Станислас Деан - Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли

Еще более поразительные успехи получены в последнее время в области оптогенетики — удивительной технологии, в которой для управления нейронами используется не электрический ток, а свет. Основы оптогенетики были заложены в день, когда в водорослях и бактериях были обнаружены светочувствительные молекулы, или опсины, преобразующие фотоны света в электрические сигналы — базовый язык нейронов. Ученым известно, какие гены управляют появлением опсинов, поэтому светочувствительные клетки можно получить с помощью генной инженерии. В мозг животного вводят вирус, который несет в себе эти гены, но передает их только определенной подгруппе нейронов, и в арсенале мозга появляются новые фоторецепторы. В самых глубинах коры мозга, в темных уголках, в норме нечувствительных к свету, луч лазера внезапно пробуждает всплеск нейронных пиков с точностью до миллисекунды.

С помощью оптогенетики нейробиологи могут избирательно активировать или подавлять деятельность любых цепей в мозгу 91. С помощью этой техники удалось даже разбудить спящую мышь — для этого ученые стимулировали ей гипоталамус 92. Вскоре оптогенетика поможет нам возбуждать еще более дифференцированные состояния мозговой активности и таким образом на ровном месте создавать то или иное осознанное ощущение. Следите за новостями — в следующие 10 лет нас, по всей видимости, ожидают новые открытия в области нейронных кодов, которые управляют нашей психической жизнью.

Итак, мы обнаружили автографы сознательного восприятия, но что дальше? В какой момент они проявляются? Теперь нам нужна теория, которая объяснит, каким образом субъективная интроспекция связана с объективными данными. В этой главе я познакомлю читателя с гипотезой «глобального нейронного рабочего пространства», которая стала плодом пятнадцатилетних трудов сотрудников моей лаборатории, стремившихся понять, что есть сознание. Идея проста: сознание — это обмен информацией, охватывающий весь мозг. В человеческом мозгу, а особенно в префронтальной коре, развились эффективные сети, передающие информацию на большие расстояния. Задача этих сетей заключается в том, чтобы отбирать важные данные и распространять их по всем структурам мозга. Сознание же — это развитый инструмент, позволяющий нам фокусировать внимание на некоем фрагменте информации и поддерживать его в активном состоянии в рамках этой передающей системы. Как только информация будет осознана, ее можно легко перенаправить в другие области в соответствии с нашими текущими целями. Мы можем дать ей имя, оценить ее, запомнить или использовать для того, чтобы планировать будущее. На компьютерных моделях нейронных сетей видно, что глобальные нейронные рабочие пространства генерируют те самые автографы, которые мы наблюдаем в экспериментальных записях работы мозга. Та же гипотеза объясняет, почему огромные объемы данных остаются недоступными для нашего сознания.

Я стану рассматривать человеческие стремления и аффекты… так же, как рассматривал бы прямые, плоскости и тела.

Выявив автографы сознания, мы сделали огромный шаг вперед, однако даже найденные нами волны мозга и нейронные пики не объясняют, почему сознание существует или отчего возникает. Почему в результате запоздалых нейронных импульсов, массированного возбуждения коры и синхронной работы мозга возникает субъективное состояние разума? Каким образом происходящие в мозгу процессы, сколь угодно сложные, создают ментальный опыт? Почему нейронные импульсы в области V4 порождают восприятие цвета, а те же импульсы в области V5 — чувство движения? Нейробиологи нашли множество эмпирических связей между активностью мозга и психической жизнью, однако концептуальная пропасть между мозгом и разумом не стала меньше ни на вершок.

Не имея подходящей теории, нейробиологи со своими открытиями рискуют уподобиться Декарту, полагавшему, что душа человека заключена в шишковидном теле. Интуиция подсказывает, что это вещи несравнимые, относящиеся к совершенно разным областям — в одном случае мы говорим о строении мозга, а в другом — о психике. Для того чтобы объединить оба явления, нужно не просто наблюдение, а полновесная теория.

Загадки, ставящие в тупик современных нейробиологов, не слишком отличаются от загадок, над которыми бились физики XIX—XX веков. Каким образом макроскопические свойства обычной материи могут быть следствием того или иного расположения атомов? Почему имеет такую твердость стол, почти целиком состоящий из пустоты с редкими вкраплениями атомов углерода, кислорода и водорода? Что такое жидкость? Твердое тело? Кристалл? Газ? Пламя? Каким образом формы и прочие видимые и осязаемые свойства предметов складываются из редкой ткани атомов? Для того чтобы ответить на эти вопросы, им пришлось разобрать материю на составляющие, но и этого было мало: требовалась синтетическая математическая теория. Кинетическая теория газа, впервые изложенная Джеймсом Клерком Максвеллом и Людвигом Больцманом, стала известна потому, что объясняла, каким образом такие макроскопические переменные, как давление и температура, являются следствием движения атомов в газе. Эта теория была первой в череде математических моделей материи — цепочке редукционистских идей, сегодня использующихся для описания веществ таких друг от друга далеких, как клей и мыльные пузыри или кипяток в кофейнике и плазма полыхающего вдалеке Солнца.

Для того чтобы преодолеть разрыв между мозгом и разумом, нам нужна теория того же класса. Никакими экспериментами не объяснить, каким образом сотни миллиардов нейронов человеческого мозга посылают импульс в миг возникновения сознательного восприятия. Только с помощью математической теории мы поймем, каким образом психические процессы сводятся к нейронным импульсам. Нейробиологии требуются законы, аналогичные теории газов Максвелла — Больцмана, законы, которые объединят между собой очень разные домены. Задача непростая: «сгущенная материя» мозга — самое, вероятно, сложное, что есть на земле. Смоделировать мозг — это вам не разобраться в простой структуре газа, здесь потребуются последовательные объяснения на разных уровнях. Мыслительный процесс — явление головокружительно сложное, чем-то напоминающее матрешку: он возникает из сложной комбинации стандартных ментальных процедур, или процессоров, каждый из которых реализуется цепочками в различных участках мозга, причем сами эти цепочки состоят из клеток нескольких десятков разновидностей. И даже один-единственный нейрон с его десятками тысяч синапсов — это уже целая вселенная суетливых молекул, моделировать которую можно столетиями.