Текст книги "Наука сознания. Современная теория субъективного опыта"

Глава 4
Кора головного мозга и сознание

Кора головного мозга – характерная для мозга млекопитающих складчатая внешняя оболочка – начала развиваться, вероятно, у рептилий более 300 млн лет назад, в каменноугольном периоде (карбоне)[49]49
  L. Medina and A. Reiner, “Do Birds Possess Homologues of Mammalian Primary Visual, Somatosensory and Motor Cortices?” Trends in Neurosciences 23 (2000): 1–12; R. K. Naumann and G. Laurent, “Function and Evolution of the Reptilian Cerebral Cortex,” in Evolution of Nervous Systems, ed. J. Kaas (San Diego: Academic Press, 2017), 491–518.


[Закрыть]. То были времена бескрайних топких джунглей, мир все еще объединялся в суперконтинент Пангею[50]50
  R. R. Lemon, Vanished Worlds: An Introduction to Historical Geology (Dubuque, IA: William C. Brown, 1993).


[Закрыть], кислорода в воздухе содержалось больше, чем сегодня, и от этого насекомые вырастали до гигантских размеров, несмотря на невысокую эффективность их дыхательных систем[51]51
  J. F. Harrison, A. Kaiser, and J. M. VandenBrooks, “Atmospheric Oxygen Level and the Evolution of Insect Body Size,” Proceedings: Biological Science 277 (2010): 1937–46.


[Закрыть]. С тех времен в окаменелостях сохранились двухметровые многоножки и полуметровые стрекозы. Период называется каменноугольным, поскольку после увядания пышных джунглей весь огромный объем биомассы превратился в угольные пласты.

Ранний каменноугольный мир, скорее всего, кишел беспозвоночными и амфибиями – единственными на тот момент животными, которые приспособились к жизни на суше[52]52
  R. L. Carroll, “The Origin and Early Radiation of Terrestrial Vertebrates,” Journal of Paleontology 75 (2001): 1202–13.


[Закрыть]. Амфибии эволюционировали в рептилий к концу каменноугольного периода, когда климат стал менее влажным[53]53
  S. Sahney, M. J. Benton, and H. J. Falcon-Lang, “Rainforest Collapse Triggered Pensylvanian Tetrapod Diversification in Euramerica,” Geology 38 (2010): 1079–82.


[Закрыть]. У них появился водонепроницаемый чешуйчатый покров, а у яиц рептилий – чтобы можно было откладывать их вдали от воды – твердая скорлупа.

Также у них развилась часть мозга, которую называют Wulst (гиперпаллиум конечного мозга)[54]54
  Это один из немногих терминов, которые принято передавать латиницей и в русскоязычных научных текстах. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]: это вырост его наиболее фронтальной части, именуемой передним мозгом[55]55
  R. K. Naumann and G. Laurent, “Function and Evolution of the Reptilian Cerebral Cortex,” in Evolution of Nervous Systems, ed. J. Kaas (San Diego: Academic Press, 2017), 491–518.


[Закрыть]. Wulst у рептилий выполняет главным образом сенсорную функцию. Он содержит специфическим образом организованную карту зрительного пространства и карту осязательных рецепторов на коже – наподобие сенсорных карт в тектуме, о которых я писал в предыдущей главе. Wulst – что-то вроде тектума 2.0, радикальная эволюционная инновация; это как айфон в сравнении со старым дисковым телефоном.

Рептилии незаслуженно “прославились” своей глупостью. “Рептильный мозг” в расхожем представлении – это древнее ядро, таящееся за разумными частями. Но на самом деле у этих животных уже есть зачатки того, что станет корой головного мозга у человека. В них и правда есть искра интеллекта. Многие виды рептилий умеют решать сложные задачи и вступать в сложные социальные взаимодействия[56]56
  M. Leal and B. J. Powell, “Behavioural Flexibility and Problem-Solving in a Tropical Lizard,” Biological Letters 8 (2012): 28–30; J. D. Manrod, R. Hartdegen, and G. M. Burghardt, “Rapid Solving of a Problem Apparatus by Juvenile Black-Throated Monitor Lizards (Varanus albigularis albigularis),” Animal Cognition 11 (2008): 267–73; R. T. Mason and M. R. Parker, “Social Behavior and Pheromonal Communication in Reptiles,” Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology 196 (2010): 729–49.


[Закрыть].

Вскоре после своего появления в позднем карбоне рептилии разделились на две основные группы. Синапсиды – так называемые звероподобные – вначале несильно отличались от представителей другой группы, зауропсид[57]57
  T. S. Kemp, The Origin and Evolution of Mammals (Oxford, UK: Oxford University Press, 2005); A. S. Romer and L. W. Price, “Review of the Pelycosauria,” Geological Society of America, Special Papers 28 (1940): 1–534.


[Закрыть]. У синапсид была немного иной структура черепа, которая обеспечивала более надежную опору мышцам челюсти. Проще говоря, у них лучше получалось питаться, а это давало им энергетическое преимущество. Самый известный из ранних синапсид – диметродон пермского периода. Это доисторическое создание, фигурка которого есть в наборе динозавров каждого ребенка: посадка низкая, как у крокодила, на спине большой ребристый парус. Но это не динозавр. Это звероподобная рептилия, которая ближе к нам, чем к тираннозавру. Вероятно, она была выше и меньше стелилась пузом по земле, чем может показаться при взгляде на убогие пластиковые игрушки.

Шло время – сотни миллионов лет, звероподобные рептилии постепенно превращались в современных млекопитающих, а Wulst разрастался в многослойную оболочку из нейронов над остальным мозгом[58]58
  Z. Molnár, J. H. Kaas, J. A. de Carlos, R. F. Hevner, E. Lein, and P. Němec, “Evolution and Development of the Mammalian Cerebral Cortex,” Brain, Behavior, and Evolution 83 (2014): 126–39.


