Текст книги "Мозг. Инструкция пользователя"

Марко Магрини
Мозг. Инструкция пользователя

© Соколова М., перевод на русский язык, 2019

© ООО «Издательство АСТ», 2019

О книге Марко Магрини «Мозг. Руководство пользователя»

Мир вокруг нас стремительно меняется во многих отношениях. В этом движении едва ли не опережающими темпами меняются предпочтения читателей: все больше интереса к природе самого человека, к ресурсам его психических функций, к загадкам необычных способностей и всевозможным методам развития этих способностей, к тайнам строения и механизмов мозга, наконец, к возможностям его футуристических апгрейтов. Однако мало кто задумывается, что мозг человека, так же как и сердце, и желудок, требует бережного к нему отношения: необходимо, чтобы под рукой всегда были «инструкции», как им пользоваться и как «починить» в случае чего. Книга замечательного научного журналиста Марко Магрини «Мозг. Руководство пользователя» как раз об этом. Анатомически мозг человека очень хорошо изучен, уже многократно порезан на тончайшие слои и просвечен рентгеновскими лучами, до клеток и молекул, рассмотрен в магнитно-резонансных и позитронно-эмиссионных томографах, измерен в электрических и магнитных полях изнутри и снаружи. И все это богатство новейших профессиональных знаний автор просто и очень доступно изложил в первых главах своей книги. Понятно, что как бы хорошо ни было описано некое электронное устройство, каким бы образным языком автор ни рассказывал о транзисторах, о схемах их объединения в чипы, а потом и в целые функциональные агрегаты, – понять, что это, к примеру, всего лишь блок управления стиральной машиной, было бы невозможно, если не посмотреть его в действии. Мозг в действии – это следующие несколько глав книги. Здесь не только про управление руками и ногами и про органы чувств – здесь вся палитра психической активности мозга: от памяти и мышления до принятия решений и сознания, от элементарных эмоций и аффектов до эстетических чувств. Рассказано даже о свободе воли, о любви и счастье. Может, в этом месте мы не все согласимся с таким авторским пассажем: «Любовь живет вовсе не в сердце. Она обитает в мозгу, в особом нежном участке лимбической системы. Это, конечно, не значит, что нужно всерьез запретить все песни и стихи о сердце, полном любви, однако наше время открыло суровую реальность: любовь – это не что иное, как деятельность нейронов». И далее автор вконец разрушает наши детские представления о спящих красавицах и прекрасных принцах, переводя их романтические отношения в какие-то перетасовки между нейронами, погруженными в коктейли из гормонов и медиаторов. Но в конечном итоге Марко Магрини все-таки проговаривается об истинном положении дел: «Так называемая романтическая любовь – счастливый дар, отклонение, характерное для цивилизации sapiens». Это, оказывается, и есть лейтмотив всей книги: мы с вами и наш мозг – счастливый дар. И уже в исследовании мозговых «механизмов» счастья автор приходит к удивительному выводу: «Хоть нам и кажется порой, что все пропало, но поверьте, всегда найдется тот, кому значительно хуже, чем нам; одна эта мысль запросто может запустить выработку дофамина». Оказывается, при всем уважении к нейрофизиологам с их нейронными разработками, все обстоит совсем наоборот: игрой нейронов и медиаторов управляют… мыслительные конструкции, наши психические образы, наши мечты и чувства. Это признак очень хорошей научно-популярной литературы, когда автор не навязывает читателю ученые премудрости, но умело стимулирует читателя к творческим трактовкам академически верифицированных фактов. К тем самым творческим актам, которые, по словам автора, «скоро поменяются ролями с глобальной экономической конкуренции, и станут движителем прогресса, поскольку новизна идей начинает играть более важную роль, чем стоимость товара». Этот дискурс про творческое начало в деятельности мозга человека автор продолжает в заключительных главах про «версии будущего» и искусственный разум. Его совершенно не впечатляют достижения современных версий искусственного интеллекта, запросто обыгрывающего великих шахматистов и титулованных игроков в го и в Jeopardy. «Выход на сцену искусственного интеллекта произойдет неизбежно и принесет новые проблемы и новые успехи, и это событие обещает новую волну технологического прогресса…» – пишет Марко Магрини. Но в отличие от систем искусственного интеллекта «… в любом новом изобретении человека есть частичка божества». Автор оставляет нас с мыслью об этой «частичке божества», которая всегда будет отличать интеллект человека от любых искусственных конструкций, как бы много они ни запоминали и как бы быстро ни считали.

