Текст книги "Мозг. Инструкция пользователя"

4. Основные характеристики

Наш мозг является многофункциональным произведением природы. Три в одном? Пять в одном? О нет, функций, которые он осуществляет, существенно больше. Их так много, что они порой перекрывают и дублируют друг друга, да так, что перечислить все просто невозможно.

Следует подчеркнуть, что наш мозг умеет думать и реагировать, запоминать и забывать, любить и ненавидеть, спать и бодрствовать, понимать и учиться, строить и разрушать и много чего еще. Его сила, по сути, и есть сила рода человеческого.

Тем не менее следует остановиться подробнее на трех или четырех его основных характеристиках, с учетом того, что мозг сам способен переформулировать свои задачи, предсказывать будущее, описывать сам себя и ощущать в полной мере свою ответственность за собственные дела.

Все это и называется интеллектом.

4.1. Предвидение

Пока мы сами живем более или менее в настоящем, наш мозг постоянно старается заглянуть в будущее. Многочисленные неврологические и психологические эксперименты показывают, что у мозга есть базовая функция, которую наши предки, не имевшие специальных технологий типа магнитного резонанса, никогда не смогли бы даже вообразить: предвидение. Короче говоря, мозг постоянно предсказывает собственные ощущения. Он как бы вглядывается в более или менее близкое будущее.

Человек этого не чувствует, однако его мозг постоянно, на каждом шаге предсказывает, что будет, когда нога коснется земли. Бывает, предвидение не сбывается – нога натыкается на кочку или проваливается в ямку; в этом случае мозг включает сигнал тревоги и помогает обрести равновесие.

Если водитель не может предвидеть траекторию своего автомобиля, то ему нечего садиться за руль: он становится слишком опасным на дороге. Точно так же и спорт может стать слишком рискованным занятием, если спортсмен не будет заранее рассчитывать, куда он кидает мяч и где тот упадет. Сегодня плейлисты и стриминг сломали привычный порядок прослушивания музыки, а ведь когда-то фанаты группы Beatles, слушавшие классические альбомы, обнаружили забавный эффект: после прослушивания песни «With a little help from my friends» во время паузы у них в голове, еще до того, как игла дойдет до соответствующего места на пластинке, уже звучали первые ноты следующей песни – «Lucy in the sky with diamonds».

Мозг постоянно погружен в будущее, чтобы сравнивать его с прошлым. Из хаоса получаемых сигналов он выделяет те, что уже соответствуют прошлому опыту, чтобы подготовиться к вероятному, уже вырисовывающемуся будущему. Когда же предвидение обманывает, как в случае ноги, провалившейся в яму, он вновь опирается на опыт прошлого, чтобы решить возникшую проблему.

Наука о мозге тоже не избежала ошибок. Веками люди верили, что мозг реагирует на информацию, поступающую от органов чувств. Теперь же исследователи уверены, что мозг не реагирует, а именно предсказывает. И именно поэтому он всегда активен, в нем безостановочно происходят миллионы химических реакций в секунду. Наш мозг предполагает появление чувств и ощущений, визуальных, слуховых, обонятельных, и всякий раз сравнивает их с прошлым опытом, причем совершенно незаметно для нас. До тех пор, пока не происходит нечто неожиданное, привлекающее внимание. Это похоже на езду на машине по знакомому маршруту, когда все действия совершаются автоматически, пока что-то не выбьет водителя из колеи: красный сигнал светофора в неожиданном месте.

Даже когда мы полны внимания, например, слушая лектора, который рассказывает что-то увлекательное, наш мозг автоматически анализирует звуки, слоги и слова, стараясь предсказать последующие звуки, слоги и слова и даже идеи. Это похоже на просмотр старого фильма, когда мы знаем, какая сцена сейчас последует, или на просмотр фильма, ранее не виденного, но конец которого легко угадать.

Предвидение тесно связано с системой вознаграждения [см. стр. 159], одним из главный неврологических механизмов, влияющих на поведение путем активации циркуляции дофамина [см. стр. 41]. В начале ХХ века Иван Павлов открыл и описал условные рефлексы: он производил один и тот же звук всякий раз, когда кормил собаку, и в результате этот звук стал вызывать непроизвольное выделение слюны у животного. Павлов не знал, что такое поведение обязано своим возникновением притоку дофамина (он был открыт гораздо позже, в 1958 году); однако его эксперименты заложили основу для будущего исследования когнитивных функций.