[Закрыть]. У многих млекопитающих кора – это гладкое наружное покрытие мозга. Но у некоторых видов кора так разрослась и площадь ее поверхности настолько увеличилась, что ей пришлось собраться в складки – кора стала напоминать утрамбованный в черепе ком ткани. Разглаженная, она размером и толщиной походила бы на большое махровое полотенце.

Другие связанные с корой структуры в мозге также разрослись: особенно это касается крупного, напоминающего авокадо по форме участка в основании мозга, который называется “таламус”[59]59
  A. B. Butler, “Evolution of the Thalamus: A Morphological and Functional Review,” Thalamus and Related Systems 4 (2008): 35–58; E. G. Jones, The Thalamus (New York: Springer, 1985).


[Закрыть]. Название ему подходит: thalamus на латыни значит “ложе” или “основание” (изначально – “спальня” по-гречески). С таламусом соединяется каждая область коры, и почти вся поступающая в нее информация сначала проходит как раз через таламус, отчего его прозвали вратами в кору. Ведя речь об этой специализированной сети, для точности следовало бы пользоваться неуклюжим техническим термином “таламо-кортикальная система”, но для простоты я ограничусь сокращенным “кора”.

Пока у звероподобных рептилий в течение 300 млн лет развивалась сложная кора головного мозга, их незвероподобные собратья (зауропсиды) нашли другой путь к повышению интеллекта. Этот путь вел от животных, которые называются архозаврами, к динозаврам и, наконец, современным птицам. Архозавры были крупными хищными рептилиями с низкой посадкой и чуть более крупным мозгом, нежели у их непосредственных предшественников[60]60
  P. Senter, “Phylogenetic Taxonomy and the Names of the Major Archosaurian (Reptilia) Clades,” PaleoBios 25 (2005): 1–7.


[Закрыть]. Крокодилы – современные архозавры – одни из умнейших и поведенчески сложно организованных рептилий[61]61
  V. Dinets, “Apparent Coordination and Collaboration in Cooperatively Hunting Crocodilians,” Ethology, Ecology, and Evolution 27 (2012): 244–50; J. S. Doody, G. M. Burghardt, and V. Dinets, “Breaking the Social-Non-Social Dichotomy: A Role for Reptiles in Vertebrate Social Behavior Research?” Ethology 119 (2012): 1–9; L. D. Garrick and J. W. Lang, “Social Signals and Behaviors of Adult Alligators and Crocodiles,” American Zoologist 17 (1977): 225–39.


[Закрыть]. Об их интеллекте наглядно свидетельствуют примеры того, как они искусно подстерегают добычу, делятся едой, воспитывают детенышей.

Примерно к 230 млн лет назад, в триасовом периоде, архозавры образовали специфическую подгруппу причудливых созданий, которых эволюция заставила бегать на удлиненных задних ногах[62]62
  M. C. Langer, M. D. Ezcurra, J. S. Bittencourt, and F. E. Novas, “The Origin and Early Evolution of Dinosaurs,” Biological Reviews 85 (2010): 55–110.


[Закрыть]. К удивлению тех, у кого в голове живут образы гигантских четвероногих динозавров, ископаемые находки показали, что все динозавры произошли от единого предка, который ходил на двух ногах и, возможно, иногда касался земли передними конечностями. В ходе дальнейшей эволюции некоторые травоядные виды вновь опустились на четвереньки, а хищные динозавры остались прямоходящими.

Всем знаком стереотип, что мозг динозавра размером с орех. Это самая что ни на есть клевета. Внутренние слепки ископаемых черепов кое-что сообщают о размере и структуре его мозга[63]63
  M. Bronzati, O. W. M. Rauhut, J. S. Bittencourt, and M. C. Langer, “Endocast of the Late Triassic (Carnian) Dinosaur Saturnalia tupiniquim: Implications for the Evolution of Brain Tissue in Sauropodomorpha,” Scientific Reports 7 (2017): 11931; S. W. Rogers, “Allosaurus, Crocodiles, and Birds: Evolutionary Clues from Spiral Computed Tomography of an Endocast,” Anatomical Record 257 (1999): 162–73.


[Закрыть]. У самых крупных динозавров и мозг был соответствующих массы и размера. К примеру, у тираннозавра этот орган мог по размеру соперничать с человеческим, хотя в нем, скорее всего, было намного меньше нейронов и связей между ними[64]64
  L. M. Witmer and R. C. Ridgely, “New Insights into the Brain, Braincase, and Ear Region of Tyrannosaurs (Dinosauria, Theropoda), with Implications for Sensory Organization and Behavior,” Anatomical Record 292 (2009): 1266–96.


[Закрыть]. Мозг динозавров, видимо, был устроен примерно как у крокодилов, включая Wulst – ту самую протокору. Они не были глупыми. Особенно тероподы, двуногие хищные динозавры, – на тот момент они, пожалуй, были умнейшими животными на планете. Их обращенные вперед глаза давали стереоскопическую глубину зрения: вероятно, для лучшей обработки потока входящей информации у них разрослась зрительная часть области Wulst.

Птицы, как известно каждому современному школьнику, произошли от динозавров. Но этот популярный научный факт – упрощение более тонкой и странной правды. Птичий полет возник и постепенно развился, видимо, в юрском периоде, между 200 и 145 млн лет назад[65]65
  S. L. Brusatte, J. K. O’Connor, and E. D. Jarvis, “The Origin and Diversification of Birds,” Current Biology 25 (2015): R888–R898; L. M. Chiappe, Glorified Dinosaurs: The Origin and Early Evolution of Birds (Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2007); Z. Zhou, “The Origin and Early Evolution of Birds: Discoveries, Disputes, and Perspectives from Fossil Evidence,” Naturwissenschaften 91 (2004): 455–71.


