Один день из жизни мозга. Нейробиология сознания от рассвета до заката
Мнение российского ученого
Книга знаменитого британского нейробиолога Сьюзан Гринфилд «Один день из жизни мозга», несомненно, расширит кругозор любопытного читателя. Именно любопытство заставляет людей стремиться к осознанию, как устроен мир, в котором мы живем, как устроены мы сами, живые существа. Но как же нам удается создавать мысленную модель внешнего мира, включая нас самих, и достигать с ее помощью избранных нами целей? В книге выделена основная загадка, интригующая многих: что же такое сознание? Само понятие кажется таким обыденным и очевидным, до тех пор пока мы не попытаемся объяснить различные стороны процесса осознания или пока нас не попросят изложить это формализованным языком. Ведь и книга, после рассмотрения очень интересного множества данных об этапах работы мозга на протяжении суток, заканчивается довольнохарактерным высказыванием:
«Если мы объединим наши усилия в междисциплинарных исследованиях и задействуем воображение до предела, то, возможно, понимание чуда субъективного сознания, наконец, перестанет быть таким недосягаемым…»
Так неужели человеческому мозгу не суждено познать свое собственное устройство? Читатели сами могут сформировать суждение об этом.
В зависимости от индивидуального опыта люди воспринимают информационные сигналы тремя способами. Наука выделяет:
а) образное, «интуитивно-чувственное» восприятие, ориентированное на внутренний мир человека;
б) формализованно-модельное, инженерное восприятие, ориентированное на создание «искусственной реальности»;
в) «текстуально-книжное» восприятие, основанное на логических цепочках ассоциативных образов, представляющее комбинации предыдущих двух видов восприятия в различных пропорциях и ориентированное на «социальные взаимоотношения» между людьми.
Методология познания, основанная на опыте физических исследований, обычно использует концептуальные (смысловые, базовые) модели, в которых сохраняются лишь самые важные элементы структуры и причинно-следственных связей в изучаемой системе, чтобы динамика ее поведения соответствовала экспериментальным данным и помогала достигать поставленных целей моделирования.[1]
Известно, что для адекватного описания живых систем в моделях необходимо рассматривать не только процессы регистрации, обработки и кодирования сенсорных сигналов, но также и процессы воссоздания внутренних «самоотождествляющих» сигналов, имитирующих возможные входные сигналы.[2] Именно с ними связывают субъективное осознание, которое ощущается через эмоции. Примеры разглядывания многозначных картинок наглядно показывают, что осознаваемый образ зависит от того, какой алгоритм интерпретации ваш мозг использует в данный момент.
Наверняка вам известна знаменитая оптическая иллюзия, представленная двойственным изображением девушки и старухи. Кого вы видите, глядя на рисунок: девушку или старуху? Поиск ответа на этот вопрос и есть процесс осознания, когда в ходе циклов сравнения величина ошибки между ожидаемым образом (работа внутренних «самоотождествляющих» алгоритмов) и образом, регистрируемым сенсорной системой, станет меньше порога. А выбор системой управления в мозге тех или иных алгоритмов распознавания и имитационного «самоотождествления» представляет собой аналог процесса внимания. Регистрацию сигнала биологические сенсоры могут осуществить за микросекунды и бессознательно распознать за ~30–70 миллисекунд, а вот для осознания образа требуется провести циклы сравнения (для людей этот диапазон от 70 до 200 миллисекунд и, в зависимости от обстоятельств, даже больше). При этом осознается либо один, либо другой образ (старуха/девушка), и переключение между ними происходит уже за секунды. Конечно, процессы восприятия более разнообразны, потому что живые системы состоят из многих иерархий распознающих систем, к тому же по-разному функционально ориентированных. Приведенная схема описания, как мне представляется, позволяет двигаться по пути формализации многоуровневых динамических процессов в управлении живыми системами и снять излишний ореол загадочности с процессов, воспринимаемых нами как разные уровни сознания.
В книге Сьюзан Гринфилд говорится о размерах нейронных ансамблей, которые, по-видимому, и следует интерпретировать как иерархические структуры распознающих систем с их специфической функциональной направленностью. Заинтересованный читатель найдет интереснейшие факты и гипотезы, которые могут вдохновить его на создание собственных моделей и представлений о работе структур мозга.
Будем надеяться, что эти новые достижения в познании механизмов работы мозга будут радовать читателя, помогут эффективному использованию уже накопленных знаний в различных профессиональных областях, адекватному решению встречающихся проблем. Важно также, чтобы такие книги увеличивали долю творческих исследователей в нашем обществе по сравнению с потребителями. Предлагаемые знания ориентированы, в первую очередь, на развитие внутреннего мира людей, расширение их мировоззрения и собственных возможностей.
Книга будет полезна широкому кругу заинтересованных читателей.