Эксперименты с обезьянами показали, что, освоив механизм получения еды (например, путем нажатия клавиши несколько раз), приматы получают впрыск дофамина, который создает в мозгу ощущение удовольствия. Позднее, однако, уровень дофамина не возрастает ни при появлении пищи, ни при нажатии клавиши. То есть уровень дофамина повышается лишь единожды – когда примат, гордый, обнаруживает способ наполнить желудок и готовится нажать клавишу. В этой ситуации действует тот же самый упреждающий механизм; то есть система вознаграждения действует еще до того, как будет получен окончательный результат, вопреки общепринятой логике.

Получается, что главным движителем любой мотивации является нейрональное предвидение, проекция мозга в будущее. Дофамин разливается в мозгу, для того чтобы побудить нас действовать, а не наградить постфактум.

Интересный факт: когда биологи начали поощрять обезьян не каждый раз, а через раз, с вероятностью 50 %, уровень дофамина не снизился, он, наоборот, удвоился. То есть, если обезьяной двигал интерес при получении результата, система вознаграждения увеличивала ощущение удовольствия и благополучия, спровоцированное притоком дофамина. Возможно, именно это несоответствие делает столь соблазнительными рулетку или всевозможные лотереи, иногда доводя людей до полной зависимости [см. стр. 212].

С другой точки зрения можно предположить, что мозг так помешан на будущем, потому что это единственный способ хоть как-то повлиять на непредсказуемость и неопределенность жизни; и эта его особенность заложена эволюцией. Огромный объем информации, из внешних и внутренних источников [см. стр. 115], обрабатываемый мозгом в единицу времени, просто не может быть ясным и однозначным, и это определяет постоянный поиск ответа на вопрос, что будет. Точность предвидения ближайшего будущего, таким образом, требует огромного объема обобщений и вычислений.

Байесовский вывод, названный так в честь священника и математика XVIII века Томаса Байеса, основан на теореме математической статистики, определяющей вероятность события в зависимости от вероятности поступления информации о нем (вероятность А при условии В равна вероятности В при условии А, помноженной на вероятность А и поделенной на вероятность В). Методы математической статистики, основанные на байесовском выводе, нашли применение в инженерных науках, медицине и философии. Вычислительная неврология, исследующая функционирование мозга с точки зрения обработки баз данных, рассматривает мозг как байесовское устройство, производящее постоянно информацию об окружающем мире и корректирующее эту информацию на основе непосредственного чувственного восприятия. Эти исследования оказывают весьма важное влияние на развитие искусственного интеллекта [см. стр. 261].

Однако способность мозга к предвидению может быть также ключом к тайнам человеческого интеллекта. Джефф Хокинс, создатель карманных компьютеров 90-х годов Palm Pilot, основал стартап по созданию искусственного интеллекта, основанный на неврологических механизмах. В своей книге «On intelligence» Хокинс определяет интеллект как «способность мозга предвидеть будущее при помощи аналогий, найденных в прошлом». Он в какой-то степени преуменьшает значение этой удивительной способности мозга. «Новые исследования, – пишет Лиза Фельдман Барретт, психолог из Северовосточного университета, – предполагают, что мысли, эмоции, ощущения, воспоминания, решения, классификация, воображение и многие другие явления, исторически считавшиеся самостоятельными ментальными процессами, есть не что иное, как единый механизм предвидения».

Предвидение, мозговая функция, выполняемая совершенно незаметно для носителя мозга, нуждается для правильной работы еще в одном, совершенно необходимом механизме. Для того чтобы сопоставить будущее с прошлым, надо это прошлое помнить, то есть иметь память.

4.2. Память

Мы – те, кого помнит наш мозг. Без памяти мы не могли бы говорить, передвигаться в пространстве, иметь социальные связи и даже быть теми, кто мы есть. Мы лишились бы личности, ведь без наших предков, вписанных в историю человечества, мы никто. Не будь памяти – не существовали бы цивилизации и социальные группы, которые мы знаем; без запоминания языка невозможно сохранить культуру, как в устных преданиях древности, так и в современных книгах и мультимедийных хранилищах.