[Закрыть]. Пожалуй, не имеет смысла указывать конкретную точку во времени и говорить: “Вот тогда-то и появились птицы”. Нечеткость грани между динозаврами и птицами особенно заметна при рассматривании найденного в китайской провинции Ляонин великолепно сохранившегося в вулканическом пепле ископаемого пернатого динозавра[66]66
  Q. Ji and S. Ji, “On the Discovery of the Earliest Bird Fossil in China (Sinosauropteryx) and the Origin of Birds,” Chinese Geology 10 (1996): 30–33; M. A. Norell and X. Xu, “Feathered Dinosaurs,” Annual Review of Earth and Planetary Science 33 (2005): 277–99.


[Закрыть]. Сейчас складывается представление, что птицы и есть динозавры-тероподы. Живи вы в мезозойскую эру, вам бы никогда и в голову не пришло выделять птиц как отдельную категорию. Мир был полон пернатых динозавров: крупных и мелких, зубастых и клювастых, прогуливающихся на двух ногах или пролетающих над вашей головой. Если бы мимо вас пробежала современная курица или рядом вспорхнул воробей, вы бы подумали: “Смотри-ка, еще один вид динозавров-теропод”. Но вы бы никогда не сказали: “Глядите, динозавры породили новый класс животных!” Так же как сегодня никто бы не сказал, что летучие мыши произошли от млекопитающих. Летучие мыши и есть млекопитающие, которые приспособились к полету. А птицы, получается, и есть летучие динозавры, дожившие до наших дней. И нейробиологи весьма активно их изучают.

Wulst у птиц значительно расширен по сравнению с аналогичным органом рептилий[67]67
  H. J. Karten, “Vertebrate Brains and Evolutionary Connectomics: On the Origins of the Mammalian ‘Neocortex,’” Philosophical Transactions of the Royal Society of London, B, Biological Sciences 370 (2015): 20150060; L. Medina and A. Reiner, “Do Birds Possess Homologues of Mammalian Primary Visual, Somatosensory and Motor Cortices?” Trends in Neurosciences 23 (2000): 1–12.


[Закрыть]. За сотни миллионов лет, в течение которых ветвь млекопитающих колдовала над своим мозгом, выращивая из рептильного Wulst тонко проработанную кору, ветвь динозавров/птиц тоже не дремала, находя свои способы расширить и улучшить ту же самую, изначальную структуру мозга.

И хотя выражение “птичьи мозги” все еще звучит оскорбительно, птицы – тоже умные существа. У некоторых видов есть сложноорганизованная социальная жизнь, некоторые – искусные охотники, некоторым присуща блестящая память на места хранения еды. В особенности славятся своим умом вороны. Они могут гнуть из проволоки крючья, чтобы подцепить немножко пищи[68]68
  G. R. Hunt and R. D. Gray, “Tool Manufacture by New Caledonian Crows: Chipping Away at Human Uniqueness,” Acta Zoologica Sinica (Supplement) 52 (2006): 622–25; C. Rutz and J. J. St Clair, “The Evolutionary Origins and Ecological Context of Tool Use in New Caledonian Crows,” Behavioral Processes 89 (2012): 153–65; C. Rutz, S. Sugasawa, J. E. van der Wal, B. C. Klump, and J. J. St Clair, “Tool Bending in New Caledonian Crows,” Royal Society of Open Science 3 (2016): 160439.


[Закрыть]. Сюжет знаменитой басни Эзопа о вороне, которая бросала камни в кувшин, пока уровень воды не поднялся так, что она смогла достать плавающий там кусочек еды[69]69
  Авторская неточность. В басне “Ворона и кувшин” речь идет о том, что вороне удалось просто напиться воды. Но в статье, на которую ссылается автор, действительно описывается эксперимент с поднятием кусочка пищи. – Прим. ред.


[Закрыть], – не выдумка. Вороны и вправду справляются[70]70
  На русском языке есть ряд очень интересных книг на эту тему: Зорина З. А., Полетаева И. И. Зоопсихология. Элементарное мышление животных. – М.: Аспект-Пресс, 2010; Зорина З. А., Полетаева И. И. Я познаю мир. Поведение животных: Детская энциклопедия. – М.: АСТ: Астрель, 2000; Зорина З. А., Полетаева И. И., Резникова Ж. И. Основы этологии и генетики поведения. – М.: Изд-во МГУ, 2013. – Прим. науч. ред.


[Закрыть] с этой задачей[71]71
  S. A. Jelbert, A. H. Taylor, L. G. Cheke, N. S. Clayton, and R. D. Gray, “Using the Aesop’s Fable Paradigm to Investigate Causal Understanding of Water Displacement by New Caledonian Crows,” PLoS One 9 (2014): e92895.


[Закрыть].

Похоже, что своим феноменальным умом птицы обязаны разросшемуся переднему мозгу. Вряд ли интеллект вымерших динозавров шел хоть в какое-то сравнение с нынешним птичьим: современные вороны представляют собой недавнее достижение эволюции, но у всей линии рептилии/динозавры/птицы прослеживаются одни и те же базовые мозговые структуры.

Далее я сфокусирую внимание в основном на коре головного мозга млекопитающих, поскольку мы намного больше о ней знаем и поскольку млекопитающие – единственные животные, которые на сегодняшний день могут словесно засвидетельствовать наличие сознания (это мы, люди). Но неплохо бы иметь в виду, что другие виды животных – птицы, крокодилы – располагают сходными мозговыми системами, благодаря которым возникает сложное и разнообразное поведение.