Александр Каплан,

доктор биологических наук, заведующий лабораторией нейрофизиологии и нейроинтерфейсов на биологическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова, автор научно-популярной книги «Тайны мозга»

Вместо вступления

Спасибо большое, дорогой читатель, что вы приобрели эту книгу, написанную специально для вас. Прошу вас прочесть ее внимательно, и по возможности всегда держите ее под рукой, на тот случай, когда вам потребуется найти ответ на ваш вопрос.

Наш мозг служит нам безупречно, и это поразительно. Он обеспечивает одновременную работу органов чувств, через которые в него поступает информация об окружающей среде, нервной системы, отвечающей за двигательные способности, в нем безостановочно кипит работа сознания, от которой зависит понимание ситуации и принятие решений. А еще мы пользуемся всем этим в течение достаточно долгих лет!

Знаменитый изобретатель Томас Эдисон однажды заявил, что «наше тело служит в основном носителем для мозга». Этой странной фразой он хотел сказать, что мы суть наш мозг.

В мире издаются миллионы учебных пособий. На сайте www.manualsonline.com их 700 тысяч, и многие из них посвящены машинам самого разного предназначения – от фритюрницы до газонокосилки, от электрической зубной щетки до автоматической гаражной двери. Однако в этом море разнообразной технической информации не найти материалов о самой совершенной машине в мире, которой к тому же обладает каждый человек. Мозг и в самом деле является машиной, по крайней мере в том смысле, что он непрерывно совершает множество расчетов, расшифровывая одномоментно огромный объем информации, поступающей от параллельно действующих сенсорных устройств, из коих самым сложным, пожалуй, является наше зрение. Работу мозга можно описать с помощью набора алгоритмов – как если бы наш разум пропускал полученную информацию через специальную программу, установленную на оборудовании, спрятанном в нашей голове.

Конечно, мозг не является машиной в буквальном смысле слова. В нем нет ни программного обеспечения, ни оборудования. Некоторые специалисты называют его wetware – «влажное оборудование» (по аналогии с английским названием software, обозначающим программное обеспечение), подчеркивая тем самым его биологическое, природное происхождение. Мозг является самым восхитительным – и самым загадочным – продуктом эволюции. Восхитительным, поскольку ничто другое во Вселенной не может сравниться с ним по степени сложности. Несмотря на то что он состоит из тех же атомов периодической таблицы Менделеева, что и звезды, он способен на поразительные вещи: мыслить, говорить и действовать. И тем самым участвовать в создании собственного мира.

И он загадочен, поскольку наука – его собственное создание – не может сказать, что знает о нем достаточно. Да какой там достаточно – почти ничего не знает!

Ученые не только не знают толком, как мозг функционирует, но и не могут прийти к согласию, что вообще можно считать реальностью. Вообразите, что определение сознания, самого главного свойства мозга, потребовало столетий яростных дискуссий, так и не приведших к единому мнению. И спорят о мозге не только философы и теологи.

В качестве примера можно также привести отсутствие единого мнения по проблеме знакомого всем людям временного отключения сознания, именуемого сном: существует не менее двух десятков различных теорий, почему мозгу нужно периодически засыпать (при этом продолжая работу). Если на то пошло, нет и общей теории нарушений сна и вызванных ими недугов типа депрессии. Да и о самой депрессии единой научной теории не существует. И так до бесконечности.

Но тем не менее современная наука знает о мозге уже довольно много. Древние философы спорили, где находится разум – в голове или в сердце, и некоторые авторитеты, например Аристотель, склонялись ко второму вместилищу. Сегодня же мы знаем, что мозг является центром контроля нервной системы всех представителей позвоночных и значительной части беспозвоночных. Мы знаем, как мозг эволюционировал и из чего состоит, знаем, что в каждой его клетке хранится генетический код, и можем его прочесть. У нас есть специальные технологии типа МРТ (магнитно-резонансная томография) и МЭГ (магнитоэнцефалография), которые позволяют наблюдать когнитивные функции в действии. Можно сказать, что мы на бешеной скорости продвигаемся по пути познания систем функционирования мозга.