Наша память, «установленная» в мозге, полностью «совместима с современной системой церебральной машины» [см. стр. 23]. Речь идет, конечно, о типично биологическом и человеческом «оборудовании». В течение долгих лет эволюции память развивалась прежде всего как реакция на страх, чтобы напоминать живому существу об опасности. Позвоночные получили пространственную память, которая улучшила их ориентацию и была полезна и жертвам, и хищникам.

У млекопитающих память обогатилась социальной компонентой, улучшившей отношения между детьми и родителями и повысившей выживаемость. Приматы развили память, связанную с мелкой ручной моторикой, человек добавил себе субъективную память, которая различает все оттенки личности и позволяет жить в обществе [см. стр. 166].

Центрального хранилища информации в голове не существует – данные распределены в сложной и запутанной синаптической сети, о которой мы еще очень мало знаем. Каждый фрагмент воспоминания (слово, вид, чувство) закодирован в области, которая его же и создала (височная или затылочная доля, лимбическая система) и активизируется каждый раз, когда приходит на ум.

Память – тоже не единый процесс, это сумма различных механизмов запоминания, и каждый из них базируется в определенной области мозга. Краткосрочная память и на самом деле коротка, она хранится десятки секунд. Она похожа на запись всего, что можно встретить по дороге к центру города – вещи, люди, витрины. Вся эта информация, если она не вызывает никаких ассоциаций или не привлекает усилий для запоминания, скорее всего, исчезнет навсегда. Существуют люди с очень редкой патологией, гипертимезией, которые запоминают все в мельчайших деталях: как они были одеты 13 апреля 2005 года и какие слова говорили в семье во время завтрака. Обычные люди с трудом вспоминают номер телефона, услышанный только что, – и это нормально.

Частью краткосрочной памяти является оперативная память, которую мы используем, повторяя в уме тот самый номер телефона, произнесенный секунды назад. Краткосрочная память нужна для того, чтобы создать долгосрочную память, которая хранит все, что мы знаем о мире и о себе. Она объединяет наиболее важные события жизни, словарный запас всех языков, что мы знаем, список всех наших умений в области ручного труда, имена, числа, лица, мечты, события, понятия, чувства, переживания, суждения и убеждения.

Любителям все классифицировать и раскладывать по полочкам: долгосрочная память обычно подразделяется на два вида:

• эксплицитная (осознаваемая) память, которая может быть эпизодической (меню последнего рождественского ужина, день рождения мамы) или семантической (столица России – Москва, для похода в театр нужен билет);

• имплицитная (неосознаваемая) память, сохраняющая автоматические навыки (умение писать ручкой, ездить на велосипеде) и условные рефлексы [см. стр. 79].

Сюда следует добавить также пространственную память, которая связана с нашей ориентацией в пространстве. Например, способность передвигаться в знакомом городе, не задумываясь.

Долгосрочная память хранит как недавние происшествия (старая подруга, неожиданно встреченная во время прогулки), так и ставшие давним прошлым (когда-то вместе отдыхали). Итак, подруга и совместный отпуск – пример ассоциативного ряда в человеческой памяти. Наша память работает в основном на ассоциациях, поэтому всегда легче запомнить что-то, что похоже на нечто знакомое. Не случайно чемпионы по запоминанию используют стратегию ассоциаций, например привязку последовательностей чисел или имен к каким-то собственным внутренним реперам.

Семидесятилетний японский инженер Акира Харагучи в 2006 году перечислил наизусть первые сто тысяч знаков после запятой числа «пи»: ему пришлось начать говорить в 9 утра, а закончил он только в 1:28 следующего дня.

Ассоциативное запоминание позволяет воспроизвести не только последовательность событий, но и те чувства, которые мы при этом испытывали. Те две далекие недели у моря, казалось, забыты навсегда, но стоило встретить подругу, с которой наслаждались отдыхом, и сразу вспоминается жара, запах нагретых сосен, страх экзаменов, чемпионат мира по футболу…

Реконструкция прошлого, окрашенная чувствами, однако, рискует быть искаженной, а порой даже и ложной [см. стр. 211]. Долгосрочная память нуждается в кодификации информации, классификации и умении ее найти по требованию, как в настоящем архиве. Мы не знаем точных механизмов биохимической кодировки информации, однако этот процесс наверняка связан с обучением [см. стр. 179] и с формированием синапсов [см. стр. 33, 87].