Теперь, когда я сжато описал эволюцию коры головного мозга, я объясню, почему считаю, что сознание основывается именно на этой структуре. Для этого мне нужно будет привести некоторые подробности обработки информации в коре. Это не просто увеличенный процессор вроде тектума из мозга лягушки, прилепленный поверх меньших, более ранних моделей. Это принципиально иной вид процессора – машина, предназначенная, чтобы просеивать огромные объемы информации и отбирать оттуда лишь небольшое ее количество. Оно, в свою очередь, проходит тщательную глубинную обработку и в конечном итоге направляет поведение. В силу этого непрерывного отсеивания кора предстает, в сущности, машиной внимания.

Кора головного мозга чем-то напоминает Национальную футбольную лигу (НФЛ). Команды в НФЛ проходят ряд матчей-соревнований, пока Супербоул[72]72
  Финальная игра НФЛ. Речь идет об американском футболе. – Прим. ред.


[Закрыть] не определит окончательного победителя. В коре информация фильтруется по иерархическим уровням, в постоянном соревновании по принципу “победитель получает всё”[73]73
  D. M. Beck and S. Kastner, “Top-Down and Bottom-Up Mechanisms in Biasing Competition in the Human Brain,” Vision Research 49 (2009): 1154–65; R. Desimone and J. Duncan, “Neural Mechanisms of Selective Visual Attention,” Annual Review of Neuroscience 18 (1995): 193–222.


[Закрыть]. Независимо от модальности информации – зрительной, слуховой, эмоциональной, интеллектуальной – архитектура коры создает соревновательные раунды на выбывание. Отбираемые со все возрастающей придирчивостью сигналы проходят более глубокую обработку и получают больше шансов повлиять на поведение. Наконец, некий комплекс информации побеждает в корковом Супербоуле, и (хотя бы на миг) вся обработка сосредоточивается на нем.

Такой способ обработки-на-выживание особенно хорошо изучен для зрения. На рис. 4.1 показана частичная схема зрительной системы, которую удалось построить благодаря многим десятилетиям исследований на приматах – как обезьянах, так и людях[74]74
  Существует огромное количество литературы, посвященной мозаике зрительных зон в коре головного мозга приматов. Над этим работали тысячи людей, в том числе и я. Приведу лишь несколько полезных источников, описывающих исследования как обезьян, так и людей. D. Felleman and D. Van Essen, “Distributed Hierarchical Processing in the Primate Visual Cortex,” Cerebral Cortex 1 (1991): 1–47; K. Grill-Spector and R. Malach, “The Human Visual Cortex,” Annual Review of Neuroscience 27 (2004): 649–77; P. Schiller and E. Tehovnik, Vision and the Visual System (Oxford, UK: Oxford University Press, 2015); L. G. Ungerleider and J. V. Haxby, “‘What’ and ‘Where’ in the Human Brain,” Current Opinion in Neurobiology 4 (1994): 157–65; D. C. Van Essen, J. W. Lewis, H. A. Drury, N. Hadjikhani, R. B. Tootell, M. Bakircioglu, and M. I. Miller, “Mapping Visual Cortex in Monkeys and Humans Using Surface-Based Atlases,” Vision Research 41 (2001): 1359–78; L. Wang, R. E. Mruczek, M. J. Arcaro, and S. Kastner, “Probabilistic Maps of Visual Topography in Human Cortex,” Cerebral Cortex 25 (2015): 3911–31.


[Закрыть]. Свет входит в глаз и образует картинку на сетчатке – светочувствительном слое ткани в глубине глаза. Нейроны сетчатки активируются и немедленно начинают соревнование местного уровня. Сигналы соперничают с соседями, более сильные подавляют более слабых. Особое преимущество получают те, что соответствуют резким зрительным контрастам.

Затем информация покидает глаз по зрительному нерву (кабелю из примерно 1,5 млн волокон) и попадает в таламус у основания мозга. Входящая зрительная информация направляется в определенную часть таламуса – выступ на его боку, который называется “латеральное коленчатое тело”. Там она снова процеживается сквозь соревновательное сито.

Пройдя латеральное коленчатое тело, информация отправляется по волокнам на первый уровень зрительной коры, в область затылочной доли мозга, которая называется первичной зрительной корой, или V1, где снова происходит вышеописанное соревнование нейронов.

Из V1 данные идут в хитросплетение высших зрительных областей – V2, V3, V4, MT, MST, TEO, TE и т. д. – в буквенный суп вместо названий. За последние полвека нейробиологи разметили зрительную кору во все более мелких подробностях, выделив десятки зон, в общей сложности покрывающих 60 т. о. коры, в основном в затылочной, височной и теменной долях. В каждой из этих зон размером с почтовую марку фрагменты информации постоянно соревнуются – нейроны тормозят своих соседей.

Зрительные области коры в целом организованы так, что сложность повышается по мере того, как данные текут от низкоуровневых зон в задней части мозга к зонам высоких уровней ближе к передней. К примеру, нейроны в V1, внизу иерархии, раскладывают зримый мир на контуры и цветовые пятна. Там происходит простое, поверхностное, но подробное разбиение видимого мира. Напротив, нейроны в TE, зоне намного выше в иерархии, чувствительны к сложным зрительным образам, таким как лица и руки. Они обрабатывают информацию о сущности объектов, а не о подробностях. И тем не менее данные текут не только вверх по иерархической лестнице. Сигналы могут идти обратно или вбок – в каких угодно направлениях по сети. Но и это еще не всё – вдобавок к сказанному выше кора также постоянно сообщается с глубинными структурами мозга, особенно с таламусом.