Владимир Григорьевич Яхно,доктор физико-математических наук,профессор кафедры Нейротехнологий Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского
Предисловие
Мой отец всегда интересовался устройством вещей, будь то машина, телевизор, реактивный двигатель или тело и мозг. Он любил размышлять о природе электричества, человеческой природе и происхождении Вселенной, не довольствуясь при этом простыми объяснениями. Как однажды заметил Джеймс Тербер, «лучше знать несколько вопросов, чем все ответы». И это истинное наслаждение смаковать сложную задачу и делиться ею с другими открылось для меня довольно рано, определив сферу моих интересов еще со школьной скамьи.
В те времена науку преподавали как совокупность известных фактов, где не оставалось места открытиям. Амеба делится пополам; дистилляционную установку необходимо аккуратно перерисовать в тетрадь; физику времени и пространства изучали при помощи полосок бумаги со скрупулезно нанесенными на них равноудаленными точками. Несмотря на прорыв в образовании в цифровую эпоху, подозреваю, что в преподавании наук все еще есть пробелы. Наверняка их можно заполнить и показать ученикам более отдаленные и менее определенные горизонты, которые рано или поздно могут быть достигнуты благодаря их собственным усилиям. В мои юные годы глобальные вопросы, которые беспокоили всех нас (и подростков, пожалуй, особенно), касались причин, почему развязываются войны, природы любви, свободы воли, предопределенности и, прежде всего, человеческой сущности. Казалось, с ответами на эти вопросы лучше справлялись история и литература. Поэтому с большим облегчением я отказалась от науки в пользу классического арсенала латинского и греческого языков, а также античной истории и математики.
Помимо прочего, мир древних греков позволил мне исследовать то, что представлялось фундаментальным вопросом человеческой сущности и неизбежно вызывало у меня более пристальный интерес к философии. До сих пор помню, как сидела в Бодлеанской библиотеке одним субботним утром и вдруг поняла, что, пожалуй, сделала не лучший выбор предмета изучения. В результате я переключилась на еще зарождавшуюся психологию, постепенно все больше увлекаясь ее физиологическими аспектами. Тогда я впервые ощутила одержимость наукой, которая не давала простых ответов, но на самые волнующие вопросы ответом мог быть результат, полученный опытным путем. Ко всеобщему – и не в последнюю очередь к моему собственному – удивлению, я стала нейробиологом. И за неоценимую поддержку я благодарю моего тогдашнего наставника доктора Джейн Мелланби и профессора Уильяма Патона. Это стало началом моей научной карьеры.
Сперва я задалась целью исследовать механизмы работы мозга, имеющие отношение к развитию нейродегенеративных заболеваний. Но и здесь меня преследовала проблема сознания. Как оно устроено и почему угасает? И если бы другой ученый утверждал, что может ответить на эти вопросы, что бы он мне продемонстрировал? Дрессированную крысу? Сканирование мозга? Формулу? Даже самые отдаленные и футуристические сценарии не могли зафиксировать этот неуловимый компонент, квинтэссенцию сознания – субъективность. И наряду с ежедневными лабораторными экспериментами я продолжала беседы с философами, в частности с ныне покойной Сьюзан Херли.
Вместе мы организовали обширную серию дебатов между философами и нейробиологами. Привлекательность этих дискуссий, которые нередко продолжались с утра до позднего вечера, заключалась в том, что к теме, актуальной для двух дисциплин, скажем к памяти, можно было подойти с совершенно иной точки зрения, с иным набором приоритетов и перспектив. Как нейробиолог я рисковала пренебречь феноменологией – вездесущая субъективность вешала на нейрофизиологические исследования сознания клеймо «узкая специализация».
Продолжая размышлять над субъективной природой «разума» и «сознания», в 1995 году я написала «Путешествие в тайны разума», а в 2000 году – «Тайную жизнь мозга». Поскольку мы можем «потерять рассудок», но все же оставаться в сознании, мне показалось, что эти два термина не синонимичны и что осмысление разницы между ними способно помочь нам продвинуться вперед. Я пришла к выводу, что необходим некий Розеттский камень, билингвальная система, которая свяжет феноменологию и физиологию.
Идеальным кандидатом на эту роль стал не макромасштабный участок мозга, не микромасштабная группировка синапсов, а мезомасштабное явление, которое до 1990-х годов оставалось незамеченным: нейронные ансамбли. Ансамбли немного похожи на рябь, которую вызывает брошенный в воду камень: миллионы нейронов генерируют распространяющуюся активность в течение субсекундного временного интервала. Шкала в миллисекундах означает невозможность обнаружения ансамблей при помощи классических методов визуализации. Однако новые методы с применением потенциал-чувствительных красителей, которые напрямую отражают активность нейронов, позволяют исследовать нейронные ансамбли мозга в реальном времени.