Инструкцию по пользованию холодильником составляет специалист по холодильникам. Наш мозг является продуктом эволюции, которой потребовались миллионы лет на его создание, и только он сам может подобрать ключи к самому себе, и на их поиск ушли труды многих поколений ученых, искавших разгадку этой тайны. Эволюция жизни на Земле создала условия для эволюции разума, который неизбежно пытается познать сам себя.

Труд, который содержал бы все, что мы знаем или полагаем, что знаем о мозге, был бы монументальным томом, доступным только специалистам по высшей нервной деятельности. Настоящее сочинение предназначено, наоборот, для самых обычных читателей, у которых, как и у всех, тоже есть мозг. Эта книга представляет собой сборник простых объяснений одной из самых сложных вещей на свете, и они, эти объяснения, смогут, я надеюсь, принести пользу вам в вашей повседневной жизни.

«Если бы человеческий мозг был так прост, что мы могли бы его понять, мы были бы так просты, что не смогли бы его понять». Этот знаменитый афоризм столь знаменит, что его приписывают по крайней мере трем разным авторам[1]1
  Цитату Джордж Эдгин Пью в своей книге «The biological origin of human values» («Биологическое происхождение человеческих ценностей») приписал своему отцу Эммерсону Л. Пью. Некоторые считают ее фразой из книги Ларри Чанга «Wisdom for the soul» («Мудрость для души»). Числится среди потенциальных авторов и математик Иэн Стюарт.


[Закрыть].

В конце концов человечеству удастся прийти к разгадке тайны мозга, мы в этом уверены. Это вопрос времени. Не завтра, но через двадцать, сто или двести лет представители вида Homo sapiens смогут понять, как устроен их собственный мозг. Однако только на формулирование вопросов у нас ушло несколько сотен веков – с момента появления нашего вида в результате эволюции.

Настоящее руководство не заглядывает ни в историю блужданий в потемках невежества, ни в отдаленное, плохо предсказуемое будущее научного знания. Мы рассмотрим, с чем мы имеем дело сегодня в области знаний о человеческом мозге. На самом деле знаний этих намного больше, чем вы можете себе представить.

Возможности современных технологий, а также поразительные открытия в области нейробиологии, сделанные за последние двадцать лет, ежечасно подтверждают гениальное предвидение Сантьяго Рамон-и-Кахаля, одного из отцов-основателей современной нейрофизиологии. Еще в 1897 году он написал: «Каждое человеческое существо, при определенной склонности к познанию, может стать исследователем собственного мозга». Нам повезло, что его мозг, как в общем-то и мозг любого другого человека, умел задаваться вопросами «как?» и «почему?».

1. Какими мы видим самих себя

Каждую секунду, и в том числе когда вы читаете эти строки, в нервной системе человека происходят миллионы химических реакций, которые мы не ощущаем. Эти процессы служат мозгу языком, на котором он общается с нашим организмом: получает информацию, обрабатывает и передает команды.

Ученые прошлого действительно полагали, что мозг является механизмом. Рене Декарт сравнивал его с гидравлическим насосом, Зигмунд Фрейд – с паровой машиной, а Алан Тьюринг – с компьютером, – каждый мыслитель выдвигал идею в соответствии с техническими достижениями своего времени. Естественно, что Тьюринг подошел ближе всех к современным взглядам на мозг. Конечно, в прямом смысле слова мозг компьютером не является, однако у них довольно много общего. Оба «устройства» передают информацию с помощью электрических импульсов.

В компьютере информация зашифрована с помощью двоичного цифрового кода (сочетание единиц и нулей), а способ передачи информации в мозге можно назвать аналоговым (колебания электрического потенциала в диапазоне нескольких милливольт). Это чрезвычайно сложный процесс: когда объем поступающей информации вдруг превышает некий уровень, нейрон в буквальном смысле «выстреливает» электрическим зарядом в соединенный с ним соседний нейрон. Но до тех пор, пока уровень не будет превышен, не произойдет ничего. Во многом это похоже на действие двоичного цифрового кода: да – ток включен, нет – выключен [см. «Синапсы», стр. 33].

