя по всему, устаревшую научную работу, написанную еще до появления квантовой теории. Однако в главе «Связь биологии и физики» он обнаружил фразу, которая на много лет стала для него стимулом к раздумьям: «Каким образом… мы отличаем живое от неживого, если и то, и другое можно объяснить, в сущности, движением неорганических частиц?»^[2] Логика вопроса была ему понятна, но он понимал также, что применение одних и тех же законов к описанию одушевленной и неодушевленной материи – не самый удовлетворительный ответ. Собственно, это вообще не ответ. Должно быть что-то еще.

Патти невероятно повезло с незаурядным учителем. Доктор Гросс призывал своих учеников думать и водил их на разные интересные научные мероприятия, например, в Калифорнийский технологический институт на вечерние лекции нобелевского лауреата Лайнуса Полинга. В один из таких вечеров Патти узнал от Полинга о знаменитом парадоксе кота Шрёдингера – о том, что кот может быть одновременно и жив, и мертв. Суть этого парадокса заключается в следующем: в стальную камеру поместили кота, маленький кусочек радиоактивного вещества и счетчик Гейгера для измерения уровня радиации, излучаемой этим веществом. Скорость радиоактивного распада вещества такова, что с вероятностью 50 % в течение часа не выделится ни один атом. Однако и вероятность излучения, естественно, тоже составляет 50 %, и в таком случае в счетчике Гейгера произойдет разряд. В этой конструкции разряд в счетчике Гейгера приведет в движение молоток, который разобьет колбочку с синильной кислотой, и кот отравится. При такой хитроумной схеме реализуется сценарий, когда к концу часа кот с вероятностью 50 % будет жив и с такой же – мертв. Вывод верный, хотя и кажется странным. Однако в квантовой механике он представлялся не как вероятность двух исходов. Это было выражено в так называемой волновой функции (пси-функции), описывающей квантовое состояние всей системы. Волновая функция несчастного кота Шрёдингера равномерно распределяла его по мертвому и живому состояниям! Патти слушал Полинга в недоумении. Как квантовая механика, теория, которая прекрасно объясняла всю химию и почти всю физику, могла произвести эту несусветную чушь – парадокс кота Шрёдингера? С того дня Патти посвятил свою жизнь решению этой дилеммы.

Юного Патти озадачила известная проблема измерения. В 7 главе мы говорили о том, что в квантовой системе существуют пары дополнительных свойств и их невозможно измерить одновременно. На квантовом уровне трудно провести измерения по трем причинам. Во-первых, для измерения нужен наблюдатель – сам исследователь или посредник, не имеющий отношения к измеряемому объекту. Во-вторых, поскольку процесс измерения необратим, он не подчиняется законам классической физики. В-третьих, в измерениях есть доля необъективности – выражающие результат символы (сами по себе необъективные), а также время, место и цель измерения выбирает наблюдатель. Измерение – процесс выборочный, и на самом деле большая часть свойств объекта игнорируется. Допустим, я хочу описать вас. Какой параметр мне выбрать, чтобы составить представление о вас? Допустим, можно измерить ваш вес. Я возьму результат одного взвешивания и на его основании составлю ваш портрет на всю вашу жизнь. Но когда я должен измерить ваш вес? Когда вы были ребенком? А может, когда вы уже стали взрослым – в двадцать, тридцать пять или шестьдесят лет? До или после праздничного обеда? Что из этого будет самым репрезентативным результатом? Можно ли считать адекватным параметром для вас один только вес? А что если взять и рост, и вес? Измерение может быть точным и объективным, но процесс измерения субъективен.

Условность процесса измерения означает, что его нельзя описать объективными законами, хоть квантовыми, хоть классическими. Это создает проблемы не только в квантовой физике, но и во всех ее областях. Чтобы сделать предположения о состоянии системы в будущем, физик должен знать начальные условия. Откуда? Начальные параметры системы можно измерить. Вместе с тем, измерения субъективны и, выполняя их, физик вмешивается в начальные условия. Когда детерминисты выдвигают тезис об абсолютной предсказуемости мира, они обычно игнорируют субъективность исходных измерений. Но с этим ничего не поделаешь. Как бы вы ни старались соблюсти объективность, самим фактом измерения вы вносите в систему элемент необъективности. «Проблема измерения» создает массу неприятностей в физике, зато для нейробиологии, возможно, именно это и требуется.

Физики называют неизбежное разделение субъекта (того, кто измеряет) и объекта (того, что измеряют) der Schnitt. Какое емкое слово! Патти называет это «неизбежное концептуальное разделение познающего и познаваемого, или символической записи события и самого события, эпистемологическим разрезом»^[3]. На стороне наблюдателя и его записи события существует некая сфера действий. На стороне самого события тоже существует своя собственная сфера действий. Если это не очень понятно, вспомните о разрыве в объяснении между вашим личным переживанием события (бодисерфинг доставил мне массу удовольствия) и самим событием (некто отправился поплавать на океанских волнах). Все это просто варианты дополнительности из физики. Но кто измеряет события? Вот где настоящая путаница. Нужен ли исследователь, чтобы оценить различия между субъективным опытом человека и объективной реальностью? Кто измеряет исследователя?

Как отмечает Патти, ни в классической, ни в квантовой теории нет строгого описания субъекта – то есть наблюдателя или агента, которые определяют, что измеряется. Поэтому в физике ничего не говорится о том, где должен пройти эпистемологический разрез^[4]. Но для квантовых измерений физик-наблюдатель не нужен. Патти утверждает, что квантовые измерения могут осуществлять и другие агенты. Например, ферменты (скажем, ДНК-полимераза) производят квантовые измерения в процессе клеточной репликации^[5]. Участие живого наблюдателя не требуется.

Абсурдная ситуация с котом Шрёдингера, которая вызвала отторжение у юного Патти, возникла не из-за кота и не из-за счетчика Гейгера, а по воле человека, придумавшего сценарий оригинального опыта. В мысленном эксперименте Шрёдингера кот, живой и мертвый одновременно, описывался как волновая функция. Эта ситуация будет сохраняться до тех пор, пока мы не откроем ящик и не произведем измерение – то есть не посмотрим, жив кот или мертв (но только уже что-нибудь одно). Результат измерительного действия (человек открывает ящик), по-видимому, будет мгновенным и необратимым, а его физическая репрезентация (живой или мертвый кот) – произвольна. Но как такое возможно, если в то же время предполагается, что на микроскопическом уровне все события подчиняются обратимым квантово-динамическим законам (то есть уравнению Шрёдингера)? Патти отмечает, что, пока не произведено наблюдение, о состоянии кота судить нельзя из-за некорректной схемы эксперимента. «Проблема кота Шрёдингера возникла из-за убеждения в том, что человеческое сознание в конце концов разваливает волновую функцию»,^[6] – пишет он. В действительности Шрёдингер сочинил свою сценку с котом специально для того, чтобы продемонстрировать нелепость этой идеи. Он хотел показать, что к большим объектам, таким как кот – или собака, или вы, если уж на то пошло, – квантовая суперпозиция не применима.

По Шрёдингеру, в дураках остались мы с вами. Он пытался нам показать, что мы чего-то недопонимаем. Патти это было ясно еще в школе, и он решил разобраться, в чем тут дело. Где пролегает разрыв, где следует провести разрез – der Schnitt? Всецело поглощенный загадками происхождения жизни, он пришел к мысли, что уровень человеческого сознания занимает в архитектуре всех живых организмов слишком высокое положение, для того чтобы эпистемологический разрез между наблюдателем и наблюдаемым, между субъективным восприятием и самим событием мог проходить на этом уровне. Между элементарными частицами и человеческим мозгом есть еще множество уровней. Да и вообще – между элементарными частицами и мозгом (кошки, мышки, мухи или червя) помещается множество уровней. Если бы главный эпистемологический разрез пролегал столь высоко, абсурдная ситуация с котом Шрёдингера могла бы реализоваться как квантовая система. Патти не был расположен к кошачьим играм на крыше: «Моя точка зрения такова, что вопрос о сути наблюдения в квантовой механике должен быть поставлен задолго до того, как будет достигнут сложный уровень мозга. Фактически, я полагаю… что разрыв между квантовым и классическим поведением всегда связан с различиями между неодушевленной и живой материей»^[7].

Вот оно! По гипотезе Патти, разрыв стал результатом процесса, аналогичного квантовому измерению и начавшегося еще во времена зарождения жизни с саморепликации с участием простейшего агента – клетки^[8]. Все эти разрезы – эпистемологический, между субъектом и объектом, психикой и материей – берут начало от того самого первого разреза, возникшего при образовании жизни. Разрыв между субъективным восприятием и объективными возбуждениями нейронов возник не в связи с развитием мозга. Когда появилась первая живая клетка, он уже был. Два комплементарных типа поведения, два уровня описания присущи самой жизни – они были во времена ее зарождения, сохранились в процессе эволюции и по-прежнему необходимы для разделения события и его субъективного переживания. Эта идея поражает воображение.

По-видимому, живая и неживая материя действуют по совершенно разным правилам, хотя и состоят из одинаковых элементов. Почему живая материя отличается от неживой? Может, тут есть какой-то подвох, и физические законы, которые, как мы уже знаем, управляют неживой материей, просто нарушаются? Патти считает, что живые объекты отличаются от неживых способностью к воспроизводству и к развитию во времени. Но что нужно для воспроизводства и развития?

Гениальный математик венгерского происхождения Иоганн фон Нейман, известный весельчак, обладал колоссальным жизнелюбием, и его вклад в науку был столь же колоссален. Выходец из семьи будапештских евреев-аристократов, умирая, фон Нейман принял последний обряд от католического священника, – извлек урок из пари Паскаля[14], как остроумно успел заметить сам ученый. А до этого он работал в Принстоне, в Институте перспективных исследований, где, по слухам, доводил Эйнштейна до белого каления немецкими маршами, включая свой граммофон на полную громкость.

Интеллектуальная жизнь в те времена била ключом. В 1943 году Шрёдингер прочел в Дублине свою историческую лекцию на тему «Что такое жизнь?», в которой высказал предположение, что в молекулярных механизмах клетки заложен «код программы». К концу 1940-х годов фон Нейман тоже стал задумываться о жизни как о мысленном эксперименте. Что такое жизнь? Или – чем занимаются живые объекты? Например, воспроизводятся. Жизнь порождает еще больше жизни. Однако, как подсказывала ему логика, «то, что происходит, в действительности на порядок выше самовоспроизводства, ибо с течением времени новые организмы становятся более сложными»^[9].

Жизнь не только порождала еще больше жизни. Жизнь могла наращивать уровень сложности, могла развиваться. Фон Неймана все больше интересовал вот какой вопрос: что потребовалось бы автономной, способной к развитию и самовоспроизводству «живой машине», окажись она в такой среде, с которой могла бы взаимодействовать? Логическая нить привела его к заключению, что подобной машине надо иметь описание процесса самокопирования и описание копирования этого описания, – чтобы она могла передать его другой, вновь созданной машине. Кроме того, первой машине понадобится механизм для выполнения работ по конструированию и копированию. Нужны информация и конструирование. Однако таким образом обеспечивается только воспроизводство. Фон Нейман разумно рассудил, что для развития и повышения уровня сложности машины чего-то не хватает. Необходимо, решил он, иметь еще и символическое самоописание – генотип, – физическую структуру, независимую от описываемой структуры, то есть фенотипа. Если подыскать код, который связал бы символическое описание с тем, к чему оно относится, машины смогут развиваться. Почему – мы узнаем чуть позже.

Как выяснилось, фон Нейман попал точно в яблочко. Он правильно описал процесс воспроизводства клеток еще до Уотсона с Криком. С самого начала, у истоков жизни, на уровне отдельно взятой молекулы, когда мать-природа едва представляла себе ДНК, способность к самовоспроизводству с развитием зависела от двух факторов: (1) записи и чтения наследуемой информации, существовавшей в виде неких символов; (2) четкого разделения процессов описания и конструирования. После того, как фон Нейман провел свой мысленный эксперимент, перед ним встали другие цели и загадки. Но он не довел дело до конца – не учел физические условия, необходимые для реализации его схемы. Потирая руки, Патти принялся за дело.

Мы привыкли воспринимать символы как нечто абстрактное, чем не занимается наука физика. Но – как физически существующие ученые – мы ищем физические факты, которые согласуются с правилами и законами физики. Символы фон Неймана должны иметь какое-то физическое представление. В физике символов, как называет это Патти, возникают определенные проблемы. Первая связана с информационным описанием – написанием и чтением наследуемых данных. Описание включает в себя процесс записи, а запись, как мы уже выяснили, – это необратимое измерение с обязательным участием того, кто или что проводит измерение. Патти понял, что информационное описание для происхождения жизни напрямую касается проблемы измерения в квантовой механике. Измерения субъективны, то есть не могут быть описаны в терминах объективных законов – ни квантовых, ни физических. Любое живое существо, «записывающее» информацию, вносит в систему элемент субъективности.

