Ник Лейн - Лестница жизни

Наше зрение гораздо сложнее, чем кажется, но мы не можем получить представление об его сложности путем интроспекции, то есть раздумий о том, как и что мы видим, и ни один мыслитель не сумел бы разобраться в механизме работы зрения, анализируя его логически. Наше сознание не имеет доступа к этому механизму. Люди даже не догадывались, до какой степени зрительная информация в мозге разбивается на составляющие, пока Дэвид Хьюбел и Торстен Визел из Гарварда не получили результаты начатых ими в 50-х годах XX века новаторских исследований, за которые в 1981 году они получили Нобелевскую премию (совместно с Роджером Сперри). Вводя микроэлектроды в мозг кошек, Хьюбел и Визел показали, что разные аспекты видимой картины вызывают активацию разных групп нейронов (нервных клеток). Теперь мы знаем, что информация о любом видимом изображении распределяется на тридцать или более каналов, так что некоторые нейроны посылают сигналы, например, лишь тогда, когда регистрируют край видимого объекта, движущийся в определенном направлении, вдоль диагональной, горизонтальной или вертикальной оси. Другие нейроны посылают сигналы в ответ на высокую или низкую контрастность, или глубину, или на определенный цвет, и так далее. Расположение каждой такой особенности в пространстве в пределах поля зрения тоже картируется, так что, например, темная горизонтальная линия в верхней части поля зрения запускает сигналы одной группы нейронов, а такая же линия в нижнем правом углу стимулирует другую группу нейронов.

На каждом этапе обработки зрительной информации зрительные области мозга чертят топографическую карту видимой части мира. Однако лишь впоследствии эта карта приобретает какой-либо смысл, вроде того, что ускользал от бедного профессора П. Чтобы обрести смысл («Ага! Это тигр!»), зрительная информация должна быть вновь сведена воедино. Это почти наверняка тоже происходит поэтапно: линии и цвета сводятся в полоски, по контурам определяется форма тела, и наконец, исходя из опыта, происходит узнавание крадущегося в зарослях тигра. Лишь последний этап этого процесса вообще представлен в сознании, а подавляющее большинство процессов, задействованных в обработке зрительной информации, всегда осуществляется бессознательно.

Как осколки картины собираются вместе? Этот вопрос в современной нейробиологии остается одним из самых интересных, и на него пока не удалось получить подробного ответа, который удовлетворил бы всех исследователей. Однако в общих чертах он ясен: нейроны посылают сигналы синхронно, и сигналы, поступающие одновременно, сводятся воедино. Все дело в точном согласовании во времени. Еще в конце 80-х годов Вольф Зингер и его коллеги из Института исследований мозга им. Макса Планка во Франкфурте-на-Майне сообщили об открытии ранее неизвестной разновидности мозговых волн, которые можно отслеживать на электроэнцефалограммах и которые впоследствии были названы гамма-ритмом [80] Этот ритм задается колебаниями электрической активности нейронов: если достаточно много нейронов возбуждается синхронно, их активность может регистрироваться на ЭЭГ. Когда нейрон возбуждается, снаружи в него стремительно поступают ионы натрия, и его мембрана деполяризуется, то есть электрическое напряжение на ней ослабевает. Если нейроны возбуждаются неупорядоченно, на ЭЭГ сложно что-либо отследить, но если деполяризация и последующая реполяризация множества нейронов в мозге происходят ритмично, на ЭЭГ наблюдаются мозговые волны. Ритм с частотой около 40 Гц означает, что многие нейроны возбуждаются синхронно, примерно каждые 25 миллисекунд. . Исследователи установили, что большие группы нейронов работают синхронно, следуя общему ритму, и посылают импульсы примерно каждые 25 миллисекунд, то есть, в среднем, примерно 40 раз в секунду, или с частотой в 40 герц (Гц). (На самом деле частота таких импульсов варьирует в пределах диапазона от 30 до 70 Гц, и это важно, но мы вернемся к этому позже.)

Такие синхронизованные наборы сигналов и искал в то время Фрэнсис Крик. Добившись снискавших ему новую славу успехов в расшифровке генетического кода, Крик решил обратиться к проблеме сознания, обрушив на нее всю мощь своего интеллекта. Вместе с Кристофом Кохом он занимался поисками наборов сигналов, которые могли бы коррелировать с самим сознанием. Крик назвал такие сигналы нейронными коррелятами сознания.

Крик и Кох прекрасно знали, что значительная часть обработки зрительной информации осуществляется бессознательно. Это делает вопрос о природе сознания «все страньше и страньше». Вся информация от органов чувств поступаете мозг в форме нервных импульсов, но некоторые разновидности этих импульсов воспринимаются сознанием, так что мы узнаем, например, цвета или лица, в то время как другие разновидности (все те, что осуществляют обработку информации о линиях, контрастности, расстояниях и так далее) сознания не достигают. В чем же разница между ними?

Крик и Кох рассудили, что это невозможно узнать, не зная, какие разновидности нейронов связаны с сознательным восприятием, а какие нет. Им хотелось найти некую особую группу нейронов, которые начинают испускать сигналы в тот самый момент, когда испытуемый осознает что-либо (например, что он видит собаку), и незамедлительно выключались бы, когда его внимание переключается на что-то другое. Крик и Кох предположили, что сигналы нейронов, порождающие сознательное восприятие, должны чем-то отличаться от сигналов других нейронов. Нейронные корреляты сознания, поисками которых занялись эти исследователи, стали для нейронауки чем-то вроде Святого Грааля. Ритм сигналов, посылаемых с частотой около 40 Гц, привлек внимание Крика и Коха, потому что он мог указывать (и действительно указывает) на принцип, который мог лежать в основе искомой разницы. Нейроны, посылающие сигналы одновременно, в любой момент связаны друг с другом, даже если их разделяет большое расстояние. Все сигналы, идущие параллельно по разным цепям, могут успешно совмещаться на выходе благодаря их синхронности. В итоге сознание может обладать единством, меняясь со временем, как музыка множества инструментов оркестра, разные мелодические линии которой в любой момент связаны общей гармонией. Как сказал о музыке Томас С. Элиот, «пока она длится, вы сами — музыка».

Эта идея заманчива, но если подумать, она не так проста, как кажется. Принципиальная проблема состоит в том, что связывание информации должно происходить на множестве уровней, отнюдь не только в зрительной системе. Судя по всему, другие аспекты сознания работают точно так же. Возьмем, например, память. Нейрохимик Стивен Роуз в своей прекрасной книге «Устройство памяти» удивлялся, в какое недоумение его приводило то, что воспоминания рассеиваются, как дым, по всему мозгу: кажется, что они не «размещаются» ни в одном конкретном месте. Впоследствии он выяснил, что так происходит оттого, что они разбиваются на составляющие — точно так же, как зрительная информация. Например, проводя эксперименты с недавно вылупившимися цыплятами, пытавшимися клевать разноцветные бусины, Роуз убедился, что цыплята быстро обучались не пытаться клевать бусины определенного цвета, если они всегда были покрыты горьким веществом, но что память о горьких бусинах хранилась по частям: о цвете — в одном месте, о форме — в другом, о размерах — в третьем, о вкусе — в четвертом, и так далее. Для формирования связных воспоминаний все эти элементы требуется вновь соединить, как бы повторно испытывая запоминаемые ощущения. И действительно, недавние исследования показывают, что повторное совмещение составляющих памяти осуществляется за счет запуска сигналов того самого ансамбля нейронов, который реагировал на само запоминаемое ощущение.