Оба процесса в принципе можно выразить с помощью вычислений, однако компьютер действует последовательно, в единицу времени он производит лишь одну из прописанных в программе операций. А вот мозг умудряется выполнять операции параллельно, делая одновременно множество самых разных расчетов и оценок [см. «Чувства», стр. 115]. Но будущее уже на пороге – микропроцессоры, предназначенные для графических приложений (так называемые ГПУ, графическое процессорное устройство, специальный микрочип), используют технологию параллельных вычислений.

Обоим этим устройствам, что мозгу, что компьютеру, требуется питание. Компьютер потребляет пищу в виде электронов, а мозг – в виде молекул кислорода и глюкозы [см. «Питание», стр. 101]. Оба обладают памятью – первый использует кремниевые полупроводниковые пластины, второму же достаточно несколько раз повторить синаптическое соединение. Человеческая память строится на обучении, упражнении и повторении [см. «Память», стр. 83].

Оба устройства менялись с течением времени, но совсем по-разному: развитие вычислительной техники носит экспоненциальный характер – количество операций, производимых в единицу времени, удваивается каждые два года; мозгу же Homo sapiens понадобилось не менее 500 миллионов лет, чтобы превратиться из достаточно примитивного органа первых позвоночных в то, что находится сегодня в нашей голове. Скорость, с которой происходят изменения, совершенно иная – за последние 50 тысяч лет человеческий мозг практически не изменился, и сегодня в голове у Homo sapiens функционирует та же «модель», что и у предков [см. «Топография», стр. 53].

На протяжении долгих веков ученые считали, что человеческий мозг практически не изменяется, за исключением периода детства, когда люди учатся ходить и говорить. Они полагали, что мозг не поддается лечению и восстановлению после травм и повреждений, а отстающий в учебе ребенок является навеки заложником ограниченных когнитивных способностей. Эти убеждения создавали почву для всевозможных видов социального неравенства, бремя которых считалось долгие годы фатальным – низшие слои общества были обречены на дурные привычки и зависимости. До последнего времени считалось, что в восемьдесят лет человек не может иметь такую же память, как в пятьдесят.

Только в 70-х годах XX века исследователи смогли убедиться, что на самом деле все обстоит совершенно по-другому: мозг непрерывно меняется. Именно изменения лежат в основе любой мозговой деятельности. Способность мозга к изменениям, которую ученые назвали «пластичностью мозга» [см. «Пластичность», стр. 87], превзошла все ожидания – мозг оказался весьма схожим с компьютером, процессы которого идут в асинхронном и параллельном режиме. К тому же этот компьютер способен по ходу работы менять собственное программное обеспечение. Это чрезвычайно хитроумное программное обеспечение, записанное с помощью атомов и молекул, связывает в единую сеть около 86 миллиардов нейронов, помещающихся примерно в полутора килограммах мозгового вещества. Каждый нейрон способен не менее 200 раз в секунду передавать сигналы тысячам соседних нейронов – в результате мозг способен совершать примерно 38 миллионов миллиардов операций в секунду! Распространенное заблуждение, что человек использует свой мозг всего на 10 %, является не более чем мифом [см. «Опровержение распространенных мифов», стр. 225].

Самое потрясающее, что наш мозг потребляет на эти процессы не более 13 ватт/час. Ни один компьютер в мире пока не может сравниться с вычислительными способностями человеческого мозга («вычисления» в данном контексте обеспечивают функционирование зрения, слуха, воображения), с его потрясающей энергетической эффективностью. И это только начало.

Почти все клетки человеческого организма находятся в процессе непрерывного рождения, развития, умирания. Все, кроме нервных, – они сопровождают человека всю его жизнь, от рождения до смерти [см. «К концу жизни», стр. 230]. Именно они делают человека человеком. Индивидуальность, способности и таланты, знания и словарный запас, наклонности и вкусы, даже воспоминания о прошлом записаны в личной нейронной карте [см. «Личность», стр. 166]. В мире нет двух людей с одинаковым мозгом, даже мозги близнецов не идентичны.