Другая проблема кроется в связи генотипа с фенотипом. Например, в случае с ДНК, генотип – это последовательность ДНК, содержащая инструкции для живого организма. Фенотип – это наблюдаемые свойства организма, такие как его анатомия, физиология и поведение. Фенотип создается в результате взаимодействия генотипа с окружающей средой. Можно провести аналогию с нашей реальностью: скажем, чертеж проекта дома – это генотип, а сам дом – фенотип. Строительство дома – это процесс фенотипического воспроизведения с использованием чертежа, который содержит информацию о методах и порядке действий. Фенотип связан с описывающим его генотипом, но между ними – и даже между генотипом и процессом фенотипического воспроизведения – существует великое множество различий. К примеру, генотипу не свойственна динамика, это статичная, одномерная последовательность символов (в ДНК роль символов играют нуклеотиды), не обладающая энергией и не привязанная ко времени. Подобно чертежу, он годами сохраняется в первоначальном виде, как вы, вероятно, знаете по сериалу «CSI: Место преступления». Генотип диктует, что именно должно быть создано (допустим, умная собака), но сама по себе ДНК ни видом, ни действиями не напоминает умную собаку. Фенотип (умная собака), напротив, динамичен и активно тратит энергию, особенно если это бордер-колли.

Процесс фенотипического конструирования также связан с генотипом. Подобно тому, как проект не позволяет строителю водрузить на здание башенки, генотип ограничивает количество хвостов у нашего замечательного пса. Как взаимодействуют фенотип и генотип? Каковы связи между проектом, зданием и промежуточными стадиями заливки раствора и забивания гвоздей? Наследуемая информация говорит не только о том, что надлежит построить, но и предписывает, как строить. Информация о том, что и как, оказалась каким-то образом записана в виде неких символов. Между субъективно записанными символами (генотипом) и процессом фенотипического конструирования, а также фенотипом существует разрыв. Чтобы запустить конструирование, необходимо расшифровать смысл символов. Для многослойной архитектуры это был бы протокол между слоями. Патти полагает, что эпистемологический разрез появился как раз из этой контролирующей области взаимодействия двух слоев. В случае ДНК мостиком между генотипом и фенотипом служит генетический код. Для проекта здания мосты наводятся, когда подрядчик разъясняет строителям чертеж.

Утверждая, что сами символы в инструкциях (в наследуемой информации) должны иметь материальную структуру и что в процессе фенотипического конструирования (создания новой живой машины) эта материальная структура накладывает ограничения в соответствии с законами Ньютона, Патти продолжил логику фон Неймана. Никакие фокусы тут не требуются. Символы – физически существующие структуры, нукледотидные цепочки, которые подчиняются классическим законам физики.

Здесь мы наталкиваемся на неожиданное препятствие: символы – будь то нуклеотиды ДНК, тире и точки азбуки Морзе или последовательность ментальных моделей – произвольны. Субъективность символов хорошо иллюстрируется на примере вечно меняющегося сленга. Например, «бенджаминки», «баксы», «капуста» – все это широко распространенные слова, обозначающие деньги, хотя выбирают их субъективно. И в каждом языке есть свой набор символов, о чем комик Стив Мартин напомнил всем, кто решил прогуляться в Париж: «Шляпа будет chapeau, яйцо – oeuf. Похоже, французы все на свете называют по-своему»^[10]. Беда в том, что Ньютон не допускает произвола. Если бы символы подчинялись строгим ньютоновским законам, все люди во всем мире, всегда и во веки веков, говоря о деньгах, употребляли бы одно и то же слово. К большому огорчению для Ньютона, для передачи информации можно выбирать самые разнообразные символы. Они могут иметь разные свойства, свои плюсы и минусы, но однозначного соответствия быть не может, поскольку символы отделены от собственно объекта.

Вы можете возразить, что ДНК субъективна настолько же, насколько субъективен язык, и что существуют физико-химические ограничения. Однако выбор символа зависит от правил, а не от физических законов – отбирается тот символ, который передает самую полезную и надежную (неизменную) для системы информацию. Скоро мы увидим, что и сами компоненты ДНК прошли отбор среди целого ряда конкурентов, чтобы ДНК лучше справлялась с работой по ограничению функционирования системы, в которую она входит. А если символ надежен и неизменен, он может передаваться. О фактически образующих молекулу ДНК компонентах Патти говорит как о замороженных случайностях. Существующие символы воплощают историю своих версий, оказавшихся удачными в разные периоды времени (независимо от времени), а не историю своих нынешних действий. Итак, вернемся к деньгам: если всего несколько человек решат называть их «бетти», это слово не станет устойчивым символом, не пройдет отбор и не будет усвоено следующими поколениями.

Тут возникает небольшая путаница, поскольку в жизни мы частенько путаем «правила» и «законы». Например, о правилах дорожного движения мы говорим как о «законах». Патти объясняет, что в природе между законами и правилами есть фундаментальные и в высшей степени важные различия^[11]. Законы – жесткие, то есть неизменяемые, непреложные и неотвратимые. Законы природы нельзя переписать или обойти. Законы природы гласят, что автомобиль будет двигаться до тех пор, пока на него не окажет воздействие равная по величине и противоположно направленная сила или пока не иссякнет его источник энергии. Мы ничего не можем с этим поделать. Законы нематериальны в том смысле, что они работают, не нуждаясь в физическом носителе или структуре: не полицейский как физический объект останавливает автомобиль, лишившийся подачи энергии. Законы еще и универсальны – они остаются в силе всегда и везде. Законы движения применимы к вам и в Шотландии, и в Испании.

Правила, напротив, необъективны и могут быть скорректированы. На Британских островах согласно правилам дорожного движения полагается ехать по левой стороне дороги. В странах континентальной Европы правила велят ехать по правой стороне. Выполнение правил зависит от некоей структуры или ограничений. В данном случае роль такой структуры играет полиция, которая штрафует нарушителей, если те едут не по той стороне. Правила локальны, то есть существуют только там и тогда, где и когда существуют физические структуры, которые обеспечивают следование им. В центре Австралийского материка вам никто не указ. Где захотите, там и поедете. Нет структуры, способной ограничить ваши права! Правила действуют в определенном месте, их можно менять и нарушать. Символы, регулируемые правилами, проходят отбор из целого ряда конкурентов, чтобы более эффективно ограничивалось функционирование системы, в которую они входят, и появился более устойчивый фенотип. Отбор гибок, законы Ньютона – нет. Символы, как участники информационного процесса, не зависят от физических законов, управляющих энергией, временем и коэффициентами изменений. Они не подчиняются ни одному из ньютоновских законов. Они соблюдают правила, но закон им не писан! Отсюда можно сделать вывод, что символы не привязаны к своим значениям.

Символы ведут двойную жизнь – с двумя различными взаимодополняющими системами описания в зависимости от стоящей перед ними текущей задачи. В одной жизни символы представляют собой вещество (ДНК состоит из водорода, кислорода, углерода, азота и фосфатов), которое подчиняется законам Ньютона, и его физическая структура накладывает ограничения на строительный процесс. Но в другой своей ипостаси – как хранилища информации – символы игнорируют эти законы. Двойную жизнь символов, как правило, не принимали во внимание. Те, кто изучал процессы обработки информации, не учитывали объективную материальную составляющую, физическое проявление символа. Молекулярных биологов и детерминистов интересовала только вещественная сторона, и они не рассматривали субъективный символический компонент. Ни те, ни другие, занимаясь только одним из двух аспектов, не изучают символы во всей их полноте с присущей им комплементарностью свойств. Это форменное безобразие и к тому же жалкая пародия на науку, поскольку, как мы уже говорили, способные к самовоспроизводству и развитию формы жизни возможны, только если физические символы выполняют обе свои задачи. Одной из них, неважно какой, недостаточно, убежден Патти. Стоит убрать любую сторону связующего звена – и это звено исчезнет. «Жизнь отличается от неживой физической системы именно природным сочленением символов с материей»^[12], – решительно заявляет Патти.

Чтобы лучше понять суть этого сочленения символов с материей и его значение для нашего расследования, давайте более подробно изучим ДНК – самый яркий пример символьно-вещественной структуры в живой системе. Но сначала мы должны понять роль символов в живых системах, а для этого надо ознакомиться с азами биосемиотики. Нашим гидом будет Марчелло Барбьери, биолог-теоретик из Университета Феррары.

Семиотика – это наука о знаках (то есть символах) и их смысловом значении. Эта дисциплина, по определению, основывается на том, что знак всегда связан со своим значением. Как мы уже знаем от Стива Мартина, столкнувшегося в Париже с некоторыми трудностями, детерминированной взаимосвязи между знаком и его значением нет. Яйцо – оно и есть яйцо, в Америке его снесли или во Франции, но называть его можно по-разному. Объект существует отдельно от его символической репрезентации (egg или oeuf) и нашего понимания символа. Барбьери считает, что связь между знаком и его значением устанавливается кодом, согласованным набором правил, которые устанавливают соответствие между знаками и их значениями. Создает код некий агент – кодировщик. Семиотическая система появляется вместе с кодировщиком, который создает код. Таким образом, «семиотическая система – это тройственная система знаков, значений и кода, и все это создается агентом, тем самым шифровальщиком»^[13], – пишет Барбьери.

Биосемиотика – это наука о знаках и кодах в живых системах. Ее основополагающий тезис заключается в том, что «существование генетического кода предполагает, что каждая клетка является семиотической системой»^[14]. По мнению Барбьери, три ключевые идеи современной биологии не согласуются с этим фундаментальным положением биосемиотики, поэтому его и не учитывают. Первая состоит в аналогии клетки и компьютера. При таком сравнении гены (биологическая информация) рассматриваются как программное обеспечение, а белки – как «железо», аппаратура. Компьютеры имеют коды (программы), но не являются семиотическими системами, потому что коды для них поставляются кодировщиками извне, а мы уже знаем, что для семиотической системы кодировщик – составная часть. Кроме того, согласно концепции клетки-компьютера, генетический код был привнесен внешним кодировщиком – естественным отбором. При таком подходе живые системы нельзя считать семиотическими и «генетический код» превращается в метафору.

Второй конфликт современной биологии и биосемиотики связан с физикализмом – идеей о том, что все можно изучать как физические величины. Биологам необходимо, чтобы все объекты их исследований (ДНК, молекулы, клетки, организмы) подчинялись законам, которые определяют поведение этих объектов. Правила семиотического кода – расплывчатые и нежесткие, это не строгие физические законы, однозначно связывающие символы с их значениями. Третий источник разногласий – убеждение (или отсутствие такового), что все биологические обновления происходят в результате естественного отбора.

Барбьери утверждает, что в своих главных допущениях биологи недооценивают нечто важное – не учитывают происхождение жизни. Эволюция под влиянием естественного отбора требует копирования генетической информации и конструирования белков, однако эти процессы сами должны были где-то зародиться. Гены и белки в живых системах, указывает Барбьери, принципиально отличаются от других молекул, прежде всего – совершенно иным путем образования.

Строение неорганических молекул в неживом мире – в том, который составляют объекты вроде компьютеров и горных пород, – определяется спонтанно образовавшимися межатомными связями. В свою очередь, эти связи образуются в зависимости от внутренних факторов – присущих атомам физических и химических свойств. Все полностью детерминировано.

В живых системах дело обстоит иначе. Гены представляют собой причудливые цепочки нуклеотидов, а белки – причудливые цепочки аминокислот. Эти цепочки не возникают в клетке спонтанно. Не любовь с первого взгляда с ее химией свела их вместе. Отнюдь нет – их слепили молекулы, принадлежащие к особому классу и образующие целую систему из рибонуклеиновых кислот (РНК) и вспомогательных белков-посредников. Это чрезвычайно важно для понимания их роли в происхождении жизни, указывает Барбьери.

Примитивные «связеобразующие» молекулы – предшественники системы РНК, соединявшие нуклеотиды друг с другом, – появились задолго до первых клеток. Как и «копировальщики» – связующие молекулы, научившиеся соединять нуклеотиды по шаблону. «Связеобразователи» и «копировальщики» появились в результате случайных молекулярных перетасовок. Процесс эволюции пошел благодаря наличию молекул-копировальщиков. Все живое вышло из-под резца естественного отбора, но вспомогательные молекулы – инструменты эволюции, способствовавшие образованию связей и копированию, – существовали до зарождения жизни.

Барбьери сердито замечает, что «естественный отбор – это отложенное последствие молекулярного копирования, и он мог бы стать единственным механизмом эволюции, если бы единственным базовым механизмом жизни было бы копирование»^[15]. Но оно таковым не является. Хотя гены и могут служить сами себе шаблонами и таким образом воспроизводиться, у белков подобной возможности нет. Хитрость в том, что наследуются только те молекулы, которые могут быть скопированы, поэтому информация о том, как создать белок, должна поступать из генов. Как пишет Барбьери, первые производители белков обязаны своим блестящим будущим «способности устанавливать точное соответствие между генами и белками, ибо без этого не было бы биологической специфичности, а без специфичности не было бы наследственности и воспроизводства. Не будь специфического соответствия между генами и белками, не было бы и жизни в том виде, в каком мы ее знаем»^[16]. Специфическое соответствие, о котором он говорит, – это и есть код. Прежде чем мог начаться естественный отбор, должен был появиться код.