Когда я писала «Тайную жизнь мозга», изучение нейронных ансамблей находилось еще в зачаточном состоянии, и я могла только предполагать, что они могут служить основным нейрональным коррелятом сознания. Но я мечтала перейти от теории к практике и исследовать нейронные ансамбли в своей собственной лаборатории; к счастью, трудности с поиском нужных людей и финансирования были не настолько непреодолимыми, как мне казалось. Летом 2001 года талантливый аспирант из нашей исследовательской группы, Эд Манн, отправился на стажировку в Японию и его радушно встретили в лаборатории доктора Ичикавы. Эд изучал там технику оптической визуализации, чтобы мы могли создать свою собственную лабораторию в Оксфорде. Большая удача, что высокоспециализированное оборудование и расходные материалы, необходимые для исследований, нам были обеспечены за счет гранта от Pfizer Ltd, а также поддержки Фонда Темплтона, Фонда науки о разуме и Европейского общества анестезиологии. То, что казалось далекой мечтой, стало реальностью, и за последние пятнадцать лет нам удалось проверить многие гипотезы и догадки.
«Один день из жизни мозга» – это далеко не исчерпывающий обзор исследований в области сознания, хотя здесь приводятся актуальные факты и гипотезы из сферы философии, психологии, неврологии и физики. И на этот раз, в отличие от «Тайной жизни мозга», мы будем рассматривать еще и множество реальных экспериментов.
Основная цель этой книги – познакомить читателя с новым междисциплинарным подходом к сознанию: идея состоит в том, что нейронные ансамбли можно рассматривать как центральный элемент модели, описание которой возможно с использованием как феноменологической, так и физиологической терминологии одновременно. Различные субъективные состояния сознания наилучшим образом иллюстрируются вовсе не строгими лабораторными экспериментами с надуманными сценариями, а теми сюжетами из жизни, с которыми мы все знакомы. Нам предстоит прожить один ничем не примечательный день и попытаться сопоставить конкретное субъективное состояние с объективно регистрируемыми процессами, протекающими внутри физического мозга.
Поскольку эта книга появилась благодаря тем данным, которые мы собрали при помощи оптических изображений, хочу поблагодарить тех, кто сотрудничал с нашей лабораторией на протяжении многих лет, а также авторов цитируемых публикаций. В частности, отмечу Скотта Бадина, который принимал активное участие в исследовании нейронных ансамблей. Также особой благодарности заслуживает доктор Франческо Фермани, физик-теоретик, у которого мы со Скоттом провели много приятных вечеров за бутылкой вина, пытаясь выйти за рамки эмпирических данных и взглянуть на сознание с точки зрения математического моделирования. Но особенно горячо я хочу поблагодарить доктора Яна Девоншира за неоценимую помощь при создании этой книги, за то, что представил и выверил литературные источники. Наконец, благодарю свою мать Дорис, которая внесла самый значимый вклад из всех: свою безусловную любовь. И теперь мы вновь возвращаемся к моему отцу, который дал мне и моему брату любознательность и мужество для поисков ответов на трудные вопросы. Хочется думать, что где бы он ни был, он знает, скольким я ему обязана.
Сьюзан ГринфилдОксфорд, 27 марта 2016 года
В темноте
Предыстория
Сейчас раннее утро, но еще совсем темно. Ваш сердечный ритм замедлился до одного удара в секунду кровяное давление в данный момент – самое низкое за последние пятнадцать часов. Вы совершаете не более двенадцати вдохов в минуту, в то время как уровень глюкозы в крови находится на нижней границе. Мочевой пузырь и кишечник медленно наполняются, но этого еще недостаточно, чтобы потревожить ваш сон. В организме протекает множество физиологических процессов, но вы спите и не догадываетесь об этом. Ваш мозг в настоящее время каким-то образом препятствует проникновению в свою личную внутреннюю вселенную, она недоступна сейчас даже для вашего собственного тела. Удивительно, правда? Когда прозвенит будильник, вы снова станете собой. Но прямо сейчас, еще ненадолго, вы «мертвы для мира», вы в бессознательности.
Без сознания жизнь была бы ужасно похожа на смерть. Это неосязаемое внутреннее… что же это на самом деле? На протяжении веков наши предки пытались понять, как устроено это загадочное, но настолько привычное явление, которое мы принимаем как должное день за днем. В течение последних пятидесяти лет интерес к этому вопросу рос пропорционально темпам развития нейронауки. Но обширные познания о самых разных аспектах работы мозга не приблизили нас к раскрытию тайны сознания: как наш индивидуальный опыт, мысли, воспоминания могут воплощаться в форме химических взаимодействий и электрических вспышек?
Когда речь идет об амбициозных идеях на грани науки и фантастики, бросающих вызов законам физики, таких как путешествия во времени или создание вечного двигателя, вы не воспринимаете их всерьез. Но если, пусть даже гипотетически, некий гениальный изобретатель представит вам готовую технологию, вы примете ее как должное. Что же на самом деле докажет вам, что какой-то ученый или философ или даже писатель-фантаст пришел к окончательному пониманию субъективного опыта, который мы называем сознанием?