По мере того как информация течет по этой системе обработки, соревнование между сигналами все больше напоминает нечестный вариант НФЛ. Сильнейший входной сигнал побеждает не всегда. Другие источники могут обманом склонить чашу весов в свою пользу. Если посмотреть по сторонам, можно заметить самый яркий, самый быстрый объект, от которого исходит самый большой сигнал, но механизмы мозговой обработки необязательно берутся именно за него. Сигнал из лобной доли может быть перенаправлен обратно в зрительную кору, и фокус обработки сместится на менее очевидный стимул, который и победит в соревновании[75]75
  T. Moore and M. Zirnsak, “Neural Mechanisms of Selective Visual Attention,” Annual Review of Psychology 68 (2017): 47–72.


[Закрыть]. Когда выигрывает самый перцептивно значимый стимул снаружи, это называется восходящим (bottom-up) вниманием; когда сигнал изнутри дает взятку судье и состязание становится неравным, это называется нисходящим (top-down) вниманием. Но на самом деле это два разных аспекта одного и того же процесса.

В описании этих корковых разборок участвовал нейробиолог Роберт Десимон, на редкость уместно назвавший их предвзятым соревнованием[76]76
  R. Desimone and J. Duncan, “Neural Mechanisms of Selective Visual Attention,” Annual Review of Neuroscience 18 (1995): 193–222.


[Закрыть]. Мне это видится одной из основных организационных истин о коре. Локальное торможение нейронами друг друга, из которого возникает соревнование, – главенствующий механизм в ее работе. Неслучайно эпилепсия – это заболевание коры[77]77
  Это не совсем точно – не только коры. Общеизвестна гиппокампальная эпилепсия. Об участии других структур см. работу: Nowack, W. J., & Theodoridis, G. C. (1991). The thalamocortical contribution to epilepsy. Bulletin of mathematical biology, 53 (4), 505–523. doi: 10.1007/BF02458626. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]. Эпилептический припадок происходит, когда отказывает локальное торможение[78]78
  G. Alarcon and A. Valentin, Introduction to Epilepsy (Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2012).


[Закрыть]. Сигналы, которые обычно сдерживают друг друга, внезапно начинают распространяться, и неконтролируемая активность захлестывает всю кору без разбору. Болезнь показывает, насколько важно торможение в коре и насколько катастрофичны последствия его сбоев.

Во второй главе я описал исполняемый в глазу краба незамысловатый трюк, который называется латеральным торможением – когда соседние нейроны подавляют друг друга[79]79
  R. B. Barlow Jr. and A. J. Fraioli, “Inhibition in the Limulus Lateral Eye in Situ,” Journal of General Physiology 71 (1978): 699–720; K. Hadeler, “On the Theory of Lateral Inhibition,” Kybernetik 14 (1974): 161–65.


[Закрыть]. Результат латерального торможения – повышение резкости изображения. Яркие участки кажутся ярче, темные – темнее. Предвзятое соревнование – корковая версия латерального торможения, увеличенная в миллионы раз, раздутая от локальной конкуренции в глазу до бурного мира состязаний на выбывание в этой многоступенчатой иерархии.

Эта иерархия не ограничивается зрением. Просачиваясь сквозь взаимосвязанные сети областей мозга, информация зрительная сталкивается с другими ее видами. Осязание, слух, управление движениями, абстрактное мышление – обширные группы сигналов сходятся в нескольких областях, которые, возможно, занимают самое высокое положение в иерархии, играя роль общих интеграционных сетей в мозге. Эти области в основном располагаются в двух долях: теменной и лобной, и поэтому их не мудрствуя лукаво назвали теменно-лобными сетями[80]80
  Автор здесь и далее использует именно такой порядок: теменно-лобные, хотя принято говорить о лобно-теменных сетях. – Прим. науч. ред.


[Закрыть][81]81
  M. Corbetta, G. Patel, and G. L. Shulman, “The Reorienting System of the Human Brain: From Environment to Theory of Mind,” Neuron 58 (2008): 306–24; K. Igelström and M. S. A. Graziano, “The Inferior Parietal Lobe and Temporoparietal Junction: A Network Perspective,” Neuropsychologia 105 (2017): 70–83; R. Saxe and L. J. Powell, “It’s the Thought That Counts: Specific Brain Regions for One Component of Theory of Mind,” Psychological Science 17 (2006): 692–9; M. Scolari, K. N. Seidl-Rathkopf, and S. Kastner, “Functions of the Human Frontoparietal Attention Network: Evidence from Neuroimaging,” Current Opinion in Behavioral Sciences 1 (2015): 32–39; J. L. Vincent, I. Kahn, A. Z. Snyder, M. E. Raichle, and R. L. Buckner, “Evidence for a Frontoparietal Control System Revealed by Intrinsic Functional Connectivity,” Journal of Neurophysiology 100 (2008): 3328–42; B. T. T. Yeo, F. M. Krienen, J. Sepulcre, M. R. Sabuncu, D. Lashkari, M. Hollinshead, J. L. Roffman, et al., “The Organization of the Human Cerebral Cortex Estimated by Intrinsic Functional Connectivity,” Journal of Neurophysiology 106 (2011): 1125–65.


[Закрыть]. Дошедшая до них информация выиграла Супербоул. Она достигла того, что философ Дэниел Деннет назвал “славой в мозге”[82]82
  D. Dennett, Sweet Dreams: Philosophical Obstacles to a Science of Consciousness (Jean Nicod Lectures) (Cambridge, MA: MIT Press, 2005). Русский перевод: Д. Деннет. Сладкие грёзы: Чем философия мешает науке о сознании / Под ред. М. О. Кедровой; пер. с англ. А. Н. Коваля. – М.: URSS, 2017.