Для нас же важно вот что: если бы соответствие не было кодом, а определялось стереохимией, как предполагалось сначала, оно устанавливалось бы автоматически – то есть было бы предопределено. Но не механизм стал сюрпризом для биологов. Мостик между генами и кодируемыми последовательностями аминокислот, образующими белки, строят молекулы транспортной РНК. В этих молекулах есть участки (последовательности) распознавания двух типов – для кодона (группы из трех нуклеотидов) и для аминокислоты, что позволяет связывать кодон с аминокислотой. Кроме того, если бы участок распознавания работал детерминированно, соответствие кодона определенной аминокислоте могло бы устанавливаться автоматически, чего не происходит. Оба участка разделены физически и работают независимо друг от друга. «Обязательной связи кодона с аминокислотой нет, а специфическое соответствие между ними может быть следствием только установившихся правил. Иными словами, биологическую специфичность гарантирует только действующий код, а значит, ни в коем случае нельзя сбрасывать со счетов генетический код как лингвистическую метафору», – пишет Барбьери. Он подводит нас к следующему выводу: «Клетка является самой что ни на есть семиотической системой, так как содержит все главные признаки таких систем – знаки, значения и коды, – созданные одним и тем же кодировщиком»^[17].

В литературе то и дело появляются сообщения о подобных биосемиотических системах, противоречащие фундаментальным теориям современной биологии. Недавно ученые выяснили, что головоногие (к этому классу моллюсков принадлежат осьминоги) могут перекодировать свои РНК. Молекулы РНК обладают способностью создавать коды с ДНК (в той части, которая распознает триплеты кодонов ДНК) и с белками (в другой части РНК, которая распознает аминокислоты). Перекодировка РНК предполагает, что могут быть созданы новые белки при той же последовательности символов ДНК. Итоговый результат – нарушение взаимно однозначного соответствия генов и белков^[18]. Это очень важно. Это аргумент против всех трех концепций биологии, недооценивающих семиотические системы в живых организмах. Система способна менять свой код. В системе есть внутренний кодировщик для биологических обновлений – создания новых белков, – осуществляемых иным путем, нежели через естественный отбор. Это говорит о произвольности связи символа с его смыслом в живой системе.

Если символы в живых системах произвольны и в роли кодировщика выступает РНК, то с чем связан такой интерес к ДНК? Почему именно ДНК вот уже несколько сотен миллионов лет держит монополию на молекулярную символику? Как физический объект, ДНК – в отличие от РНК – имеет невероятно стабильную структуру. Благодаря этому она на протяжении всей эволюции остается основной символьной структурой. Однако, при всей нынешней стабильности ДНК в клетках нашего и прочих живых организмов, в эру зарождения жизни дела обстояли иначе. Случайные перемещения и перегруппировки молекул в необратимых и вероятностных процессах естественного отбора привели к формированию молекул, напоминающих основания нуклеотидов. В ходе дальнейших перетасовок сохранились и воспроизвелись самые успешные компоненты и последовательности ДНК.

Но что мы подразумеваем под словом «успешные» по отношению к ДНК? В состав ДНК входят четыре разных нуклеотида. Гены – это цепочки нуклеотидов, соединенных в определенном порядке, которые служат символическими прописями (инструкциями) для создания белков. Чем обусловлен успех последовательности ДНК? Что вкладывается в понятие «успех» – физическая стабильность на протяжении всей жизни организма? Или имеется в виду надежное кодирование информации для успешного воспроизводства организма? Мы подразумеваем оба эти условия. Как структура наследуемой памяти, накладывающей ограничения на построение ДНК, сама ДНК вследствие свойств входящих в ее состав нуклеотидных оснований термодинамически стабильна в водной среде клетки и подчиняется законам Ньютона. Но как информационная (субъективная) единица, ДНК следует не законам, а правилам: отбирает информацию, наиболее надежную и полезную для выживания и воспроизводства организма. Были отобраны те нуклеотиды, что составляют ДНК и несут выраженную в символах информацию, и, несмотря на субъективность, по ходу эволюции они сохранились в устойчивой форме, чтобы и впредь добросовестно выполнять свои обязанности, – в отличие от профессоров, которые, получив штатную должность, могут работать ни шатко ни валко.

В процессе репликации, выстроенной по определенным правилам, эти нуклеотиды считываются и транслируются в линейные цепочки аминокислот, образующих ферменты и белки. Набор правил называется генетическим кодом. Последовательность задается в ДНК, а работают с кодом молекулы РНК. Конкретные последовательности трех нуклеотидов – кодоны – служат символьным отображением конкретных последовательностей аминокислот. Разночтений тут быть не может, но каждой аминокислоте не обязательно отвечает единственный кодон. Например, аргинин символизируется шестью разными кодонами, а триптофан – только одним. Однако компоненты последовательности ДНК (символ) – не то же самое, что компоненты аминокислотной последовательности (его значение), точно так же, как слова, обозначающие компоненты рецепта, – не то же самое, что сами компоненты.

После того как выполнен процесс трансляции последовательности ДНК в цепочку аминокислот, инструкторская функция ДНК приостанавливается – на время. Но это не значит, что данная цепочка символов больше не накладывает ограничений на материальную структуру тех же аминокислот. Вновь сформированная цепь аминокислот (учтите, что аминокислоты связываются друг с другом не спонтанно) складывается с образованием новых химических связей между молекулами, которые действуют наподобие слабых магнитов. Где именно образуются связи и как складывается цепочка, зависит от типа имеющихся аминокислот, а происходит все это согласно символьному предписанию. Здесь есть один очень тонкий момент. Как только аминокислоты займут свои места, образующиеся связи будут подчиняться физическим законам. Одни аминокислоты любят воду, другие стараются держаться от нее подальше; некоторые аминокислоты хорошо – порой даже очень крепко – связываются друг с другом. Взаимодействие аминокислоты с ближайшими соседями приводит к тому, что цепь укладывается в объемную структуру – белок^[19]. В процессе укладки линейная последовательность аминокислот, регулируемая правилами, превращается в законопослушную объемную, динамичную, контролирующую функцию структуру (белок).

Безусловно, белки подчиняются причинным законам физики и химии. И материальный состав, и биохимическая роль белков определяются информацией, записанной, необъективными символами, в последовательностях ДНК. Это очень интересно. ДНК – это древнейший пример записанной символами информации (последовательностей нуклеотидов), от которой зависит физическое функционирование (действие ферментов) при ограничениях, наложенных подчиняющимся определенным правилам кодом, – то есть в точности так, как в случае развивающихся, самовоспроизводящихся автоматов в гипотезах фон Неймана. Но постойте-ка: а что создало белок? В ДНК содержалась информация о том, как конструировать белок, и она была расшифрована, но что конкретно инициировало этот процесс? А вот что: другой белок. Чтобы начался собственно процесс репликации, фермент (белок) должен был разъединить нитки ДНК. И сделал это вновь отштампованный фермент. Извечный вопрос о курице и яйце: ДНК, пока ферменты-катализаторы не разъединят ее цепочки, остается просто бездействующей информационной записью, которую невозможно ни скопировать, ни расшифровать, ни транслировать, однако без ДНК не было бы и ферментов-катализаторов. Дополнительность Бора – две взаимодополняющие части, два формата описания, составляющие единую систему.

Обдумывая свой мысленный эксперимент с самовоспроизводством, фон Нейман писал, что уклонился от «наиболее интригующего, волнующего и важного вопроса о том, почему вообще единичные и связанные молекулы, существующие в природе… получились такими, а не другими, почему в одних случаях образовались собственно очень крупные молекулы, а в других – крупные агломераты молекул»^[20]. Патти предположил, что квантовый и классический миры согласуются благодаря малому размеру молекул: «Ферменты достаточно малы, чтобы, используя преимущества квантовой когерентности, развивать огромную каталитическую активность, от которой зависит жизнь, и при этом достаточно велики, чтобы обеспечивать высокую специфичность и произвольность в образовании практически некогерентных продуктов, способных функционировать как классические структуры»^[21]. В общих чертах квантовая когерентность означает, что элементарные частицы синхронизируют свою активность, чтобы сообща образовать некогерентные продукты – частицы без квантовых свойств. Современные исследования, пишет Патти, подтверждают его идею о необходимости квантовых эффектов для ферментов^[22] и невозможности жизни в исключительно квантовом мире^[23]. Нужны оба слоя – и квантовой физики, и классической.

Фон Нейман четко объяснил, что его автоматам надо было воспроизводиться. Для самовоспроизводства необходимо уточнить границы себя. Чтобы воссоздать самое себя, надо иметь компоненты, которые выполнят описание, трансляцию и конструирование. Чтобы создать еще одно «себя», надо описать, транслировать и сконструировать компоненты, которые выполнят описание, трансляцию и конструирование. Самореферентная петля – не просто труднопроходимое место. Это равносильно логическому замыканию, которое на самом деле и определяет, что здесь «само».

Физические условия, необходимые для уникальной взаимозависимости в системе символ-вещество-функция, Патти называет семиотическим замыканием. Чтобы это замыкание произошло, подчеркивает он, символьные инструкции должны обладать материальной структурой. В системе не может быть ничего потустороннего, и физическая структура должна ограничивать допустимые динамические процессы конструирования согласно ньютоновским законам. Границы субъекта – «само» в «самовоспроизводстве» – определяются замыканием семиотической петли, физическим связыванием молекул. Никакие сторонние структуры не участвуют в процессе; ограничения установлены. Это не значит, что клетка каким-то образом осознает себя. Но если нет «самости», нет и самоосознания. Прежде всего необходимо установить предельные параметры для «смо». И лишь потом можно переходить к самоосознанию, самоконтролю, самоощущению, самосознанию и погружению в себя.

Во всех самовоспроизводящихся клетках должно иметь место семиотическое замыкание. Конечно, в ходе эволюции понятие «самости» обросло многими деталями, но клетка следует рекомендации Грязного Гарри и «знает, что можно, а что нет». Мосты через разрыв в понимании – обозначенный физиками Schnitt, провал между субъектом и объектом – наводят сложные процессы, замыкающие петлю символ-вещество, какими бы они ни были. Это протоколы между квантовым и ньютоновским слоями. Процессы, замыкающие петлю символ-материя, объединяют два типа описания и латают образовавшуюся у истоков жизни прореху. Это означает, что точно такой же цикл процессов может закрыть и разрыв между двумя способами описания – субъективным сознательным опытом и объективными возбуждениями нейронов, которые происходят в физическом мозге, – и возможно даже, что эти процессы реализуются внутри клеток.

Когда квантовая физика только начинала развиваться, Нильс Бор, можно сказать, выкинул белый флаг – предложил принцип дополнительности, пытаясь объяснить двойственную природу света (корпускулярно-волновой дуализм). Принцип дополнительности приемлет оба фундаментальных объяснения этого явления – объективные законы причинности и субъективные правила измерения. Бор сделал упор на том, что, несмотря на необходимость обоих форматов описания, это не говорит о дуализме наблюдаемой системы. Сама система едина. Это было совмещение двух ее характеристик. Две стороны одной медали.

Эта идея плохо укладывается в голове, если она вообще доступна нашему пониманию. В самом деле, Ричард Фейнман говорил: «Думаю, можно смело утверждать, что квантовую механику не понимает никто». В своей лекции на Сольвеевской конференции 1927 года Бор провел аналогию с различием между субъектом и объектом, распространив ее и на психику с материей: «Надеюсь… идея дополнительности годится для описания такой ситуации, в которой прослеживается глубокая аналогия с главной трудностью в формировании человеческих идей, всегда сопровождающей различение субъекта и объекта»^[24].

Однако Патти выступает более решительно. Он находит не только аналогию. Он рассматривает дополнительность как эпистемологическую необходимость, которая возникла на заре жизни и простирается на все развившиеся уровни. Суть ее не только в признании разрыва между субъектом и объектом, но и в «кажущемся парадоксальным соединении двух подходов к познанию»^[25]. Из-за этого парадокса дуалистская кутерьма захватила философов и ученых более чем на две тысячи лет. Если они будут продолжать в том же духе, споры продлятся еще пару тысяч лет, если не больше. Две системы исследования, два открытых ими явления не могут быть описаны одним и тем же набором физических законов. Как иронизирует Патти, объективный подход привел к тому, что «редукционисты утверждают, будто жизнь – это всего лишь обычная физика, и это справедливо, если нет желания учитывать субъективные проблемы измерений и описаний… Даже физику нельзя сводить к одной объективной системе описания, если использовать только ее, – вот о чем говорит принцип дополнительности!»^[26]

Ученым и философам пришлось примириться с неоднозначностью мира – вот и мы, решая проблемы психики и мозга, должны учитывать принцип дополнительности. Он все равно противоречив, так как конфликтует с убеждением, что лучшим объяснением чему-либо является единственно существующее. Впрочем, сто лет назад, когда в физике был открыт квантовый мир, этот миф был развенчан. В микромире действуют иные законы, нежели в макромире. Они наполняют другие слои описания и не сводятся один к другому.