Может, гений, восторженно размахивающий распечатками сканирования мозга или стучащий указкой по математической формуле на меловой доске? Эти «доказательства», сколь бы гениальными они ни были, не станут убедительными, поскольку не учитывают то, как объективно наблюдаемые события трансформируются в бесценное ощущение личного опыта.
Еще в середине 80-х годов мы с философом Сьюзан Херли решили организовать серию семинаров в Оксфордском университете по различным аспектам разума и мозга. К сожалению, мы мало продвинулись в понимании того, какую роль в формировании сознания играют те или иные процессы, протекающие в мозге,[3] вероятно, не в последнюю очередь потому, что ни нейронаука, ни философия не имеют четкой базы, от которой можно было бы отталкиваться. Тем не менее семинары помогли выделить главную проблему, терзающую обе дисциплины: как объективно анализировать субъективное явление? К тому же мы обнаружили, что ничто не мешает нам вести плодотворные междисциплинарные дебаты по более узким, более конкретным вопросам. Например, может ли машина быть разумной? Какова эволюционная сила сознания? Как язык влияет на мышление?
Уже тогда был брошен вызов устоявшемуся делению на ментальное и физическое, поскольку нейронаука демонстрировала, как изменения в мозге, обусловленные, скажем, физическим повреждением, коррелируют с изменениями в субъективном личном опыте. По словам одного из участников конференции, Пола Сибрайта, «воспоминания, равно как и молекулы, являются физическими объектами, частью физической Вселенной, но этим объектам мы даем названия, отличные от тех, которые дает физика».
Это противоречие между объективным и субъективным казалось неразрешимым с тех пор, как великий философ Рене Декарт впервые поднял этот вопрос в семнадцатом веке, решив отделить сознание от биологического мозга. Эту концептуальную пропасть между восприятием от первого лица, формирующим индивидуальную току зрения в реальной жизни, и восприятием от третьего лица, которое является отличительной чертой научных экспериментов, трудно преодолеть. Когда мы описываем человека или любое животное как сущность, обладающую «перцептивными переживаниями» или «сознательными состояниями», речь идет об одних из ключевых признаков, которые отличают живое от неживого. Камню не присущи субъективные свойства, но восприятие – это прежде всего интерпретация, поэтому оно формирует субъективные свойства объекта. Например, присваивая тот или иной цвет. Это кажется довольно очевидным для нас при взгляде от первого лица, но смещая перспективу в сторону объективной науки, мы оказываемся в некотором затруднении. Мы можем говорить о состоянии мозга, которое, в свою очередь, может быть сведено к вспышкам активности нейронов и колебаниям концентраций химических веществ, но трудно понять, как этот нейробиологический водоворот связан с особенностями сознания, столь очевидными для нас в собственном повседневном опыте: кусочек шоколада медленно тает во рту, солнечный свет греет и заставляет щуриться, музыка навевает воспоминания. Цель путешествия, которое мы собираемся совершить в этой книге, – понять, какие процессы протекают в биологическом мозге, когда мы наслаждаемся едой, чувствуем опьянение после пары бокалов вина, мечтаем, гуляем на открытом воздухе или сидим целый день в офисе.
На протяжении дня различные факторы приводят к огромному разнообразию состояний мозга, обусловленных, по большому счету, лишь тем, что та или иная группа нейронов проявляет согласованную активность лишь на долю секунды. Это важные мозговые процессы, которые, тем не менее, все еще недостаточно изучены. Такие крупномасштабные вспышки активности, сопоставимые с тем или иным субъективным опытом, представляют собой своего рода Розеттский камень. На этой знаменитой реликвии выгравированы три идентичных по смыслу текста: два на древнеегипетском языке и один на древнегреческом. Древнегреческий был хорошо известен лингвистам, и сопоставление трех текстов послужило отправной точкой для расшифровки египетских иероглифов. Сопоставляя события в мозге с различными аспектами сознания, мы сможем переводить язык субъективного личного опыта на язык объективной нейронауки, и наоборот.
Предположение, что субъективность является основной чертой сознания, научное сообщество сочло немного неприятным и долгое время предпочитало игнорировать, поскольку эмпирический метод безжалостно объективен и беспристрастен. Поэтому неудивительно, что многих традиционалистов призрак «ненаучности» заставляет прекратить дальнейшее изучение предмета. Прилагательное «научный» – это универсальная приправа ко всем типам терминов. Достаточно сказать, что ученые обычно сообщают только о тех результатах, которые однозначно объективны и достоверны, то есть другой исследователь, произведя те же манипуляции, гарантированно сможет получить те же результаты. Но именно поэтому нормальный механизм научного метода настолько сложен, когда мы имеем дело с сознанием, ведь потенциальный исследователь действительно должен признать авантюрную черту субъективности. Даже те нейробиологи, которые осмеливаются работать в этой области (приятно, что их становится все больше), склонны игнорировать разнообразие индивидуальных субъективных состояний: вместо этого они фокусируются на принципах функционирования мозга, с которыми мы уже знакомы, а также на тех процессах, которые удобно регистрировать.