[Закрыть]. Корковые механизмы раундов на выбывание отобрали из окружающего мира всего несколько предметов, которые теперь влияют на работу руководящих сетей коры и обладают большими шансами на то, чтобы организовать поведение и сохраниться в памяти. Но то, что находится в фокусе сейчас, может покинуть его через минуту. Соревнование не прекращается, и новые фрагменты информации пробиваются по нейронным сетям на высшие уровни обработки. Корковая система не знает покоя, в этом суть ее работы. Состязание никогда не приводит к устойчивым результатам.

Описанный безостановочный процесс отсеивания в коре – самый мощный механизм нашего внимания. Это наиболее изощренный инструмент, которым располагает мозг для понимания мира. Иногда меня спрашивают, почему я построил теорию сознания вокруг, казалось бы, такой узкой темы, как внимание. Внимание – не узкая тема. В нем сущность того, как кора головного мозга постигает мир.

Тектум – та примитивная структура мозга возрастом в полмиллиарда лет, которую я описывал в предыдущей главе, – главенствует в явном внимании. Он может поворачивать ваши глаза и уши подобно спутниковым тарелкам, чтобы собрать побольше информации о конкретной части мира. Но эволюция коры головного мозга открыла новую возможность обработки окружающей среды: скрытое внимание. Вы можете уделять внимание чему-то не находящемуся в центре поля зрения.

Я не имею в виду, что кора никак не связана с движениями глаз[83]83
  C. L. Colby and M. E. Goldberg, “Space and Attention in Parietal Cortex,” Annual Review of Neuroscience 22 (1999): 319–49; J. Gottlieb, “From Thought to Action: The Parietal Cortex as a Bridge between Perception, Action, and Cognition,” Neuron 53 (2007): 9–16; E. J. Tehovnik, M. A. Sommer, I. H. Chou, W. M. Slocum, and P. H. Schiller, “Eye Fields in the Frontal Lobes of Primates,” Brain Research Reviews 32 (2000): 413–48.


[Закрыть]. Она играет большую роль в координации глаз и головы. Но корковое внимание не обязано устремляться туда, куда направлен взгляд. Вы можете нервно рассматривать свои шнурки, а корковое внимание при этом будет пригвождено к начальнику, который стоит перед вами. У вас может сильно и неприятно зачесаться поясница, которая завладеет всем вашим вниманием, пока вы с улыбкой смотрите прямо на друга, не слыша ни единого его слова. Вы можете пялиться на станицу книги, а внимание сосредоточится на каком-то воспоминании или мысли, которые ну никак не связаны с направлением взгляда.

Разница между явным и скрытым вниманием такова: явное вбирает объект органами чувств, скрытое – мощной моделирующей машинерией коры. Вы можете “направить” эту машинерию на что угодно – на конкретный предмет, находящийся перед вами, на что-то, располагающееся в стороне, или на нечто внутреннее – мысль, переживание.

Ученые иногда сравнивают скрытое внимание с прожектором[84]84
  C. Eriksen and J. St James, “Visual Attention within and around the Field of Focal Attention: A Zoom Lens Model,” Perception and Psychophysics 40 (1986): 225–40; M. I. Posner, C. R. Snyder, and B. J. Davidson, “Attention and the Detection of Signals,” Journal of Experimental Psychology 109 (1980): 160–74.


[Закрыть]. У него есть яркий сноп лучей в центре, направленный на один-два предмета, и размытая периферия, в зону которой могут попадать другие объекты. Из сотен предметов, окружающих вас в каждый конкретный момент, корковый прожектор освещает лишь немногие, а остальные остаются совсем без внимания, вы их даже не замечаете. Если представлять прожектор, который может озарять только реальное окружение, аналогия оказывается слегка натянутой: скрытое внимание в состоянии перемещаться по измерениям, никак не связанным с пространством[85]85
  M. Scolari, E. F. Ester, and J. T. Serences, “Feature– and Object-Based Attentional Modulation in the Human Visual System,” in The Oxford Handbook of Attention, ed. A. C. Norbre and S. Kastner (Oxford, UK: Oxford University Press, 2015), 573–600; S. Treue, “Objectand Feature-Based Attention: Monkey Physiology,” in The Oxford Handbook of Attention, ed. A. C. Norbre and S. Kastner (Oxford, UK: Oxford University Press, 2015), 601–19.


[Закрыть]. Можно смотреть на картину Мондриана и так сосредоточиться на цветах и оттенках, что совсем упустятся и не запомнятся формы, хотя цвета и формы были в одном и том же месте в пространстве. Такое внимание не очень похоже на прожектор. С учетом этих соображений аналогия с прожектором впала в немилость. Лично мне она нравится, но только если считать, что луч прожектора блуждает в пространстве абстрактных измерений, а не только в трех измерениях физического пространства.

Кора головного мозга создает внутренний прожектор, позволяющий нам исследовать безграничный многомерный ландшафт, на котором в фокус обработки информации могут попадать и конкретные предметы, и самые абстрактные идеи.

Глубоко обрабатывать информацию невозможно без смещения фокуса внимания. Если бы вам пришлось перелопачивать все доступные данные одновременно, вам понадобился бы мозг размером с планету. Эволюция нашла оптимальный способ, как при ограниченных мозговых мощностях обрабатывать мир с умом. Предложенное ею решение состоит в том, чтобы подвергать информацию настолько суровым состязательным испытаниям, что в каждый конкретный момент обрабатывалась бы лишь небольшая ее доля, а при этом в систему был бы встроен изощренный механизм, управляющий смещением и подстройкой фокуса обработки. Внимание – ключ, открывающий комплексное понимание мира.