Для закрепления информации она должна быть повторена: о необходимости повторения говорила учительница в школе, об этом же твердит и неврология [см. стр. 179]. Однако одного повторения мало – без концентрации внимания, без того, чтобы мозг сфокусировался на том, что слушает или читает, ничего не выйдет [см. стр. 175]. Огромную роль в концентрации внимания играют мотивация, любопытство, эмоциональная вовлеченность, ожидание будущей награды – например, диплома [см. стр. 171].

Воспоминания имеют свойство сохраняться надолго и тогда, когда они связаны с сильными чувствами – например, с грустными или счастливыми событиями.

Многие люди на нашей планете запомнили, где были и что делали в тот момент, когда узнали о трагедии 11 сентября 2001 года в США. Когда событие является столь сильно эмоционально заряженным, память о нем может даже привести к посттравматическому синдрому [см. стр. 216]. И наоборот, некоторые слишком болезненные воспоминания, особенно если события произошли в детстве, могут полностью стереться из памяти.

Итак, память о событии зависит от ситуации, в которой происходит событие: информация сегодня приходит к нам в виде изображений, звуков, ощущений. Чтобы лучше запомнить какой-либо факт или данные, рекомендуется запомнить и ситуацию, с которой они связаны: благодаря ассоциативному механизму можно умудриться потом восстановить недостающие моменты.

Какой же максимальный объем памяти возможно сохранить в мозгу? Точного ответа на этот вопрос просто не существует: некоторые исследователи полагают, что оценить его невозможно в принципе, а кто-то, как профессор Терри Сейновски из института Солка в Калифорнии, используя аналогию с двоичным кодом, применяемым в компьютерах, считает его примерно равным петабайту, то есть огромному количеству миллионов гигабайт.

Во всяком случае, никто из нас никогда не сталкивался с ситуацией, когда что-либо запомнить становится невозможным по причине исчерпания объема. Ученые шутят, что человеческая память – уникальное хранилище и чем больший объем в него запихивают, тем больше оно становится. И это действительно так по трем причинам: ассоциативный механизм экономит место, избегая дублирования понятий; знание второго языка или умение играть на музыкальном инструменте, постоянное использование памяти для изучения нового позволяют замедлить старение нейронов [см. стр. 243] и заметно улучшить способности к обучению; новые знания и усилия по их получению физически меняют мозг. Так и получается сосуд, который чем больше наполняешь, тем больше его можно наполнять.

Память зависит непосредственно от способности мозга постоянно улучшать и приспосабливать к сегодняшним нуждам связи между отделами в каждую секунду жизни. Это совершенно уникальная способность, она формируется в мозгу человека еще до рождения и называется пластичностью.

4.3. Пластичность

Пьемонтский анатом Микеле Виченцо Малакарне провел странный и жутковатый эксперимент. Он взял двух собачек из одного помета и несколько пар птиц из одного и того же выводка. И, запасшись терпением, дрессировал по одному представителю каждой пары, оставив его родственника жить по собственному разумению. Спустя два года он умертвил животных, вскрыл их черепные коробки и сравнил мозги представителей одного вида между собой.

Малакарне удалось спокойно завершить эксперимент, поскольку он жил в далеком 1785 году. Сегодня такая жестокость вряд ли бы осталась безнаказанной. Однако с научной точки зрения эксперимент удался: животные, с которыми ученый занимался, имели гораздо более развитый мозг. Таким образом, Малакарне обнаружил, что чувственный опыт физически меняет структуру мозга. К сожалению, в течение более чем двух столетий никто не обратил внимание на удивительное открытие итальянского анатома, впервые усомнившегося в неизменности мозгового аппарата.

Сегодня ученые уверены, что мозг меняется, причем постоянно. Достаточно посмотреть фильм, прочесть книгу, принять участие в конференции или поболтать с друзьями в баре – и новая информация, новый опыт, новые выводы сделают свое дело. В микрокосмосе нейронов что-то сдвинется и поменяется.

Эта поразительная способность мозга, полученная нами в ходе эволюции, называется пластичностью. Она развилась на базе пересечения двух взаимозависимых систем – памяти и способности к обучению. Этой способностью обладают многие животные, однако у млекопитающих, и в особенности у Homo sapiens, она развита особо: у человека она усилена большим объемом коры головного мозга и поддерживается культурой и речью.

Пластичность формирует новые нейронные связи посредством окончаний аксонов, с одной стороны, и разветвлений дендритов и их шипиков [см. стр. 30] – с другой. Кстати, количество шипиков и их форма могут меняться в течение минут и даже секунд.