Лабиринты терминологии
Однако прежде чем снять лабораторный халат с вешалки, мы столкнемся с проблемой терминологии. С чем конкретно мы будем иметь дело? На первый взгляд очевидные синонимы – «бодрствование» и «осознанность» – на деле оказываются бесполезными; к тому же они подчеркивают скорее пассивность по отношению к внешнему миру, а не квинтэссенцию понимания индивидуального опыта. Очевидные трудности возникают, когда мы пытаемся применить привычную нам стратегию классификации вещей и явлений. Например, вы могли бы сказать: «Полет – это когда бросаешь вызов гравитации». Но разве сознание – это что-то сопряженное с действием? Вам вовсе не обязательно делать что-либо вообще: можно просто лежать спокойно в тишине и с закрытыми глазами. Альтернативный вариант – ссылаться на более высокую или широкую категорию. Например: стол – это предмет мебели; любовь – это эмоция; сознание – это… Какая из этих категорий более высокая или широкая? Мы пока не знаем ответа.
Поскольку нельзя дать четкое определение сознания, нам необходимо хотя бы распутать клубок других важных терминов, которые иногда могут подменяться синонимами, хотя на самом деле имеют свой собственный особый смысл. Например, подсознание – центральное понятие для отца психоанализа Зигмунда Фрейда – подразумевает, что в мозге возникают сценарии, о которых вам неизвестно, даже если вы бодрствуете и мыслите ясно. Подсознание может быть необходимым, но не достаточным компонентом сознательного состояния, в отличие от бессознательного – его полного отключения в глубоком сне или коме. Самосознание в повседневном смысле – это осознание того, что вы отличаетесь от всех остальных, и оно должно в чем-то противопоставляться общему понятию сознания – иначе зачем нужны два термина? Задумайтесь на мгновение о том, что каждый любящий хозяин считает своего питомца абсолютно и неопровержимо сознательным. Кажется не очень правдоподобным предположение, что домашнее животное полностью осведомлено о своей кошачьей или собачьей роли; и даже младенцы не знают, кто они, где находятся и что происходит вокруг, но мы предполагаем, что они могут обладать сознанием.
Всем известно, что алкоголь, музыка и другие атрибуты веселья избавляют нас от застенчивости, мы ведем себя раскованно и легко отпускаем мысли. Однако умение погружаться в себя, увлеченность, смущение и порой возникающая скованность, хотя это, на первый взгляд, очень далеко от сути основной проблемы, – все перечисленное дает основание считать нас разумными. Виляющая хвостом собака, мурлыкающий кот и заливисто смеющийся ребенок испытывают какой-то субъективный опыт, но они не застенчивы и никогда не испытывают чувства скованности, хотя у них есть намерения и цели. Они ведут себя так, будто обладают сознанием, и мы взаимодействуем с ними, подразумевая их сознательность. Главная проблема, которую нам нужно решить прежде всего, – это чистая субъективность ощущения. Важным шагом к решению было бы выделение некоего базового внутреннего состояния.
Но, пожалуй, наиболее распространенным заблуждением является то, что термин «сознание» используется наравне с «рассудком» и оба считаются взаимозаменяемыми. В хорошем рабочем состоянии этот «рассудок» сопряжен с чем-то очень личным, поэтому мы используем выражения вроде «в своем уме», «на мой взгляд» или «я передумал». Но ведь когда вы погружаетесь в бессознательное состояние, скажем в сон, или оказываетесь под воздействием анестезии, нельзя сказать, что вы «сошли с ума». И так же, как в подобных ситуациях этот «ум», по-видимому, остается при вас, может иметь место и обратное: в моменты бурного веселья вы рискуете потерять рассудок, не теряя сознания. Это сценарий, в котором рассудок вас покидает, но вы все же обладаете сознанием, зачастую «экстатически» (этот термин происходит от греческого «пребывание вне себя»). Однако даже испытывая крайние проявления эмоций, вы все равно находитесь в субъективном сознательном состоянии. Итак, рассудок должен представлять собой нечто, доступное вам постоянно, в отличие от того, к чему нет необходимости иметь свободный доступ. Рассудок можно рассматривать как нечто, независимое от сознания, но в то же время он должен отражать некоторые личностные особенности, которые делают вас уникальным человеком, и которые, в свою очередь, будут оказывать влияние на ваше сознание.