Ученые, пишущие об эволюции сознания, подчеркивают постепенное увеличение сложности мозга. Интуитивно появляется соблазн считать, что от этого-то и возникает сознание[86]86
  Ученые так часто говорили о связи сложности и сознания, что эта мысль прижилась в научной фантастике. Джулио Тонони изложил эту гипотезу в самой системной, математической форме. G. Tononi, Phi: A Voyage from the Brain to the Soul (New York: Pantheon, 2012).


[Закрыть]. Согласно такой точке зрения, где-то в ходе эволюции нервная система стала настолько сложной, что перешла некий порог, пробудилась и обрела субъектность. Будь это так, вопрос сознания свелся бы к поиску порога, – но здесь мы ступаем на скользкую дорожку.

Мы можем начать с допущения, что рыбы – тупые автоматы, у которых сознания быть не может. Однако вскоре эксперт по рыбам рассеет наше заблуждение, описав неожиданное разнообразие их поведения[87]87
  R. Bshary, W. Wickler, and H. Fricke, “Fish Cognition: A Primate’s Eye View,” Animal Cognition 5 (2002): 1–13.


[Закрыть], и мы окажемся готовы заключить, что они все-таки могут обладать сознанием. Пчелы – всего лишь насекомые с крошечными мозгами, но моделирующая сложность и у них такова, что иногда по уровню выполняемых задач они могут посоперничать с домашними собаками[88]88
  C. Koch, “Consciousness Redux: What Is It Like to Be a Bee?” Scientific American Mind 19 (December 2008): 18–19.


[Закрыть]. Мой знакомый, который держит дома тарантула, утверждает, будто у этого животного настолько сложное поведение, такая яркая личность и темперамент, что оно явно обладает сознанием. Затем в дискуссию тихой сапой начнет проникать целый набор человеческих эмоциональных предубеждений. Раз тараканы осознают, может быть, не стоит их давить? А проведу-ка я (в целях собственного удобства) границу на шкале нервной сложности чуть повыше прежней и предположу, что теперь у тараканов сознания нет. И это оставит меня с некоторыми противоречиями, которые прокрадутся в силу простой человеческой иррациональности.

Недостатки подхода, опирающегося на сложность, заключаются в том, что чем дальше вы углубляетесь в тему, тем более ускользающей и произвольной становится граница этой сложности, тем сильнее она зависит от людских капризов. У одноклеточных животных есть свои собственные непростые методы обработки информации при помощи взаимодействующих химических сигналов. Если вы специалист по амебам и проводите жизнь, выслеживая их в микроскоп, то, видя всю сложность их поведения, вы, возможно, начнете отстаивать наличие сознания у амеб. У растений есть свои системы электрохимической передачи данных об окружающем мире – так, может быть, и растения обладают сознанием? Геном в ядре клетки вкупе со всей тяжелой химической артиллерией, управляющей генетическим кодом, – информационно насыщенная вычислительная система. Так не исключено, что у ядра клетки тоже есть собственное сознание?

Но мы пойдем еще дальше! Камни, вода, отдельные электроны наполнены информацией, колебанием состояний, чувствительны к своему окружению. Почему бы и им не обладать сознанием?

Начав с предположения, что сознание естественным образом возникает из сложной обработки информации, трудно не впасть в панпсихизм – убеждение, что всё во Вселенной в какой-то степени обладает сознанием[89]89
  D. Skrbina, Panpsychism in the West (Boston: MIT Press, 2005).


[Закрыть]. Заменяя сознание информацией и сложностью, которые можно найти буквально везде и во всем, мы оказываемся на нечеткой шкале, по которой можно скользить и вверх и вниз.

Я предполагаю, что сознание поддерживается корой головного мозга. Но не потому, что кора – самый сложный механизм в изученной Вселенной, хотя это так. Причина намного более конкретна.

Представьте себе, что вы смотрите на самый обычный предмет – скажем, яблоко. Оно лежит на столе перед вами, вам его хорошо видно. Зрительная информация о фрукте течет по вашей системе обработки данных от сетчатки в кору. Предположим, что сигналы от яблока побеждают в соревнованиях на выбывание. Взбираясь выше по корковой иерархии, информация о нем обрабатывается все глубже, а сигналы-конкуренты подавляются. И вот информация о яблоке добирается до центральных сетей в мозге – теменно-лобных. Десятки тысяч других возможных фрагментов информации в этот момент проиграли в соревновании. Звуки и видимые предметы вокруг вас, ощущение одежды на теле, воспоминания, мысли, эмоции – все это уступило сочному плоду. В данный конкретный момент времени корковая машина внимания захвачена зрительным образом яблока (и, возможно, нескольких других предметов), а информационные соперники обрабатываются лишь поверхностно, в гораздо более ограниченных областях вашей коры.

Следуя одной из основных теорий сознания – теории глобального рабочего пространства, – на этом можно ставить точку[90]90
  B. J. Baars, A Cognitive Theory of Consciousness (New York: Cambridge University Press, 1988); S. Dehaene, Consciousness and the Brain (New York: Viking Press, 2014).


[Закрыть]. У нас есть полный комплект данных об опыте сознательного переживания яблока. Я вернусь к этой теории позже, когда буду сравнивать теорию схемы внимания с другими подходами и выдвину предположение, что многие из основных теорий на самом деле не конкурируют, а глубоко связаны друг с другом. В этой главе я хочу коротко осветить теорию глобального рабочего пространства, потому что она дает удобное представление о процессах внимания в коре головного мозга.