Сторонники золотого стандарта единственного объяснения просто игнорируют реалии физики. Патти сетует, что «в квантовой механике принцип дополнительности приняли исключительно потому, что все прочие интерпретации не имели успеха»^[27]. Примерно то же самое говорил Шерлок Холмс: «Когда вы исключите все, чего не может быть, то, что останется, и следует считать истиной, пусть и самой невероятной». Патти опасается, как бы та же злая судьба не постигла принцип дополнительности, если он будет внедрен в биологические и социологические теории. «Не нравится – идите еще куда-нибудь… Отправляйтесь в другую вселенную, более удобную психологически, где правила проще, а философия приятнее»^[28], – съязвил однажды Ричард Фейнман. Если та или иная идея вам не нравится, это не значит, что она неверна.

Живая материя прошла совсем иной путь, нежели неживая, и в этом отличие между ними. Неодушевленная материя подчиняется физическим законам. Жизнь с самого первого вздоха неразлучна с правилами, кодами и произвольностью символьной информации. Благодаря отличиям – и взаимосвязи – символьной информации и материи стал возможным бесконечный процесс эволюции, что привело к созданию жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Информация об уже состоявшихся и завершившихся успехом событиях была сохранена на будущее в выраженных символами записях. Эти записи тоже являются результатом измерений – по сути своей всегда вероятностными оценками. Тем не менее от этих произвольных, вероятностных символов зависит жизнь и ее материальное воплощение в физическом мире. В неизбежной произвольности символов и измерений кроется некая изюминка, элемент непредсказуемости, а произвольность сочетается с предсказуемым набором законов физики, так что со временем жизнь становится более упорядоченной и вместе с тем более многоплановой.

Различия между субъектом и объектом – не просто любопытная загадка. Все начинается на уровне физики, с различий между вероятностным характером символьных измерений и четкостью физических законов. Позже эти различия проявляются в разнице между генотипом – последовательностью нуклеотидных символов, образующей ДНК организма, – и фенотипом, то есть заданной этими символами реальной физической структурой того же организма. Вместе с нами эти различия поднимаются по эволюционной лестнице к разнице между психикой и мозгом.

В последние две с половиной тысячи лет в центре дискуссии о мышлении и сознании был человек и, с недавнего времени, полноценно развитый человеческий мозг. При этом мы продвинулись до разрыва в объяснении, но не дальше. Пора исследовать разрыв между живой и неживой материей, на который указал Говард Патти. Если мы поймем, как была залатана эта прореха, как жизнь достигла семиотического замыкания, нам, возможно, удастся придумать, как перекинуть мостик через пропасть в понимании между психикой и мозгом. Даже Уильям Джеймс поддерживает нашу идею! Джеймс, который дошел аж до так называемой теории полизоизма: «Каждая клетка мозга обладает собственным индивидуальным сознанием, неведомым другим клеткам, и все индивидуальные сознания «извергаются» одно на другое»^[29]. В отдельно взятой клетке идет некий примитивный процесс, связывающий субъективную «самость» с объективной механикой. Во всех клетках есть звено, восполняющее пробел между живой и неживой материей – семиотическое замыкание. Усвоив эту мысль и постаравшись разобратья в сопутствующих процессах, мы сможем поискать новые пути к решению проблемы сознания. Я вовсе не хочу сказать, что отдельно взятые клетки обладают сознанием. Я полагаю, что, возможно, в них обрабатывается информация и что эти процессы сходны с теми, которые формируют сознательный опыт и необходимы для выполнения этой функции.

Очень трудно объяснить субъективный психический опыт всего-навсего возбуждением нейронов в веществе мозга, поэтому мы и споткнулись на разрыве в объяснении. Видимо, оба эти комплементарные и не поддающиеся упрощенческой трактовке свойства присущи единой системе. Мы знаем, что сторонние объективные наблюдатели могут многое выяснить о строении, функциях и деятельности мозга, а также о возбуждении нейронов, однако субъективное переживание этого возбуждения никак не связано с наблюдениями за ним. Подробности возбуждения нейронов и даже сам факт существования возбуждающихся нейронов не имеют отношения к переживаниям субъекта и его непосредственным восприятиям. Когда человек думает и воспринимает информацию, у него нет доступа к объективным процессам мышления и восприятия информации. Как мы уже говорили в главе о многослойных системах, человеку не нужны эти подробности, они скрыты от него, он их не видит. Кроме того, не узнав ничего заранее о функции нейронов, нельзя судить о ней по их строению, как нельзя судить об их строении по их функции. Если вы знаете все об одном свойстве, это ничего не говорит вам о другом. Это два отдельных слоя со своими протоколами, и ни один из них нельзя свести к другому. Патти считает, что в этом суть принципа дополнительности и что невозможно выстроить одну модель для объяснения как объективной структуры, так и субъективной функции. На уровне человеческого мозга никуда не деться от эпистемологического разрыва в системе субъект/объект. Патти утверждает, что «в наших моделях живых организмов никогда не исчезнет дистанция между индивидуальностью и вселенной, ибо с этого разделения началась жизнь и этого требует эволюция^[30]».

Следовательно, не стоит удивляться двум комплементарным режимам поведения, двум уровням описания в нашем мышлении. Вопрос о разрыве между субъективным и объективным встает в любом крупном философском споре – о случайном и предсказуемом, о переживании и наблюдении, о личном и общественном, о воспитании и природе, о психике и мозге. По мнению Патти, ни одна теория, связывающая субъективную и объективную модели переживания, не обойдется без двух взаимодополняющих форматов. Две модели свойственны жизни, они существовали изначально, и эволюция их сохранила. «Это универсальная комплементарность, ее нельзя сократить. Невозможно ни вывести одну модель из другой, ни свести одну к другой. Подробное объективное описание измерительного устройства не может выполнить измерение субъекта, и по той же самой логике подробное объективное описание материального мозга не может породить субъективную мысль»^[31], – пишет Патти.

Если не уделить должного внимания одной из сторон, то порвется связь между обеими сторонами. Чтобы их соединить, надо признать двойственную, комплементарную природу символов. Даже если образующие связь механизмы поддаются описанию в терминах физики, объяснение может оказаться отнюдь не удобным и успокаивающим, а психологически некомфортным как для детерминистов, так и для идеалистов. Возможно, не понятным никому, как квантовая механика, не укладывающимся в рамки нашего воображения и интуитивных представлений. «Нельзя же диктовать природе, какой ей быть. Вот что мы выяснили. Каждый раз, когда мы высказываем догадки о том, какой она должна быть, и проводим измерения, она оказывается хитрее. Ее воображение всегда превосходит наше, и она находит более разумные пути, о которых мы и не думали»^[32], – сердито говорил Фейнман.

Глава 9

Журчащие ручьи и индивидуальное сознание

Алиса: «Было бы прекрасно, если бы для разнообразия хоть что-нибудь имело смысл».

Льюис Кэрролл.«Алиса в стране чудес»

Все мы пребываем в том состоянии, которое называем сознательным, – мы отдаем себе отчет в наших мыслях, стремлениях, чувствах и отношении к миру, к другим людям и к самим себе. Это глобальное явление имеет еще и личностное, определяющее и ограничительное значение. От этого зависит восприятие жизненного опыта. Видимо, сознание занимает более высокие позиции относительно физического мозга со всеми его уровнями и модулями. Наверное, без него мы были бы просто роботами вроде тех, что встречались Декарту в парижских садах. Машинами. Так что же можно предложить в качестве объяснения этому феномену?

Как вы, наверное, догадываетесь, деталями пазла, который, на мой взгляд, мог бы дать нам некое новое представление о природе сознательного опыта, послужит все то, о чем мы уже говорили: модули, слои, принцип дополнительности и семиотическое замыкание по теории Говарда Патти. Эти идеи помогут нам распознать в нейронных сетях объекты с двоякой природой – они несут в себе символьную информацию, выстраиваемую по произвольным правилам, но вместе с тем обладают материальной структурой и подчиняются законам физики. Если рассмотреть оба подхода в совокупности, можно составить историю мозга. Мозг – это орган, искусно созданный естественным отбором и уложенный в локальные модули, функционирующие по многослойной схеме так, что в основном узлы не осведомлены о деятельности друг друга. Это история о том, как благодаря хорошо согласованной организации кучка маленьких старательных сетей создает более крупную функциональную единицу, подобно тому, как граждане, действуя по своему разумению и более или менее самостоятельно, создают некую структуру – общество. Чтобы разобраться в проблеме, надо понять, каким образом ежеминутно проявляют себя неустанно работающие части.

Если разрывы, модули и слои могут оказаться полезными для изучения процесса формирования психики мозгом, то и некоторые неоспоримые факты о мозге надо объяснять с тех же позиций. Отвлекитесь на минутку от чтения и попробуйте осмыслить во всей полноте следующий факт и его последствия, неожиданные для вашего самоощущения: нейрохирург способен разъединить два полушария вашего мозга, так что в голове у вас будет сразу два разума – два разума с разным наполнением, хотя и с одними и теми же эмоциональными стимулами и ощущениями. Затем вспомните: да, повреждение мозга может вызвать то или иное патологическое состояние, однако полностью отключить сознание почти невозможно. И последнее: несмотря на то, что сознательный опыт кажется нам цельным и единым, создается он в слаженной работе множества систем, функционирующих параллельно, так что каждая из них впрыскивает в процесс свой продукт независимо от других. Таким образом, хотя сознание и напоминает правдоподобное, хорошо срежиссированное и безупречно отредактированное кино, на самом деле это поток отдельных эпизодов, которые всплывают, словно пузырьки в кипящей воде, объединенные временем рождения. Сознание – это переменчивый поток, и, как однажды сказал Уильям Джеймс, «если состояние уже прошло, оно никогда не повторится и не возникнет вновь в той же форме, в какой было»^[1]. Позвольте мне подготовить почву для этой идеи.

Я должен еще раз вернуться к самому первому сделанному мной научному наблюдению. Это было во время работы с пациентом У. Дж., так жестоко страдавшим от эпилепсии, что он мог жить нормально лишь два-три дня в неделю. Молодой нейрохирург Джозеф Боген провел глубокое исследование и предположил, что этому человеку могла бы помочь мало распространенная операция, в ходе которой рассекается крупный пучок нервов, соединяющих полушария мозга. За двадцать лет до этого такую операцию сделали группе пациентов в Рочестере, штат Нью-Йорк. В итоге приступы у них или прекратились вовсе, или стали проходить легче. Как ни странно, все пациенты из той группы говорили, что прекрасно чувствуют себя с разделенным надвое мозгом, и единственное, что они заметили, – так это прекращение припадков.

Ветеран Второй мировой войны, У. Дж. прошел немало боев. Взвесив свои шансы на победу в этой битве, он согласился на операцию. Я, тогда молодой студент магистратуры, разрабатывал для него послеоперационные тесты, чтобы понять, сказалось ли расщепление мозга на его функциях и если да, то как именно. Мы не ожидали эффекта, поскольку у рочестерских пациентов его не было. У. Дж. был приветливым и общительным человеком, а оба его полушария вроде бы отлично работали вместе, хотя и были лишены непосредственного контакта. Одно из них могло говорить, другое – нет. С учетом схемы связей в мозге это означало, что говорящее полушарие видело то, что можно было увидеть справа от фиксированной точки, а правое, немое, воспринимало зрительную информацию в области слева от той же точки. Принимая во внимание послеоперационное состояние, я задался вопросом, подтвердит ли У. Дж., что он видит вспышку света, если я зажгу лампочку справа? Свет должен попасть в левое полушарие, а оно владело речью; все должно быть просто. Так и оказалось: У. Дж. уверенно заявил, что видел вспышку.

Чуть позже я включил ту же самую лампочку в левой части пространства и стал ждать реакции пациента. Ее не последовало. Я настойчиво потребовал ответа на вопрос, видел ли он что-нибудь, и тогда он сказал: «Нет». Он ослеп на эту сторону? Или способное говорить полушарие уже не воспринимало простое световое пятно? Понимало ли правое полушарие, по нашим представлениям, не владеющее речью, что оно смотрело на свет? Было ли оно сознательным? Что вообще происходило?

Как выяснилось позже, в той же серии экспериментов, немое правое полушарие свет заметило, потому что оно верно и без затруднений указало на него с помощью левой руки пациента. Это был первый экспериментальный факт, доказывавший, что разделенным оказался не только мозг, но и разум. Это дало старт шести десятилетиям исследований природы разума и его физической подоплеки. Кроме того, наше исследование привело к удивительным результатам. Судя по всему, левое говорящее полушарие не страдало без правого, и наоборот. Мало того что не страдало – оно даже не помнило о нем и о его деятельности, словно правого полушария никогда и не было. На мой взгляд, этот феномен является важнейшим фактом, который должны усвоить студенты, занимающиеся исследованиями связей психики и мозга.