Итак, мы разобрали сходства и различия нескольких основных терминов, но все еще не можем понять неуловимую сущность первичного сознания. Пожалуй, на данном этапе лучше избрать прагматичный путь и сказать: «Послушайте, всем известно, что мы подразумеваем подсознанием". Это то, что покидает нас, когда мы засыпаем, это то, что отключается, когда мы подвергаемся анестезии. Это тот опыт, который у нас есть здесь и сейчас: внутреннее субъективное состояние, которое никто другой не может с нами непосредственно разделить». Поэтому у нас есть выбор: либо отказаться от дальнейших рассуждений, потому что мы не способны дать формальное определение, или же идти дальше с тем, что есть. Если мы примем практическую позицию, вероятно, рано или поздно нам удастся понять, как все происходит, как этот таинственный процесс субъективного восприятия разворачивается в биологическом мозге. Это можно сделать двумя способами. Прежде всего, мы могли бы начать с рассмотрения биологического мозга и попытаться вывести некую теорию или модель сознания на основе множества наблюдаемых физиологических процессов. Однако имеет смысл подойти к вопросу и с другого конца: сначала разработать теорию или модель сознания и, впоследствии, найти механизмы, осуществляющие этот сценарий в реальном мозге. Давайте опробуем каждую стратегию по очереди: сначала от практики к теории, затем – от теории к практике.
От практики к теории
Если отправная точка нашего исследования – биологический мозг, важнейшая задача состоит в том, чтобы выяснить, как сознание могло возникнуть в этой неприглядной субстанции из разнообразных молекул и клеток, испускающих электрические импульсы. Иными словами, нам нужно определить, что является нейрональным коррелятом сознания (NCC), то есть чем-то уникальным и в то же время универсальным, точно соответствующим прямому субъективному опыту. Варианты, которые нам придется рассматривать, невероятно разнообразны – от крупных областей мозга и нейронных цепей до отдельных клеток и крошечных элементов внутри них. Однако здесь работает общий принцип: фокусировка на определенной функции мозга, которая по какой-то причине была выделена на фоне других. За этим следуют попытки связать ее с сознанием, и здесь важно строгое следование лабораторным или клиническим протоколам (об этом мы еще поговорим немного позже).
Многие выдающиеся ученые пытались разрешить загадку сознания, используя эту стратегию. Пожалуй, самым заметным из них был Фрэнсис Крик, который известен в первую очередь тем, что расшифровал код двойной спирали ДНК в 1953 году. Однако несколько десятилетий спустя он обратил свое внимание на биологию сознания. Целью Крика было понять, что происходит в мозге, когда вы что-то видите и отдаете себе в этом отчет, и как будет отличаться картина, если увиденное не воспринимается сознанием. Разработанная им концепция состояла в том, что в ходе осуществления этих двух сценариев должны быть различия в мозговых процессах. Если человек действительно понимает, что он видит, то, в соответствии с элементарной логикой, любой новый процесс, который мы наблюдаем в его мозге, может оказаться физическим коррелятом сознания. Крик сосредоточился конкретно на визуальных переживаниях не случайно, и не в последнюю очередь потому, что с ними легко проводить манипуляции… до тех пор, пока человек не закрывает глаза.
Когда вся многогранность человеческого сознания сводится к самым базовым элементам, становится ясно: сосредоточив внимание только на одном из пяти чувств (в данном случае на зрительном восприятии), Фрэнсис Крик и его коллега Кристоф Кох могли работать с простыми закономерностями. Их идея заключалась в том, чтобы продемонстрировать ключевой мозговой механизм сознания как «минимальный набор событий, который порождает специфический аспект сознательного восприятия». Другими словами, цель заключалась в том, чтобы определить минимальный набор мозговых процессов, которые могли бы напрямую отражать сознательный опыт.[4]
Было отмечено, что зрительная стимуляция вызывает паттерны активности в группе нейронов, «связанных с объектом или событием», специфически детерминированной для каждого зрительного образа. И здесь сразу возникает вопрос: как может предварительно определенный набор клеток мозга отражать мимолетные моменты сознания? Крик и Кох дают такой ответ на этот вопрос: «Чтобы достичь сознания, нейронная активность должна пересечь некий порог». Но реальная проблема заключается в том, что пороговая нейронная активность не может быть заранее точно определена, и значит, жестко структурированная сеть клеток могла бы демонстрировать что-то новое только одним способом – повышая свою активность, генерируя больше электрических импульсов (потенциалов действия). Но в таком случае репертуар возможностей мозга для формирования сознания будет строго ограничиваться простым увеличением активности нейронов. Но как такого рода количественное изменение может перейти в качественное? Что представляет собой этот Рубикон? У нас нет никаких указаний на то, каким должен быть «порог» и каким образом количественное изменение в коллективной активности может оказаться настолько исключительным, чтобы вызвать качественно иное психическое состояние.