Согласно этой теории, информация просачивается сквозь корковую систему. Внимание отбирает и усиливает ее, пока она не превысит определенный порог и не начнет воздействовать на обширные распределенные нейронные сети в коре. В данный момент информация победила на высшем уровне – в Супербоуле соревнований по вниманию в мозге. Войдя в то состояние, при котором она может влиять на распределенные сети, информация достигла глобального рабочего пространства. По этой теории, информация в глобальном рабочем пространстве и есть она же в сознании. Почему глобальному рабочему пространству приписывается свойство сознания – не объяснено. В известном смысле теория эта – описательная, но не объясняющая.

Чтобы показать неполноту теории глобального рабочего пространства, давайте спросим мозг (как он описан здесь) о том, что происходит в его мире в этот момент. В предыдущих главах, когда речь шла о бессловесных животных, я “пользовался” Речинатором-5000 – гипотетическим устройством, которое можно подключить к мозгу, и оно переведет информацию в речь. Здесь нам такое устройство не понадобится, но важно, чтобы мы действовали по той же логике. Речевые механизмы в человеческом мозге могут вербализовать информацию, содержащуюся в глобальном рабочем пространстве. На первый взгляд кажется очевидным, что речь определяется внутренней информацией, но тут легко ошибиться. Интуитивно нам представляется, что, когда люди говорят, они попросту выражают свои внутренние переживания. Но на самом деле речь – это вид выходного устройства для информации. Если в системе нет определенных данных, то и словами их выразить не получится.

Иными словами, если я спрошу: “Что это перед вами?”, вы сможете ответить: “Яблоко”.

Если же я буду докапываться до деталей, вам удастся выдать и их – цвет, текстуру, форму, расположение. Вся эта информация есть у вас в глобальном рабочем пространстве.

Но предположим, я поинтересуюсь: “Осознаете ли вы яблоко? Переживаете ли его субъективно?” Тут возникнет загвоздка. Рассказывая о корковом внимании, я так и не объяснил до сих пор, как/почему в глобальном рабочем пространстве или в любой другой части коры окажется информация о сознании. Там есть информация о яблоке, а значит, можно вербализовать зрительные детали, но на чем вы могли бы основать ответ на вопрос о сознательном опыте? Вы бы не поняли и самого понятия сознания.

Нам все еще не хватает важнейшей части объяснения, что же это такое. Как я сейчас поясню, необходимо сюда добавить схему внимания.

Выше я уже говорил, почему кора головного мозга в сущности является машиной внимания. Но во внимании нет смысла, если оно мечется куда попало или им полностью управляют внешние факторы – например, яркость или громкость стимулов. Ему нужна внутренняя система управления, а она не может работать без внутренней модели. Схема внимания и есть внутренняя модель: набор данных о самом процессе внимания.

Чтобы донести до вас важность схемы внимания, я воспользуюсь аналогией, которая вначале может показаться натянутой, но вскоре вы увидите, что она работает. Я вспоминаю яркую сцену из фильма “Бутч Кэссиди и Сандэнс Кид”. Кид (в исполнении Роберта Редфорда) претендует на роль помощника главаря банды. В качестве испытания ему нужно попасть в цель, стоя с пистолетом в руке неподвижно и прямо – это считается признаком хорошего стрелка. Однако Кид не может поразить цель и раздраженно спрашивает, нельзя ли ему пошевелиться. И тогда, в одно мгновение присев на колено и выхватив пистолет из кобуры, он делает два выстрела, каждый из которых оказывается точным. “Мне бы лучше в движении”, – небрежно замечает он.

Эта сцена – прекрасная иллюстрация инженерии управления. Лучше оставить большинство степеней свободы “свисать незакрепленными”, если это возможно. Не стоит пытаться отслеживать и контролировать всё. Вам не нужна модель во всех подробностях. Хороший управляющий механизм наблюдает, моделирует и ограничивает самое главное – в случае Сандэнса Кида это попадание пули в цель.

Другой классический пример инженерии управления – забивание гвоздя. После небольшой тренировки людям удается, размахнувшись молотком, стабильно попадать по его шляпке. Но как именно мы управляем молотком? Один из возможных подходов – отслеживать и контролировать все степени свободы. Плечо вращается, локоть распрямляется, запястье ударяет. Если оптимизировать каждое из этих движений и довести его до стойкого совершенства, возможно, вы станете блестящим забивальщиком. Но обычно, оказывается, поступают не так. Вместо этого мы сосредоточиваемся на головке молотка в момент удара по гвоздю[91]91
  E. Todorov and M. I. Jordan, “Optimal Feedback Control as a Theory of Motor Coordination,” Nature Neuroscience 5 (2002): 1226–35.


[Закрыть]. Мы следим лишь за этой степенью свободы, потому что только этот результат имеет значение. Если заснять на видео, как люди забивают гвозди, можно заметить, что плечи вращаются по-разному, локти колеблются, движение запястья каждый раз иное, – и тем не менее молоток умудряется снова и снова ударять по шляпке (по крайней мере, после того как вы натренируетесь как следует). Системе управления не нужно моделировать или напрямую ограничивать подробности движения, поскольку она может управлять главным результатом – в данном случае попаданием по гвоздю. Детали могут варьировать все то время, пока совокупно они приводят к нужному результату.

Стрельба Сандэнса Кида и тонкое искусство забивания гвоздей – очевидные примеры использования мозгом внутренних моделей. Мозгу нужно смоделировать суть, а не мелкие подробности. Иначе система управления даст сбой и не сможет выполнить задание – как Сандэнс Кид, которого заставили отслеживать и ограничивать слишком много несущественных деталей. Когда мозг управляет вниманием, направляя его сюда, удерживая его там, смещая медленно или быстро, расширяя или заостряя его, – какой внутренней моделью он пользуется? Какие аспекты внимания воссоздает эта модель?