Почему же левое полушарие нимало не огорчено тем, что больше не осознает событий в левой части пространства? Представьте себе, что ваш мозг рассекли. На следующий день вы просыпаетесь в больничной палате, к вам входит ваш хирург, но вы видите только половину его лица. Вам кажется, что вы заметили бы отсутствие правой половины? Так вот нет, не заметили бы. На самом деле ваше левое полушарие даже не отдавало бы себе отчета в существовании еще и левой половины пространства. Но здесь вот какая путаница: я описал все так, будто новая, расщепленная, версия вас ограничилась вашим левым полушарием, а это не так. Правое полушарие осталось при вас. У новых «вас» есть два разума с двумя независимыми объемами перцептивной и когнитивной информации. Просто речь легко дается лишь одному из разумов. Другой изначально говорить не умеет. Возможно, спустя годы и он будет в состоянии произнести несколько слов.

Еще более поражает то, что в первые месяцы после операции, пока оба полушария не привыкнут уживаться в одном организме, между ними наблюдается конкуренция. Например, надо выполнить несложное задание – уложить цветные детали так, чтобы получилась показанная на карточке картинка. Легкая прогулка для левой руки, благо правое полушарие обладает необходимыми зрительно-моторными навыками. Левое полушарие, напротив, не в состоянии справиться с поставленной задачей. Когда пациент, недавно перенесший операцию по расщеплению мозга, пытается выполнить такое задание, его левая рука справляется моментально, но если ту же задачу пробует решить правая рука, левая вмешивается и сбивает ее с толку, стремясь сделать все сама. В одном из таких экспериментов нам пришлось попросить пациента сесть на свою порывавшуюся командовать левую руку, чтобы дать шанс правой, которая так и не смогла выполнить задание! Для левого полушария это оказалось за гранью возможного.

Если прервано сообщение между полушариями, каждое из них перестает понимать, что известно другому, и функционирует независимо, исходя из полученной информации. Оба стараются решить задачу самостоятельно, что приводит к перетягиванию каната. Эта нехитрая задачка выявила ошибочность идеи унифицированного сознания. Если бы у сознания был один локальный источник, пациент с расщепленным мозгом, очевидно, не мог бы одновременно испытывать два переживания!

Но и это еще не все. Все мы видели фильм о простой иллюзии, возникающей, когда два шарика, как нам кажется, соударяются и тот шарик, о который вроде бы ударился другой, отскакивает после ложного столкновения. В профессиональных психологических дискуссиях это называется эффектом запуска, или эффектом Мишотта, по имени бельгийского психолога Альбера Мишотта, поставившего свой эксперимент, чтобы посмотреть, как мы воспринимаем причинно-следственные связи и какие выводы при этом делаем. Физического действия, которое заставило бы второй шарик отскочить, не было, поскольку первый шар остановился рядом с ним и на самом деле с ним не столкнулся. Но мы видим происходящее иначе. Шар А ударяется о шар В, и тот отлетает – и точка. Есть причинно-следственная связь!

А как представляется это простое задание пациентам с расщепленным мозгом? Видит ли левое полушарие с его особенностями сознания то же самое, что и, возможно, правое? Впервые это проверил опытным путем Мэтью Роузер, который приехал учиться из Новой Зеландии, потом работал в Дартмуте, у меня в лаборатории, а ныне трудится в Англии, в Плимутском университете^[2]. Чрезвычайно одаренный ученый, Мэтт, вместе с коллегами, изучал реакцию обоих полушарий, лишенных связи друг с другом и функционировавших независимо, на кажущиеся соударения шаров. Результаты оказались поразительными. Правое полушарие мгновенно поддалось иллюзии, в то время как левое ее не воспринимало. Это подтвердил второй эксперимент, когда немного увеличивали расстояние между шариками в момент ложного столкновения или интервал времени до начала движения второго шара. При таких условиях для правого полушария иллюзия пропадает, и больше оно ее не видит. Левое, на чью долю выпадает самая трудная когнитивная работа, вовсе не замечает иллюзию ни при каких обстоятельствах. Любопытно, что левое полушарие видит взаимосвязи, которые правое, похоже, распознать не в силах. Судя по этим тестам, левое полушарие обратило внимание на другую задачу, требовавшую логического подхода, что правому оказалось не по силам. Если коротко, правое полушарие могло демонстрировать такие реакции, как непосредственное восприятие причинности, но лишь левое обладало способностью логически выводить причинную связь.

Если мы смотрим, как здоровый мозг с ненарушенными связями воспринимает обе задачи, то неожиданно выясняется, что нейронный аппарат для оценки иллюзии, которую видит мозг, принадлежит правому полушарию. А обрабатывает информацию, когда решается задача логического вывода, левое. То есть в нерасщепленном мозге правое полушарие видит тест с движением мяча в момент А и говорит: «Ага, сейчас мяч А ударился о мяч В», но момент В, когда мозг смотрит на вариант теста с логическим выводом, считывает не правое полушарие, а левое. Это напоминает игровой автомат, где надо прихлопнуть крота. Мы осознаем – иначе говоря, сознательно воспринимаем – обработанную информацию, всплывающую после того, как она пройдет обработку в нужном полушарии. Но почему так происходит – из-за того, что каждый нейронный процесс активирует «сеть осознавай-это» (которая должна присутствовать в обоих полушариях)? Или каждому отдельно взятому процессу достаточно нейронных мощностей, чтобы он казался осознанным?

Я за второй вариант. Размышляя на эту тему, я подумал, что получить представление о том, как формируется сознание, поможет сравнение с кипящей водой. Сознание не производится специальной нервной сетью, которая позволяет нам осознавать все эпизоды нашего психического опыта. Наоборот, каждый эпизод психического опыта контролируется модулями мозга, способными заставить нас осознать результаты их деятельности. Эти результаты всплывают из разных модулей, словно пузырьки в котле с кипящей водой. Один за другим, каждый – конечный продукт обработки информации одним или несколькими модулями, они вызревают и поднимаются на мгновение лишь затем, чтобы тут же, в непрерывном движении, их сменили другие пузырьки. Единичные вспышки обработки информации следуют сплошным потоком, без заметных интервалов. Надо отметить, что такая метафора годится при генерировании пузырьков с частотой 12 кадров в секунду и быстрее; можно еще представить себе книжку-мультфильм, где движения персонажей тем более плавные, чем быстрее мы листаем страницы.

Старейшина нейробиологии сэр Чарльз Шеррингтон описывал свои наблюдения примерно так же:

Насколько можно считать психику набором квазинезависимых перцептивных психик, физически объединенных в немалой степени благодаря временному согласованию переживаний? Автономные резервы, если можно так выразиться, суб-перцептивного и перцептивного мозга могли бы способствовать более легкому течению психических нарушений, возникающих при некоторых повреждениях мозга… Простое совпадение во времени многое может состыковать^[3].

Верится с трудом, что каждому пузырьку хватает ресурсов вызывать ощущение осознания: эта мысль противоречит нашим интуитивным представлениям о цельности индивидуального сознательного опыта. Что ускользает от нас и нашего интуитивного знания? Мы упускаем иллюзорный компонент, тот самый, который человек – с его развитым левополушарным механизмом логических умозаключений – так хорошо умеет игнорировать. Вообще-то мы упускаем не иллюзию, а тот факт, что наш непрерывный, плавный поток сознания – сам по себе иллюзия. В действительности он состоит из когнитивных пузырьков, связанных с «чувственными» подкорковыми пузырьками, и в нашем мозге они сшиты во времени.

В биологии известен классический факт, актуальный для всех ее разделов. Он касается того, как реагируют организмы на внешнюю среду – учатся, получая инструкции извне, или их поведение управляется уже имеющимися в них системами. Ожесточенные споры на тему «отбор или обучение», особенно бурные в иммунологии, длились годами. Проще говоря, если в организм попадает чужеродный объект и это вызывает иммунный ответ, то происходит ли локальное образование антител, которые затем начинают размножаться (обучение)? Или антитела уже есть, а скорость иммунного ответа определяется временем, необходимым для обнаружения существующего антитела (отбор) и запуска его реакции? В прошлом столетии биологи выяснили, что реализуется второй сценарий, и это открытие подтверждает, что масса всего поставляется нам в комплекте – наш организм и мозг оснащены стандартным «оборудованием».

В 1967 году датский иммунолог Нильс Ерне выдвинул довольно смелую для своего времени гипотезу: то, что справедливо для иммунной системы, вероятно, применимо и к мозгу. Он предположил, что среда отбирает уже существующие в мозге нервные сети и использует их в процессе, который мы могли бы трактовать как «обучение»^[4]. При таком выраженно натуралистическом подходе обучение эквивалентно времени, необходимому мозгу для сортировки огромного множества сетей и поиска единственно подходящего для решения данной задачи.

Хотя точка в этом принципиальном споре еще не поставлена, ни у кого нет сомнений в наличии нейронных сетей для выполнения специфических функций – предустановленного в мозге «стандартного оборудования». Например, уже в полгода дети демонстрируют способность делать выводы о причинных связах^[5]. А деятельность подкорковых сетей становится явной, когда новорожденный впервые плачем потребует его покормить. В метафоре с кипением пузырьки – это конечный результат обработки информации в тех сетях, непрекращающаяся работа которых направлена на разруливание и преодоление бесконечных проблем, создаваемых внешней средой. Это и кортикальные, и подкорковые процессы. Прежде чем перейти к подкорковым пузырькам, давайте рассмотрим еще один весьма показательный эксперимент.

Хорошо это или плохо, но вопрос Томаса Нагеля «Каково быть летучей мышью?»^[6] сорок лет будоражил философские умы. Вообще-то его следовало бы сформулировать так: «Пузырьки какого типа есть у летучей мыши?» Иными словами, что происходит в сознании летучей мыши? Наверное, мы никогда в полной мере не испытаем сознательный опыт, подобный опыту летучей мыши, но мы можем посмотреть, что творится в одном отдельно взятом полушарии человеческого мозга. В мозге теснятся пузырьки, и в каждом полушарии расщепленного мозга кипение происходит с образованием собственного набора пузырьков. Раз нам теперь известно, что каждому полушарию присущи свои уникальные пузырьки, так, может, и сознательный опыт в каждом полушарии таится свой? Чтобы усвоить эту мысль, подумайте, каких пузырьков у вас нет. Скажем, я признаю, что лишен пузырька абстрактной математики; по этой причине я могу сказать, что обилие математических формул в лекции повергает меня в ступор. При всем желании я не смог бы объяснить, каково это – постичь высшую теоретическую математику, но готов поспорить, что это здорово!

Ребекка Сакс из Массачусетского технологического института провела интересные исследования и обнаружила, что в правом полушарии человеческого мозга имеются особые структуры, роль которых, по-видимому, заключается в определении предположительных намерений другого человека^[7]. Взаимодействуя с другими людьми, мы постоянно и машинально оцениваем их психическое состояние и намерения. Это происходит буквально автоматически. У детей с аутизмом такая способность, скорее всего, развита очень плохо, из-за чего они испытывают трудности в общении. Как я уже писал, на профессиональном языке психологии это называется моделью психического. Сакс, использовав современные методы визуализации активности мозга, выяснила, что за данную способность отвечает правое полушарие. Как вы, должно быть, догадываетесь, этот факт ставит перед нами новые вопросы. Открытие Сакс могло бы навести на мысль о том, что у пациентов с расщепленным мозгом левое полушарие не имеет доступа к тому модулю, который вносит в сознание модель психического. Как поведет себя левое полушарие, не имея возможности использовать эту способность?

Мой бывший студент, а ныне сотрудник Майкл Миллер и выдающийся философ Уолтер Синнотт-Армстронг скооперировались и стали изучать проявления результатов Сакс у пациентов с расщепленным мозгом^[8]. Их интересовало, будут ли разъединенные полушария по-разному относиться к моральным проблемам. Учтите, что, согласно выводам Сакс, в одном (правом) полушарии расщепленного мозга должен быть модуль, принимающий во внимание психику и намерения других людей, а в другом (левом) – нет. Начнет ли левое полушарие после операции, уже не располагая модулем для оценки психических состояний и намерений других людей, действовать не так, как правое?

В этике философы любят рассматривать нравственные дилеммы либо с позиций деонотологии, либо с практической точки зрения. В переводе на понятный всем язык вопрос звучит так: мы решаем проблему, памятуя о моральном долге и заведомо правильном выборе, – или решение сводится к поиску максимальной пользы для всех? Формулировки этой дилеммы могут быть различны, и выяснить, как мыслит человек – с нравственной или практической точки зрения, – можно разными способами. В серии тонко спланированных экспериментов пациентам рассказывали истории, главные герои которых совершали дурные поступки, хотя кончалось все хорошо. Пример: секретарша, желая извести босса, задумала подсыпать яд ему в кофе, но порошок оказался сахаром, о чем она не знает; босс пьет кофе и остается жив-здоров – допустимо ли это? Действующее лицо другой истории вроде бы ничего плохого не делает, но позже его поступок приводит к чьей-то смерти: если секретарша уверена, что добавила в кофе для босса сахар, однако это оказался яд, случайно оставленный химиком, а босс выпивает кофе и умирает, это допустимое деяние? Пациент, которому рассказали эти истории, должен дать простой ответ на вопрос, были ли действия героини «допустимыми» или «недопустимыми».