Но мы могли бы намного лучше понять механизмы сознания, досконально изучив чистое, ничем не искаженное восприятие сигналов от одного органа чувств, не так ли? В очень идеализированном экспериментальном сценарии мы можем допустить, что испытуемый смог на короткий промежуток времени сконцентрировать свое внимание на чисто визуальном стимуле, но даже тогда он все равно слышал бы голос экспериментатора, ощущал твердость поверхности стула, на котором он сидит, и, возможно, чувствовал бы легкий запах кожи или полированной древесины. Другими словами, испытуемый в любом случае будет иметь мультисенсорный целостный опыт, который неразделим на пять различных типов сознания, соответствующих каждому из пяти чувств.
Более того, Крик и Кох старались подчеркнуть, что, пытаясь добраться до истоков сознания, они будут брать в расчет некоторые из более сложных аспектов, таких как эмоции и самосознание. Ведь нельзя игнорировать предположение, что наши чувства и эмоции вполне могут быть определяющей квинтэссенцией сознания в его самой базовой форме, как это, вероятно, демонстрируют мурлыкающий кот или лепечущий ребенок. В попытке разложить сознание на базовые элементы мы неизбежно приходим к чистой эмоции, которая является целостным состоянием мозга: грусть, страх, радость – вот что мы видим, а не только лишь визуальный смысл, свободный и независимый от всего остального.
Теперь оставим наши размышления в стороне и вернемся к сценариям, в одном из которых ваше внимание сконцентрировано на зрительном образе, а в другом – нет. Теперь идея состоит в том, чтобы исследовать конкретные состояния сознания пациентов с повреждением головного мозга, а именно то, как они реагируют на раздражители, представленные им в различных условиях. Сопоставляя специфический вид нарушения с отклонениями результатов от нормы, ученые могут заключить, какие области мозга теснее всего связаны с сознанием.
Мозг устроен таким образом, что если зрительная информация предъявляется слева (в левое поле зрения), то она поступает в правое полушарие, если же она предъявляется справа (в правое поле зрения), то попадает в левое полушарие. Разумеется, в норме информация, в какое бы полушарие она ни поступила, немедленно передается по мозолистому телу в противоположное полушарие. Но что происходит, когда мозолистое тело рассечено? Пациенты с повреждением волокон, которые соединяют два полушария, демонстрируют удивительные результаты. Когда исследователь показывает, скажем, яблоко, помещая объект в левое поле зрения пациента (в область «компетенции» правого полушария), пациент не может сказать, что он видит. Это связано с тем, что у большинства людей речевая функция во многом связана с деятельностью левого полушария, поэтому, несмотря на возможность увидеть яблоко, пациент не может сформулировать, что это такое. Когда яблоко расположено в правом поле зрения того же пациента, изображение проецируется в левое полушарие, и пациент на этот раз может сообщить, что видит яблоко.[5]
Другая группа пациентов, которая приковала к себе внимание нейробиологов, – это люди, у которых слепое пятно распространяется практически на все поле зрения так, что они совсем перестают видеть.[6] Поразительно то, что результаты МРТ, тем не менее, показывают, что мозг зарегистрировал и обработал объекты, находившиеся в поле зрения. Пациенты, страдающие от этого состояния, зачастую могут поймать мяч, брошенный им, несмотря на то, что сознательно не могут видеть ни мяч, ни человека, бросающего его, – движения осуществляются ими как будто автоматически.
Но тут есть одно «но»: работая с пациентами, имеющими нарушения в функционировании мозга, мы можем получить представление об особенностях сознания, характерных для конкретного случая – о качестве или содержании, – но это ничего не говорит нам о том, как это сознание возникает. К тому же пациент находится в сознании на протяжении всего эксперимента.
Опять же, можно работать со здоровыми субъектами, на этот раз просто наблюдая за динамическими изменениями в сознании. Некоторые исследователи даже рассматривали сознание как синоним внимания,[7] но это не одно и то же. Например, вы можете проявлять внимание без участия сознания.[8] Когда на мониторе кратковременно и неожиданно вспыхивает изображение, человек способен сформулировать его содержание, даже если времени на разглядывание было недостаточно:[9] за короткий промежуток времени в тридцать тысячных секунды можно уловить «суть» сцены без осознания конкретных деталей. Так же возможно осознание без внимания: даже будучи сосредоточенным на другой задаче, человек различит особенности периферийной сцены: например, изображение животного или транспортного средства,[10] мужского или женского лица.[11]
Эти находки удивительны и подогревают наш интерес, но они все еще не могут пролить свет на основную проблему: понимание таинственной трансформации бессознательного состояния в сознательное, дающее этот дразнящий субъективный внутренний опыт. Разумеется, драма заключается в том, что пациенты с нарушениями связи между полушариями и слепотой (или здоровые добровольцы, у которых экспериментально воспроизведены эти нарушения) постоянно пребывают в сознании: ключевое, основное явление, которое мы хотим исследовать, остается насмешливо постоянным. Важно помнить, что непереходный глагол «быть в сознании» не является взаимозаменяемым с его транзитивным аналогом «осознавать что-то».