Поразительно, но это устройство способно, в определенных пределах, починить самое себя. Когда какой-либо его участок оказывается поврежденным в результате несчастного случая, мозг способен перепрограммироваться, перенести самостоятельно функции из раненых областей в здоровые [см. «Зрение», стр. 121]. Иногда перераспределение деятельности может затронуть весьма обширные области мозга (например, в случае утраты зрения области, ответственные за визуальные способности, перераспределяются между другими чувствами), но обычно оно затрагивает небольшие участки, поскольку многие нейроны в течение нашей жизни умирают и не восстанавливаются. При этом живые нервные клетки прекрасно знают, как им нужно реорганизоваться, чтобы последствия гибели нервной ткани не сказались на человеческом существовании фатальным образом [см. «Развитие способностей мозга», стр. 243]. В обычном процессоре поломка транзистора на одной из кремниевых плат может привести к прекращению работы компьютера. В мозге же в случае отказа одного из синапсов, ответственного за обеспечение 150 тысяч миллиардов связей между нейронами, сигнал тревоги не успевает включиться – процессы переключаются спонтанно.

Влияние одного-единственного нейрона на сотни связанных с ним клеток нервной ткани может быть и сильным, и очень слабым, в зависимости от прочности и устойчивости синапса. Согласно правилу, сформулированному канадским ученым Дональдом Хеббом в 1949 году, «Neurons that fire together, wire together» («Нейроны, которые вместе возбуждаются, соединяются вместе»). Нейроны, через которые нервный импульс проходит одновременно, соединяются и усиливают друг друга.

Благодаря этой способности мозг может постепенно преобразовывать отдельные участки: создавать новые синапсы, усиливать способности действующих, удалять нефункционирующие [см. «Первые шаги», стр. 97]. Значительное количество мозговых функций – например, способность к обучению – зависит от постоянного обновления синаптических соединений, от их мощности и устойчивости. В конечном счете, опровергая научные взгляды прошлого, можно утверждать, что к человеческому мозгу неприменимы понятия неизменности и постоянства:

• Мозг постоянно находится в состоянии самосохранения.

• Ребенок, считавшийся «безнадежным двоечником», может внезапно «научиться учиться»; надо просто поощрять его, а не убивать на корню любую инициативу [см. «Обучение», стр. 179].

• С любой вредной привычкой, сколь бы застарелой и милой сердцу она ни была, можно расстаться. Даже сильные зависимости, такие как игромания, могут быть поставлены под контроль и подчинены воле человека [см. «Привычки и зависимости», стр. 212].

• Старушка может сохранить память молодой женщины, если не прекратит учиться и напрягать умственные способности [см. «Учиться, учиться и еще раз учиться», стр. 235].

• А вот длительный стресс, даже если он не приводит к посттравматическому синдрому, вызывает необратимые изменения в мозгу, причем в долгосрочной перспективе [см. «Хронический стресс», стр. 216].

Внимание: эта книга является научно-популярной [см. «Правовая информация», стр. 268]. В случаях мозговых патологий или серьезных нарушений нервной деятельности следует обращаться к специалистам, которые могут оказать необходимую помощь и провести соответствующее лечение [см. «Неполадки», стр. 220].

Если продолжать аналогии с компьютером, люди являются «пользователями» мозга, но «пользователями» привилегированными – с помощью желания, то есть некоего волеизъявления, мы способны изменять, наращивать, настраивать, пусть частично, нашу собственную синаптическую систему [см. «Панель управления», стр. 170]. Нечто, сказанное мимоходом, может изменить жизнь.

Люди ждут контактов с внеземной цивилизацией, воображают инопланетян, превосходящих нас интеллектуально, и при этом имеют под рукой мозг Homo sapiens, по-прежнему остающийся самой необыкновенной, поразительной и фантастической вещью на свете. Он настолько сложно и хитроумно устроен, что его нейроны способны производить мысли и хранить воспоминания. И он абсолютно индивидуален – создан для каждого пользователя персонально. Глубокое изумление охватывает исследователя, внезапно понимающего, что нет в мире ничего, что могло бы сравниться с этим биологическим устройством, способным с невероятной эффективностью производить сложнейшие расчеты. Попробуем же заглянуть в этот удивительный орган.