Обычно люди, безусловно, оценивают злонамеренное поведение как недопустимое при любом исходе. В этом смысле они руководствуются этикой. Поступок человека, не имевшего дурных намерений, большинство оценило бы как допустимый (впрочем, не всегда), даже если он мог стать причиной трагедии. Но пациенты с расщепленным мозгом действуют особым образом. По-видимому, левое, говорящее, полушарие поначалу предлагало практичное решение для любого сценария. То есть если злонамеренное деяние все же не принесло никому вреда, его оценивали как «допустимое». А если никто не замышлял ничего дурного, но кончилось все плохо, то поступок считался «недопустимым». Несколько обескураживающий результат для столь незамысловатых сюжетов. В чем же дело? Отделенное левое полушарие не может учесть намерения действующих лиц и ведет себя так, будто у него нет модели психического.

Кроме того, пациентам часто хотелось объяснить, почему они отдали предпочтение прагматичности, а не очевидно верному – с точки зрения морали – выбору. Складывалось впечатление, что они «чувствовали» некоторую порочность своих выводов и нередко пытались логически обосновать их, хотя их об этом и не просили. Не забывайте об интерпретаторе в левом полушарии – модуле, который старается объяснять наблюдаемое поведение, вызванное как самим организмом, так и переживаемыми им эмоциями. Учтите, что эмоциональную реакцию на событие, которое воспринимается одной половиной мозга, ощущают оба полушария. Если в результате опыта, переживаемого правым полушарием, возникла эмоция, левое не знает, почему эта эмоция испытывается, но так или иначе объясняет ее. Поэтому правое полушарие, услышав ответ левого (при всех его ограниченных речевых способностях что-то оно все же способно осмыслить), точно так же удивлялось, как и мы, что вызывало эмоциональную реакцию, не соответствующую разумному, с точки зрения левого полушария, ответу. Неудивительно, что в обстановке серьезного конфликта специализированный модуль левого полушария (интерпретатор – тот, что всегда готов объяснить поведение, вызванное немым, отделенным правым полушарием) активизировался и постарался дать свою трактовку событий. Например, в одном из сюжетов официантка подала клиенту блюдо с семенами кунжута, хотя и считала (ошибочно), что кунжут дает сильные аллергические реакции. Пациент Дж.У. счел действия официантки «допустимыми». Чуть помедлив, он вдруг добавил: «Семена кунжута очень мелкие. Они не могут никому навредить».

В моей метафоре пузырек символизирует итог обработки информации модулем или группой модулей в многослойной системе. У пациентов с расщепленным мозгом особый модуль, который оценивает намерения других людей, отсоединен и изолирован от говорящего левого полушария. Вследствие этого результат его работы не выходит на поверхность, дабы внести свой вклад или стать доминирующим в процессе принятия решения левым полушарием. Если его фактически нет в левом полушарии (в числе пузырьков, имеющих доступ к языку и речи), он не может принять участие в процессе кипения. Поэтому нет и понимания намерений другого человека, что тревожно. Тем не менее пузырьки обработки эмоциональной информации в среднем мозге делают это для обоих полушарий. Левое полушарие видит несоответствие лишь тогда, когда правое слышит его отклик и эмоциональные ощущения испытывают оба полушария. В таком случае запускается процесс вынесения суждения. Кроме того, в левом полушарии хранится накопленная за время жизни память о нравственных нормах, принятых в той культурной среде, где оно развивалось, и при оценке событий левое полушарие может использовать эту информацию.

Оказывается, тонкими различиями в нашей психологической жизни управляют специфические модули мозга. С другой стороны, левое полушарие с его преимуществами в виде модулей, способных к абстрактному мышлению, вербальному кодированию и много чему еще, лишено модулей для понимания чужих намерений. Хотя при этом у него прекрасно развита способность делать логические выводы. Если результат верен, значит, средства подошли. То есть при счастливом исходе действие допустимо. Если же конец плохой, действие недопустимо. Хорошо то, что оптимально для всех. Возможно, человек не научится думать о других людях, если у него нет нужного модуля, который обеспечивает эту способность, – вот самый поразительный, почти невероятный аспект этих открытий.

А если вы вдруг лишились левого полушария? Каким станет ваш сознательный опыт? Только имейте в виду, что на самом деле вы не заметите видимых изменений, так как не почувствуете отсутствия модулей левого полушария. Так и будет. Когда речевой центр пропадает, резко ухудшаются способности к взаимодействию с людьми и пониманию происходящего. Правое полушарие обладает ограниченным словарным запасом и может контролировать процессы понимания лишь в ограниченном объеме. Но самым существенным фактором вашего нового сознательного опыта будет потеря способности делать логические умозаключения. Этой опцией левого полушария вы пользовались постоянно, и нехватка ее кардинально изменит ваше восприятие мира. Хотя вы и будете знать, что у других людей есть свои намерения, убеждения, желания, и сможете попытаться представить себе, как это выглядит, вам не удастся уловить причинно-следственные связи. Вы не сумеете сделать логический вывод о том, почему кто-то сердится и думает так, а не иначе. Ваши социальные взаимодействия будут чреваты недоразумениями, и скорее всего и вам, и вашему собеседнику в конце концов станет неловко. Однако потеря способности к логическому мышлению важна не только в социуме. Вы вообще перестанете замечать причинные связи. Вы не поймете не только того, что ваша соседка рассердилась, так как вы не закрыли ворота и ее собака убежала – вы не поймете, что собака убежала, так как вы не закрыли ворота. Вам же не придет в голову, что машина не заводится, так как вы не выключили радио.

Несмотря на способность адекватно оценивать пространственные связи, вы не сумеете правильно расставить причины и следствия в контексте физики. Вы не сделаете выводов о действии невидимых причинных факторов, будь то сила тяжести или духа. Например, вы не сделаете выводов о причинах движения шара, к которому была приложена сила в момент удара другим шаром, но вместе с тем неспособность делать логические умозаключения могла бы пригодиться вам в казино. Вы бы делали ставки, полагаясь только на случай и не пытаясь вывести какие-либо закономерности в выигрышах и проигрышах. Счастливый галстук или носки, поворот головы – все это ни при чем. Вы не будете сочинять невнятную историю о том, почему вы сделали или почувствовали то-то и то-то, не потому, что плохо владеете языком, а опять-таки потому, что не видите связи между причиной и следствием. Вы не станете ни притворяться, ни пытаться обосновать свои действия. Также вы не сделаете выводов о сути чего-либо, а воспримете все буквально. Вы не поймете смысла метафор и отвлеченных идей. Не делая логических выводов, вы будете лишены предубеждений, но учиться, не понимая причинно-следственных связей, вам будет труднее. Содержание сознательного опыта в том или ином полушарии зависит от кипящих в нем процессов.

Всем нам доводилось испытывать сильное желание вернуться в те места, где однажды нам было хорошо, в тот райский уголок, который мы вспоминаем теперь с такой теплотой, что просто обязаны посетить его снова и еще раз поймать мгновение счастья. Но когда мы приезжаем туда во второй раз, все выглядит не совсем так, как прежде. Ощущения другие. Не то чтобы хуже или лучше. Просто другие.

Недавно мы с женой вновь съездили в Равелло – ранее это место показалось нам волшебным. Его природная красота никуда не делась. Оно по-прежнему хранило свою историю и культуру, а самое главное – люди там были те же. Однако мы воспринимали его иначе. Все в Равелло не отвечало нашим впечатлениям, основанным на предыдущем опыте. Может, мы что-то не так запомнили? А может, изменилось наше отношение к жизни вообще и эти другие ощущения придали иной оттенок нашему новому опыту?

Здравый смысл подсказывает, что все имеют некий прошлый опыт и что связанные с ним ощущения специфичны для конкретного, интересующего нас в данный момент события. Возникающие ощущения, в свою очередь, связаны с испытываемым опытом, и нам кажется, что, повторив опыт, мы сможем воспроизвести те же чувства. Вы отлично провели отпуск на некоем курорте; если вы вернетесь туда, вам опять будет весело и вы почувствуете себя счастливым. Возможно, именно по этой причине люди покупают таймшер. Съездить куда-то впервые очень приятно, но еще и еще раз?.. Мы ждем, что прежние ощущения вернутся автоматически, стоит лишь снова отправиться в знакомое место. Полагаю, нет, не вернутся. Давайте взглянем на это с другой стороны.

Тот волшебный момент, который в прошлом доставил нам столько удовольствия, теперь хранится в виде информации о давнем событии. Мы до сих пор не понимаем, каким образом эта информация откладывается в памяти, но это такая же строгая и объективная символьная информация, как ДНК, – и, подобно ДНК, она имеет физическую структуру. В этой информационной структуре может скрываться тот факт, что событие ассоциируется с положительными эмоциями, но самих эмоций в хранилище нет – только информация о них. Когда на поверхность вырываются пузырьки памяти, вместе с ними поднимаются и те, что исторгают наши нынешние чувства, связанные с воспоминаниями. Чувства берутся из другой системы с собственными процессинговыми пузырьками, функционирующей отдельно от системы памяти. Одним словом, я думаю, что разделение эмоциональных сфер показывает, что разные системы синхронизируются и создают связанное с воспоминанием ощущение. Можно провести аналогию с саундтреком к драматичному эпизоду фильма. Музыка и кино существуют отдельно друг от друга, но если их объединить, саундтрек добавит сцене эмоциональности. По мере того как один пузырек быстро добегает до следующего, у нас возникает иллюзия, что наши ощущения связаны с воспоминаниями.

Итак, у нас есть пузырьки воспоминаний и пузырьки ощущений. Когда мы думаем о минувшем событии, наши чувства по отношению к нему на самом деле с ним не связаны – это наши нынешние чувства, которые мы проецируем на событие из прошлого. Обычно они тоже приятны, но сами по себе к настоящим воспоминаниям не привязаны. Это становится более очевидным, если текущее ощущение противоположно первому. Допустим, вы вспоминаете тот момент, когда получили неудовлетворительную отметку на экзамене. Память подсказывает вам, что тогда было паршиво, верно? Но, допустим, неудача заставила вас отправиться в кабинет профессора и попросить его помочь вам; он согласился, и вы здорово подтянулись по его предмету, благодаря чему сделали карьеру в этой области. Сейчас, вспоминая тот эпизод с плохой оценкой, вы знаете финал истории и можете относиться к прошлому только позитивно. Умом вы понимаете, что тогда вам было плохо, но вы просто не в состоянии воспроизвести те же чувства. Чувство смущения, пожалуй, более устойчиво к искажению. Может статься, вы до сих пор заливаетесь краской при воспоминании о каком-нибудь своем давнишнем грешке. Впрочем, бывает, что вы, покачав головой, лишь рассмеетесь над тем, чего стеснялись в юности или в подростковые годы, – например, над тем, как вы сползали на пол с заднего сиденья машины, чтобы друзья не засекли вас с родителями. Неужто я и правда так себя вел? Сейчас вы уже не краснеете – или краснеете, но совсем по другой причине.

Свежие ощущения генерируются иными модулями, нежели мысли, воспоминания, решения и прочее подобное. То, что мы ощущаем в момент совершения события, становится компонентом воспоминания об этом событии, координатой, кусочком информации, которую мы можем пометить, закодировать в нейронной системе и поместить в нашу память.

Однако источник настоящего ощущения – другой, совершенно независимый действующий агент мозга. При повторной поездке его неврологические настройки могут оказаться совсем не теми, что во время первого визита. В обоих случаях ваши впечатления от поездки формировались под влиянием этих настроек. Первому путешествию интереса добавляют неизвестность, любопытство, приключения, зачастую молодость и иногда адреналин. Потом вы возвращаетесь в знакомые уже места, став старше и накопив больше жизненного опыта; вам легче освоиться, любопытство притупилось, вы примерно знаете, чего следует ожидать, адреналин уже так не скачет. Ваши ощущения другие – не обязательно более приятные или неприятные, просто другие. Так происходит не только, когда вы куда-то возвращаетесь, но и когда пытаетесь заново пережить былой опыт. Это хорошо описывает Нил Янг: «Я все еще стараюсь оставаться прежним, но вы же понимаете, мне не двадцать один и не двадцать два… Не уверен, что смог бы воспроизвести то ощущение… это связано с тем, сколько мне было лет, что тогда творилось в мире, что я только что сделал, что хотел бы делать дальше, с кем я жил, с кем дружил, какая была погода»^[9].

Стивен Пинкер заметил несколько лет назад: «Что-то в теме сознания заставляет людей, как и Белую королеву из «Алисы в Зазеркалье», еще до завтрака шесть раз поверить в то, чего не может быть. Возможно ли такое, что животные в большинстве своем – действительно бессознательные существа, ничего не соображающие лунатики, зомби, роботы? Разве собакам неведомы страсть, любовь и волнение? Разве они не чувствуют боли, когда их мучают?»^[10] Яаак Панксепп был согласен с Пинкером в том, что отрицать это – значит поверить в невозможное, и упрекал Декарта в неуважении к животным, которым тот отказывал в сознании. Кроме того, Панксепп полагал, что если бы Декарт в ответ на вопрос «Кто такой этот «я», которого «я» знаю?» сказал бы: «Я чувствую, следовательно, я существую» – и исключил когнитивные процессы из формулы субъективного опыта, он избавил бы нас от многих проблем. Панксепп поддержал бы Патти в том, что со времен Декарта чуть ли не все, желая понять, как нервным системам удается генерировать субъективные аффективные переживания, лезли слишком высоко на дерево эволюции^[11].