Например, только во время «сознательных» визуальных переживаний более поздние этапы обработки зрительной информации выявляются при сканировании мозга. Но что нам на самом деле дает знание, что определенные области мозга совпадают с определенным сознательным опытом? В конце концов, корреляция может быть причиной, следствием, а может не быть ни тем ни другим. Фактическая связь между активной областью мозга и субъективным опытом не очевидна, и мы все еще очень далеки от ее понимания.
Мозг разных млекопитающих отличается по размеру, форме и внешнему виду, но тем не менее состоит из определенных участков, которые легко различимы невооруженным глазом. Так может ли один из этих участков мозга квалифицироваться как «центр» сознания? Не правда ли, кажется замечательной идея, будто мозг состоит из автономных «центров» той или иной функции? Ведь тогда было бы намного проще понимать принципы работы мозга. Именно по этой причине в начале девятнадцатого века набирала популярность «наука» френология (от греч. «изучение ума»). Белые фарфоровые головы, исчерченные линиями сточными с каллиграфическими надписями, такими как «любовь к отечеству» и «любовь к детям», демонстрировали участки мозга, в которых были якобы «заключены» эти качества.
В настоящее время нейробиологи понимают, что это обольстительно упрощенная концепция и что на самом деле нет такой вещи, как «центр» для любой психической функции, не говоря уже о сознании. Есть две веские причины отказаться от такого понятия. Первая: просто не имеет смысла говорить, что мозг состоит из независимых мини-мозгов. В детстве я читала комикс «Олухи» («Numskulls»)[12] про маленьких человечков, которые живут внутри мужской головы. У каждого была своя работа. Например, был отдел очистки носа, а также штаб, откуда менеджер Олух звонил своим подчиненным. Мозг разделялся на комнаты, двери между ними открывались и закрывались. В определенном смысле это довольно грубая карикатура на то, как некоторые люди, говоря о «центрах» в мозге, могут непреднамеренно подстраивать под эту концепцию и сознание. Если мы будем следовать этой стратегии, наша основная проблема никогда не решится.
В любом случае, более полувека исследований показали нам, что мозг работает не так. Возьмите зрение: есть по меньшей мере тридцать различных областей мозга, которые задействованы в процессе восприятия и обработки зрительной информации. Это немного похоже на инструменты в оркестре или рецепт блюда сочень сложными ингредиентами. Каждая область мозга действительно играет свою специфическую роль, но каждая вносит вклад в целое. И результат – нечто большее, чем сумма частей, и здесь заключен сакральный момент сознательного опыта.
Тем не менее существует стойкое убеждение, что сознание должно быть каким-то образом связано с корой, внешним слоем мозга, поскольку эта область в процессе эволюции возникла позднее остальных и степень ее развития коррелирует с умственными способностями животного. Более того, кажется, что простой дезактивации коры достаточно, чтобы обеспечить потерю сознания. Мы могли бы просто сказать, что для сознания требуется полноценная кора, которая взаимодействует с остальными частями мозга. Но на практике мы знаем, что необходимым условием является нормальная работа всего мозга. Так что идея слишком расплывчата, чтобы быть полезной.
Еще одна причина не помещать все яйца в кортексную корзину связана с исследованиями, произведенными почти семь десятилетий назад. Канадский нейрохирург-новатор Уайлдер Пенфилд предположил, что кортекс может быть не таким уж важным для сознательного опыта. Это еретическое предположение было основано на отсутствии нарушений в непрерывности сознания 750 бодрствующих пациентов, подвергавшихся хирургическим процедурам, связанным с удалением частей коры.[13] Кроме того, совсем недавно идея, что кора не играет решающей роли в сознании, была подкреплена исследованием врожденного состояния, известного как анэнцефалия/гидроанэнцефалия, при котором значительная часть головного мозга, включая кору, отсутствует. Дети, появившиеся на свет с этой патологией, тем не менее проявляют признаки бодрствования и сознания, оцениваемые стандартными неврологическими методами.[14] Наконец, в совершенно неповрежденной коре потеря сознания может возникать при абсансных припадках. Иными словами, кора не может быть вместилищем сознания.
Существенная ошибка в любом проекте, направленном на поиск локализации сознания в определенных областях мозга, становится очевидна, когда вы видите результаты сканирования мозга, иллюстрирующие эффекты анестезии. Анализируя их, можно заключить, что множество регионов вовлечено в формирование индивидуального опыта в каждый момент времени. Представьте, что на самом деле есть только один обособленный центр сознания: будь это так, вы бы точно знали, что, подвергая пациента анестезии и тем самым «отнимая» сознание, вы отключаете единственную особую область, и, несомненно, это должно быть отражено на снимках, полученных при сканировании. На деле это не так: исследования демонстрируют отсутствие единого региона в мозге, который бы отключался под воздействием анестезии. Вместо этого мы видим изменение активности по всем направлениям.[15]