Возрастание или уменьшение в течение нескольких часов количества старых и новых нейронных связей, даже в несущественных объемах, могут привести к полной смене структуры нейронных цепей.

Кроме нейронной существует еще синаптическая пластичность, которая усиливает или ослабляет связи между нейронами. Дональд Хебб, канадский ученый, высказал догадку, что, когда два нейрона активизируются одновременно, синапсы, которые их соединяют, усиливаются. «Между одновременно активированными нейронами сети пороги синаптической связи снижаются», – гласит правило Хебба. Одновременно активизирующиеся нейроны объединяются и укрепляют взаимные связи. Хебб установил также, что усиление синаптической передачи между двумя нейронами сохраняется достаточно долго после воздействия. Это явление получило название «долговременная потенциация» (Long-term potentiation, или LTP) [см. стр. 26].

Функцией памяти заведуют сразу несколько отделов мозга: основными действующими лицами являются височные доли коры, гиппокамп и структуры лимбической системы. Запоминание происходит через повторение сигналов. Гиппокамп [см. стр. 64] буквально пронизан синаптическими ответвлениями, предназначенными для распределения информации в соответствии с ассоциациями, в ней заложенными.

Американский анатом прошлого века Джеймс Папец открыл главное хранилище эмоций (цепь Папеца) – нейронную петлю длиной примерно 35 см, окружающую гиппокамп и пересекающую лимбическую систему и височные доли коры [см. стр. 70]. Сегодня ученые полагают, что эта цепь является одним из основных механизмов запоминания: проходя с большой скоростью по нейронам цепи, ассоциации, вызванные тем или иным событием или знанием, физически закрепляются в коре. Гиппокамп этим воспоминаниям становится больше не нужен. Эта теория объясняет, почему пациенты с травмированным гиппокампом не могут запомнить сиюминутные события, однако отлично помнят, что было с ними в прошлом.

Противоположностью долговременной потенциации является долговременная депрессия, то есть постепенное снижение эффективности синапсов, предшествующее забвению. Это тоже важная составляющая процесса обучения, она помогает оптимизировать запоминание и не хранить ненужную и малозначимую информацию (хотя порой бывает, что забывается и нечто нужное). Механизм долговременной потенциации предполагает рост интенсивности сигналов от нейрона к нейрону, усиление сигнала в синаптической щели. Когда человек заучивает наизусть песню или стихотворение, его мозг неуловимо меняется – и уже не станет прежним.

Пластичность мозга стала ответом эволюции на важнейший вопрос: как жить в постоянно меняющемся мире? Нейронные цепи и синапсы безостановочно реорганизуются, чтобы помочь мозгу понять то, что его окружает. Таким образом мозг освобождается, хотя бы частично, от ограничений, наложенных на него генетикой – информацией, бережно хранимой в ядре каждой из клеток тела.

На нас действуют две противоположные силы, описать которые можно только игрой слов: природа против природы. Что важнее? Природа, диктуемая человеку его ДНК, или культура, приобретаемая за счет приспособления к окружающей среде? Коварный вопрос, скрывающий в себе проблемы философского и этического плана. Можно найти кучу аргументов в пользу как первого ответа, так и второго. Однако мы можем смело ответить: важны обе.

Еще недавно считалось, что развитие мозга идет очень бурно в первые три года жизни человека, а затем постепенно замедляется и прекращается после наступления подросткового возраста. Однако сегодня ученые полагают, что мозг изменяется безостановочно в ответ на изменения внешней среды, обстановки, поведения, появления новых мыслей и новых эмоций. Мозг обладает врожденной способностью создавать новые связи, реорганизовывать нейронные пути и в экстремальных случаях (например, в случае некоторых травм) даже рождает новые нейроны.

Наши способности и таланты, характер не являются чем-то неизменным и застывшим. Наоборот, новые достижения науки показывают, что характер можно улучшить, талант развить, возможности расширить, а вредные привычки скорректировать. А изучение иностранного языка откроет новые горизонты перед тем, кто не боится пользоваться своим таким умным и умелым мозгом.

Как бороться с непроизвольными движениями – см. раздел «Панель управления», стр. 170.

Как устранить нежелательные последствия пластичности мозга – см. раздел «Привычки и зависимости», стр. 212.