Панксепп предположил, что субъективный аффективный опыт возник, когда древние с точки зрения эволюции системы чувств оказались связаны с примитивной разновидностью нейронной «карты тела организма», которая определяет границу между «я» и внешним миром^[12]. Чтобы составить карту тела, достаточно нанести на страницы соответствующих нейронов мозга ощущения, полученные изнутри и извне организма. Далее Панксепп утверждает, что для субъективного опыта необходимы два компонента: информация (записанная символами) о внутреннем и внешнем состояниях агента и конструирование объединенной нейронной модели агента в пространстве – модели, построенной на скорую руку, исходя из возбуждений нейронов. Информация и конструирование – такую же комплементарность мы видели в ДНК. Познание на более высоком уровне, или знание, что у вас есть «я» (оно же «самоосознание»), не входит в первоначальный рецепт. Чтобы передвигаться в окружающей среде без риска для здоровья и в нужном направлении, чтобы есть, когда вы голодны, и так далее, вам не надо понимать, что вы осознаете себя, но необходимо понимать ограничения для вашего тела в том пространстве, где вы находитесь. Не зная их, вы будете обречены вечно натыкаться на препятствия и принимать ошибочные решения по всем вопросам – от выбора надежного убежища до шансов перепрыгнуть с одной скалы на другую. Кроме того, у вас должна быть мотивация действовать так, чтобы это способствовало выживанию и размножению. Иными словами, чтобы сознавать субъективный опыт, не нужны пузырьки, поднимающиеся из высокоразвитой коры мозга. Декарту для ощущения своей «самости» хватало сигналов из подкорки, думать об этом ему нужды не было.

Вообще-то даже насекомым для уверенного и безопасного передвижения требуется информация о собственном теле в пространстве. Мухи не раз обыгрывали меня, заставляя без толку размахивать мухобойкой. Эндрю Баррон и Колин Клейн из австралийского Университета Маккуори решили исследовать миры мозга насекомых и обнаружили, что так называемый центральный комплекс играет у них ту же роль, что и определенные части среднего мозга позвоночных, а именно генерирует «единую пространственную модель состояния и положения насекомого в окружающей среде»^[13]. То есть в мозге тараканов и сверчков, саранчи и бабочек, дрозофил и домашних пчел, как и в среднем мозге позвоночных, предусмотрена функция для определения их местонахождения в пространстве. Короче говоря, обширному классу сложных организмов свойственно решать биологическую задачу упорядочивания многих систем, необходимых для осуществления действия. Это свойство, присущее букашкам, присуще и нам. Соглашаясь с Панксеппом и Меркером, Баррон и Клейн делают вывод: «Для субъективного опыта достаточно цельной и эгоцентричной репрезентации мира с точки зрения животного». Они также считают, что насекомым, которых они изучали, хватает осознания тела в пространстве, и высказывают предположение, что эти насекомые обладают субъективным опытом, имевшимся у общего предка позвоночных и беспозвоночных еще в эпоху кембрийского взрыва, около 550 миллионов лет назад.

Так думают не только они. Нейробиологи Николас Стросфилд из Аризонского университета и Фрэнк Хёрт из Королевского колледжа Лондона решили изучить другую ветку эволюционного древа. Они составили всеобъемлющий обзор анатомических, эволюционных, поведенческих и генетических особенностей базальных ганглий позвоночных и сравнили их с аналогичными узлами центрального комплекса членистоногих (к тому же типу принадлежит и класс насекомых). Стросфилд и Хёрт выявили массу общего и на этом основании сделали вывод, что у центрального комплекса членистоногих и нейронных сетей базальных ганглий позвоночных был общий предшественник^[14]. Фактически эти органы являются продуктами генетической программы, сохранившейся в ходе эволюции. То есть нейронные сети, играющие ключевую роль в выборе поведения, имеют древнее происхождение в эволюции. Наш общий с членистоногими предок уже бегал по земле с нейронной сетью такого рода, и его действия уже контролировались вызревающими пузырьками обработанной информации о его местонахождении и чувственных восприятиях. Стросфилд и Хёрт даже предположили, что мозгового аппарата этого общего предка хватало для создания феномена переживания опыта. Возможно, они и преувеличивают, но их работа говорит о том, сколь глубоко в историю эволюции уходят корни основных механизмов, которые мы обнаруживаем у людей. В этом и есть красота эволюционных и сравнительных исследований. Те особенные свойства нашего внутреннего психического мира, которые мы относим к уникальным конструктивным элементам человеческого мозга, на самом деле сформировались очень и очень давно, а вот развивал их в основном уже наш мозг.

Наш сознательный опыт – это непрерывный и плавный поток мыслей и ощущений. Как это возможно при постоянной конкуренции пузырьков за лидерство? Вызревают ли они в произвольном порядке или являются продуктом динамичной системы управления? Существует ли слой контроля, который одни пузырьки пропускает вперед, а другие придерживает?

Управлять процессом обработки информации в модуле можно, в частности, за счет входящего сигнала. Допустим, вы попробовали шоколадный трюфель без сахара. Вкусовые клетки, реагирующие на сладость, не активируют ни один афферентный нерв (то есть входящий в мозг с периферии), не активируется ни один модуль, обрабатывающий ощущения такого рода, поэтому вы не чувствуете сладкого вкуса и информация о сладости не обрабатывается. Вместо этого активируются вкусовые клетки, реагирующие на горечь, и у вас во рту остается горький привкус. Обрабатывается информация о горечи. Замените несладкий шоколад на точно такой же с виду, но молочный, и в работу включится модуль для сладости, мгновенно наполняя ваше сознание пузырьками сладости, которые решительно вытеснят чувство горечи. Горечь словно осталась в далеких воспоминаниях, а все внимание направлено на сладость – до тех пор, пока не появится следующий пузырек. Никакого когнитивного процесса здесь не требуется. На фестивале пузырьков сигнал о сладости каким-то образом стал главным. Этому помогли некие дополнительные факторы?

В том или ином виде селективное усиление входного сигнала наблюдается у разных животных, от крабов^[15] до птиц^[16] и приматов^[17], что наводит на мысль о таком же свойстве нашего последнего общего предка, обитавшего на земле около 550 миллионов лет назад. Самым ранним проявлением способности «управлять данными» была примитивная форма внимания – этот процесс помогал справиться с интенсивным потоком сенсорной информации, которую должен был обработать кластер клеток. Процесс усиления сигнала развился на первых этапах эволюции: он помогал организмам выбрать среди всех атакующих их стимулов те, что имели непосредственное отношение к выживанию (чем получать информацию о чем попало, лучше знать о близкой угрозе, еде и паре для совокупления), и сохранился во всех формах жизни, которые произошли от того первого организма.

Стивен Уидерман и Дэвид О’Кэрролл из Университета Аделаиды (Австралия) обнаружили, что в мозге современной стрекозы имеется один зрительный нейрон, который высматривает единственную похожую на жертву цель и преследует только ее, игнорируя все остальные^[18]. Этот факт интересен не только тем, что подтверждает наличие у стрекоз формы конкурентной селекции, необходимой для зрительного внимания, но и потому, что процесс селективного внимания осуществляется отдельной клеткой. У позвоночных селективное усиление сигнала вылилось в то, что мы стали называть вниманием – в тонкий механизм управления входящими данными, а посредством этого и нашим разумом. Так, мы можем обо всем забыть, когда смотрим интересный фильм, но как только завоет пожарная тревога, наша система «управления данными» моментально усилит этот пронзительный сигнал, отвлечет наши умы от кино и заставит действовать.

Тем не менее, несмотря на некоторый контроль селективного усиления сигнала над психикой, последняя тоже в известной степени управляет нашим вниманием. Я хочу сказать, что во внимании можно выделить два компонента – «снизу вверх» (восходящий) и «сверху вниз» (нисходящий)[15]. Если вы идете на свидание с незнакомкой, а у нее должен быть алый цветок в волосах, ваш взгляд будет направлен только на прически и ни на что другое. Внимание, следуя вашим намерениям найти незнакомку, будет нисходящим. В этой игре на выживание восходящее внимание не слишком вам поможет. Преимущество получили те организмы, которые развили восходящее внимание, и это стало непреложным правилом. Способность к нисходящему вниманию в высшей степени развилась как у птиц, так и у млекопитающих, чей общий предок жил примерно 350 миллионов лет назад, так что ей, как минимум, примерно столько лет, но, с точки зрения эволюции, это более позднее достижение, чем восходящее внимание. Новый слой – дополнительное приложение.

И снова Патти выдвинул неплохую гипотезу о развитии такого слоя. Основным фактором и движущей силой для появления нового слоя может быть отказ какого-то другого:

Если система не может создать адекватную картину или трактовать ситуацию, чтобы с ней справиться, возникает, так сказать, безвластие, или зона отсутствия решений. Я бы назвал это своего рода нестабильностью – решение принять необходимо, но нет процедуры принятия решения. В таком случае из-за неопределенности любая мелочь может привести к серьезным последствиям. По сути, система испытывает кризис, и тогда может сформироваться новый тип поведения^[19].

Таким образом, по мере того как системы становились более сложными, для управления множеством независимых стимулов и результирующим поведением требовалось что-то вроде слоя контроля. Усиление стимулов – это прекрасно, но чтобы нестройный хор модулей стал более гармоничным, нужен был слой контроля.

Как я уже говорил, люди с поражением правой теменной доли могут игнорировать левую половину поля зрения даже в воображаемых картинах и воспоминаниях. Впервые данный получивший широкую известность факт обнаружил выдающийся итальянский нейропсихолог Эдоардо Бизьяк^[20], когда попросил таких пациентов описать по памяти миланскую Пьяцца-дель-Дуомо с двух позиций. По двум сторонам этой красивой площади стоят здания оригинальной архитектуры, а в конце расположен кафедральный собор. В Милане все хорошо представляют себе, как это выглядит.

Когда пациентам предложили описать картину, «встав» лицом к собору, задание не вызвало у них затруднений, но говорили они только о домах на правой (северной) стороне площади. О том, что было слева (на южной стороне), они не упоминали вообще. Затем Бизьяк попросил их как бы повернуться на 180 градусов и описать площадь, «глядя» на нее с главной лестницы собора. Тогда те же самые пациенты без труда рассказали о зданиях, расположенных справа (к югу) от собора, но даже не упомянули о стоящих на левой (северной) стороне – тех самых, которые они только что описали с другой, противоположной, позиции!

Этот эффектный пример из клинической практики указывает на существование двух совершенно разных комплексов модулей. Модули, генерирующие мысленный образ, очевидно, сохранились полностью (информация не потеряна), но управляет ими дополнительный модуль, который оценивает, в каком ракурсе будет представлена картина, – вот его-то функция и нарушена. Спустя годы, в нью-йоркском госпитале, нам с неврологом Дениз Барбат представилась возможность проанализировать похожий случай повреждения правой теменной доли и воспроизвести открытия Бизьяка^[21].

Говоря о сознании, мы будто забыли о том, что наш мозг в процессе развития становился сложнее. Со временем, по ходу эволюции, добавлялись модули и слои для преодоления возникающих одно за другим новых препятствий, так что сознательный опыт менялся и становился богаче. Каждый слой содержит некий набор правил обработки информации и передает результаты своей работы, свой процессинговый пузырек, следующему слою. Хотя в слоях внутри одного модуля информация может обрабатываться последовательно, одновременно работают много модулей и с каждого из них на финальный этап поднимаются пузырьки.

В этой аналогии с пузырьками продукты функционирования разных модулей прорываются в наши сознательные ощущения через короткие промежутки времени. Скорее всего, контролирующий слой с протоколом, составленным из произвольных правил – таких, которые обеспечивали сознанию наиболее достоверную и релевантную для данного случая информацию и за это были отобраны, – продвигает один из пузырьков вперед. Появляется новое правило, уточненное и заслуживающее больше доверия, и протокол может измениться. Для примера рассмотрим попавший в сознание пузырек убеждения. Предположим, вы считаете, что насыщенные жиры вредны для организма и от них можно растолстеть. По вашему мнению, те же калории полезнее получать из углеводов. Вы убеждены в этом, потому что так говорят официальные лица в системе здравоохранения, диетологи и ваш доктор. Когда вы покупаете продукты, пузырьки всплывают и велят вам держаться подальше от насыщенных жиров. Но потом вы кое-что замечаете. Ваш личный опыт расходится с официальным мнением. Чем больше жиров вы исключаете из рациона, заменяя их на углеводы, тем больше набираете вес. Тогда вы берете в руки книгу, автор которой описывает и анализирует исследования на эту тему, и оказывается, что большинство подобных исследований не отвечает стандартам серьезной научной работы; мало того – те немногие ученые, которые занимались этим вопросом, не смогли подтвердить данный расхожий тезис. Фактически они даже опровергают его^[22]. В конце концов вас удалось убедить. Вы покупаете и начинаете есть сливки и сливочное масло. Вы худеете. В продуктовом магазине командуют сливочные пузырьки. Появилось уточненное и заслуживающее большего доверия правило, и протокол поменялся. Заодно и кофе стал вкуснее.

Что немаловажно, идеи разрыва в объяснении, модулей и слоев могут прояснить для нас картину поведения людей с различными поражениями мозга. Если лишиться части нервной ткани, обрабатывающей специфическую информацию, то такая информация исключается из коллекции пузырьков и уже не влияет на содержание сознательного опыта. Это справедливо и для разъединения правого и левого полушарий: ни одно из них не получает из другого те пузырьки, которые обогащают сознательный опыт, поэтому каждое полушарие довольствуется неполным сознательным опытом.

Глава 10

Сознание – это инстинкт

Кому-то волшебство, а кому-то – дело техники.

Роберт А. Хайнлайн

В молодости, когда моя, еще студенческая, научная работа только начиналась в Калтехе, я подружился с Уилмуром Кендаллом, специалистом по политической философии. Этот незаурядный, склонный к революционным переменам человек так всех раздражал, что в Йеле ему хорошо приплатили, лишь бы он ушел. Кендалл оспорил все, во что там верили, после чего направился на Запад США. Для него, сына слепого священника из города Конава, штат Оклахома, Запад не был чужбиной. Кончилось тем, что после Йельского университета он осел в Далласе, в небольшом Иезуитском колледже. Его неукротимое жизнелюбие подпитывалось безмерной уверенностью в себе. В тот день, когда в Далласе убили Джона Кеннеди, Кендалл позвонил мне. «Я впервые оказался на обеде, где выступал президент Соединенных Штатов. Что-то должно было случиться, мне следовало бы это понимать», – заявил он.

Во мне Кендалл видел жертву современного редукционистского безумия и постоянно подталкивал к размышлениям. Я был и по сей день остаюсь приверженцем идеи, что почти все на свете можно объяснить физическими процессами и что так будет всегда. На ученого-экспериментатора философские рассуждения о фундаментальных вопросах мышления, как правило, нагоняют скуку. Кендалл воевал с теми, кто не был готов к битве и вообще едва ли догадывался о существовании проблемы. Поскольку я предоставлял ему свою квартиру, когда он ненадолго приезжал в Пасадину, он счел себя обязанным отплатить мне добром и расширить мой кругозор. Кендалл велел мне почитать ставшую классической книгу «Личностное знание», которую Майкл Полани написал на основе своих Гиффордских лекций 1951 года. Я ее прочел. С тех пор эта книжка хранится в запасниках моего мозга и моей домашней библиотеки и не раз переезжала со мной с места на место.

Полани, говорил мне Кендалл, был подлинным ученым-энциклопедистом. Основные положения своей диссертации по химии он написал, когда в 1916 году служил врачом на сербском фронте и получил отпуск по болезни. В Манчестерском университете он руководил кафедрой физической химии, но его обширные познания в области экономики, политики и философии дали университетскому начальству повод открыть для него кафедру общественных наук. «Знаете, – заметил Кендалл, – он каждый день отвечает на письма на двенадцати языках». Полани, истинная звезда своей эпохи, регулярно приезжал в Чикагский университет читать лекции, хотя и жил в Англии. Об этой непростой проблеме – о том, что не всегда удается составить представление о чем-либо в целом, если известны детали, – я задумался, читая его книгу. Что-то упущено, что-то может еще произойти… думаю, именно такой подход лег в основу того, что я называю чикагской школой мышления, то есть особой точкой зрения на мозговые процессы.

В этом упущении «виновна» идея машин (сохранившаяся еще со времен Декарта), в которую биологи наивно и свято уверовали. Ученые в Чикаго поняли, что традиционная детерминистская аналогия между жизнью и машинами неверна. Мозг не подобен машине; наоборот, это машина подобна мозгу, но ей кое-чего не хватает. Как писал Полани, люди появились в ходе естественного отбора, а машины создал человек. Машины существуют лишь как продукт высокоразвитой живой материи – не первый, а конечный продукт эволюции.

В чикагской концепции также начала развиваться идея о зависимости происхождения жизни не от классических физических законов, которые так хорошо подходят для описания машин, а от двух взаимодополняющих моделей описания. Вот как это подытожил Патти: «Если бы жизнь зависела от таких классических описаний или от выполнения своих собственных внутренних процессов записи информации классическим способом, ее существование было бы невозможно^[1]». Это согласуется с более ранним, острым вопросом Розена: «Почему бы не допустить, что «универсалии» физики применимы только к небольшой и специфической, хотя и чрезмерно выделяющейся категории материальных систем, для которой организмы – чересчур общее понятие? Что если физика – это частное, в то время как общее – это биология, а вовсе не наоборот?»^[2]

Вместе с Полани поход против чистого редукционизма затеял и профессор Чикагского университета Николас Рашевский – отец математической биофизики и теоретической биологии, – что было для него довольно неожиданно. Однажды он взялся за поиски общих материальных основ главных биологических явлений, возмутившись из-за слов некоего биолога, который заявил на каком-то светском мероприятии, что никто не понимает и не сможет понять, как делятся клетки, потому что это биология и физика тут не властна. Проделав в 1930-х и 1940-х годах гигантскую работу, Рашевский на этом не успокоился. Розен, его ученик, пишет: «Он поставил перед собой ключевой вопрос, что такое жизнь, и, как все современные молекулярные биологи, в сущности, стал искать ответ с точки зрения редукционизма. Загвоздка оказалась в том, что, рассматривая отдельные функции организмов, он в какой-то момент упустил из виду сами организмы и уже не смог к ним вернуться»^[3]. Рашевский понял, что «невозможно собрать в единое целое никакой, пусть самый полный, набор отдельных описаний (иначе говоря, моделей) организмов, чтобы охарактеризовать сами организмы… Если мы хотим достичь этой цели, нужен некий новый принцип»^[4]. Подход к поискам нового принципа Рашевский назвал реляционной биологией. Подобными исследованиями занимался и мой наставник Роджер Сперри, прошедший стажировку в Чикагском университете. И, как вы видели, те же идеи оказали большое влияние на Говарда Патти, благодаря которому эта научная позиция существует в наши дни.

Та давняя чикагская история преподает нам важный урок: изучая организм, мы должны учитывать еще кое-какие обстоятельства. Механистический подход, безусловно, хорош – он дает нам представление обо всех частях и слоях автоматических процессов, без устали обеспечивающих организму возможность существования. Но есть еще кое-что – отнюдь не призрак в системе! – и этот фактор тоже необходимо изучить. Его порождает система, сам организм, способный преобразовывать нижние слои. Именно здесь надо искать ответы на вопрос, что такое жизнь.

Как утверждает Розен, наука всегда использует заменитель (модель) реального объекта изучения. Имея модель, ученые могут задействовать в работе любые методы редукционистской науки и понять, как работают элементы системы. Предполагается, что модель может заменить настоящую систему. Но когда они, поработав с заменителем, возвращаются к настоящей системе и пытаются внедрить свои открытия, у них, как правило, ничего не выходит. Например, одно дело – проводить исследование поджелудочной железы отдельно в чашке Петри под микроскопом или в пробирке. Это позволяет определить ее функции в местном масштабе. Но если вы не изучите все это в организме, вам не понять, как она на самом деле функционирует, как работает вместе со сторонней системой и как эта система – в данном случае, отдел кишечника – ее преобразует. До тех пор, пока хирурги не начали лечить ожирение путем лапароскопического бандажирования желудка и не заметили, что при этом очень быстро уходит диабет, тот факт, что функции поджелудочной железы и кишечника тесно связаны, оставался без внимания. В нейробиологии заменителем мозга, его аналогом, служил «робот». А поскольку ученые рассматривали мозг как машину, идея комплементарности со всем, что она дает для разгадки его секретов, неизбежно должна была остаться вне зоны их внимания.

Сперри изменил ход мысли. Как мы видели в главе 3, его предположение о физической сущности наших ментальных способностей и включенности их в цепь событий, которыми обусловлено поведение, вызвало переполох в рядах редукционистов. Вместе с тем такие психические явления, как мысли, он тоже не считал нефизическими явлениями или призраками в системе. Он рассматривал явления психики как следствия конфигурационных свойств соответствующего нервного субстрата, обладающего как физической, так и символьной структурой. Субстрат контролирует то, что конструирует – психическое явление; физические символы Патти контролируют конструирование. Иными словами, полагал Сперри, организм играет роль в собственной судьбе. С этой точки зрения вы, даже зная все до мелочей о состоянии собственного мозга в настоящий момент – то есть зная исходные условия, – не можете знать, как в будущем ваши психические состояния повлияют на обработку информации снизу вверх. Исходные условия ничего не скажут вам о том, что, где и с кем вы будете есть за ужином через год, считая с нынешнего четверга. Зная все о состоянии мозга новорожденного, вы не можете знать, что будет делать этот ребенок во вторник днем спустя сорок пять лет, хотя самые детерминированные детерминисты именно так и полагают. На самом деле такого рода детерминистский экстремизм столь же неразумен, как и вывод, который вытекает из мысленного эксперимента с котом Шрёдингера.

В нашем очерке об истории человеческого мышления и исследований сознания мы обнаружили немало неясных моментов. Непоколебимая приверженность редукционизму окончательно укрепилась лишь после того, как Декарт сформулировал идею о том, что «мозг – это машина, устройство которой можно понять, если разобрать ее на части» (непременное условие научного подхода к любой проблеме), и такие настроения по сей день преобладают в современной нейробиологии. С другой стороны, чикагская школа, как я стал ее называть, выступила против этого направления и предложила изменить формулировку, с учетом эволюционной природы организма и того факта, что машины являются одним из продуктов человеческого мозга – а не мозг является одним из продуктов машин. Живой материи присуще нечто совсем другое. Проще говоря, она не ждет послушно указаний от классических физических взаимодействий, а обладает собственной, врожденной способностью к произвольным действиям, обеспеченной физической, путь и произвольной, символьной информацией, которая хранится на хорошо освещенной стороне «разрыва в объяснении».

Как только были получены и подтверждены первые результаты исследований расщепленного мозга, возник насущный вопрос: что это нам дает в плане изучения сознания? Психолог-экспериментатор Уильям Эстез, когда меня отрекомендовали ему как человека, который открыл феномен расщепленного мозга, саркастически заметил: «Отлично, теперь у нас уже два непонятных объекта». Однако эта головоломка, а также мысль Полани о том, что перечень деталей не дает ключа к принципу работы целого, по-прежнему занимают меня. Обе эти проблемы – описание частей и их совместная работа ради осуществления определенной функции – вынуждают глубже вникать в то, каким образом полученные результаты проясняют проблему сознания.

За последние тридцать лет на изучение роли разных отделов мозга и их взаимодействий потрачены миллиарды долларов. И все же, несмотря на то что современная наука о мозге показывает, что специфические анатомические зоны связаны с различными психическими возможностями, локализация не даст внятного и исчерпывающего объяснения сознания. Хотя в ходе таких исследований была получена масса новых сведений о мозге, они не объясняют, да и не смогут объяснить, процессы его функционирования, которые среди прочего приводят и к формированию сознания. Подход, основанный на изучении связи структуры и функции, позволяет получить достоверные знания о том, как мозг распределяет многочисленные конкретные задачи, но не дает адекватного объяснения преобразованию электрохимических сигналов в жизненный опыт. Мы уже поняли, что структура и функция – свойства комплементарные, то есть ни одно из них в отрыве от другого ничего вам не объяснит. Если вы не представляете, какова функция нейрона, то один только его вид вам такого представления не даст. И наоборот – если функция нейрона вам известна, вы все равно ничего не сможете сказать о нем самом. Без предварительно накопленных знаний нельзя судить ни о функции нейрона по его структуре, ни о структуре по функции. Это два отдельных слоя с разными протоколами, которые невозможно свести один к другому.

Если мы хотим больше знать о базовых структурах мозга, надо расширить проблематику и обратить внимание также на конструкцию нервной системы. Попытавшись просто определить местонахождение генерирующей сознание структуры, как это делали Декарт и многие до него, вы не завладеете святым граалем, ибо сознание присуще всему мозгу. Отсечение кусков коры не приводит к полному разрушению сознания – лишь к изменению его содержания. В отличие от многих других психических процессов, таких как речь и обработка зрительной информации, оно не приписано к определенным отделам мозга, но является ключевым элементом для всех прочих возможностей. При этом, как я уже говорил, самые убедительные аргументы в пользу дробления сознания предоставляют исследования разума пациентов с расщепленным мозгом – если прервется сообщение между полушариями, каждое из них будет по-прежнему пользоваться собственным сознательным опытом.

Хотя мысль о том, что сознание порождается несколькими независимыми источниками, кажется не слишком простой и понятной, видимо, именно так мозг и устроен. Когда же эта идея уляжется в голове, останется самое трудное – понять, как законы устройства мозга позволяют сознанию формироваться таким путем. Решение этой непростой задачи у науки о мозге еще впереди.

Когда я начинал эту книгу, кое-какие мысли, о которых я в итоге написал, даже не приходили мне в голову. Между строк всегда оставался один вопрос: можно ли и впрямь считать сознание инстинктом?