Учёные приступили к распутыванию тайны, которая давно будоражит умы философов.
Сознание — это всё, что вы переживаете. Это мелодия, застрявшая в вашей голове, сладкий вкус шоколадного мусса, пульсирующая зубная боль, безмерная любовь к вашему ребёнку и горькое знание о том, что в конце концов все чувства исчезнут.
С глубокой древности до наших дней происхождение и природа этих переживаний, иногда называемых квалиа, окружены завесой тайны. Многие представители современной аналитической философии разума — и первую скрипку играет, пожалуй, Даниэл Деннетт из Университета Тафтса — считают существование сознания столь невыносимым оскорблением для реальности, которая, по их мнению, является бессмысленной материальной вселенной и пустотой, что объявляют его иллюзией. То есть, с их точки зрения, квалиа либо не существуют, либо недоступны для научного исследования.
Будь это утверждение истиной, моё эссе оказалось бы очень коротким. Мне оставалось бы лишь объяснить, почему вы, я и большинство других людей твёрдо убеждены, что чувства у нас есть. Однако при абсцессе зуба никакой довод, даже самый изощрённый, в пользу иллюзорности моей боли не уменьшит мои мучения ни на йоту. Поскольку попытки решить психофизическую проблему отчаянными рассуждениями такого рода не вызывают у меня сочувствия, пойду дальше.
Большинство учёных принимают сознание как данность и стремятся понять его связь с объективным миром, о котором говорит наука. Более четверти века назад мы с Фрэнсисом Криком решили отложить в сторону философские дискуссии на тему сознания (которые длятся, по меньшей мере, со времён Аристотеля) и взамен заняться поиском его физических следов. Что происходит в очень чувствительной части головного мозга, порождающей сознание? Поняв это, мы, по-видимому, сможем приблизиться к решению более фундаментальной проблемы.
Мы ищем, в частности, нейронные корреляты сознания (НКС), определяемые как элементарные нейронные механизмы, в совокупности достаточные для возникновения любого конкретного переживания. Что, к примеру, должно происходить в вашем мозгу, чтобы вы чувствовали зубную боль? Может, каким-то нервным клеткам следует вибрировать с какой-то магической частотой? А может, нужна активация каких-то особых «нейронов сознания»? В каких зонах головного мозга находятся эти клетки?
Нейронные корреляты сознания
При определении НКС важную роль играет слово «элементарный». В конце концов, весь головной мозг можно рассматривать как нейронный коррелят сознания: он постоянно, изо дня в день, генерирует переживания. Но место пребывания сознания можно очертить более строго. Возьмём спинной мозг — гибкую трубку нервной ткани длиной в полтора фута, которая пронизывает позвоночник и содержит около миллиарда нервных клеток. Травма в области шеи, оборвавшая связь спинного мозга с головным, парализует конечности и туловище, делает их неспособными ощущать, а также лишает пострадавших способности контролировать работу кишечника и мочевого пузыря. И всё же в переживаниях этих тетраплегиков полностью сохраняется всё многообразие жизни: они видят, слышат, обоняют, эмоционально реагируют и запоминают так же хорошо, как делали это до трагического инцидента, радикально изменившего их жизнь.
А теперь посмотрим на мозжечок — «маленький мозг» в нижней задней части головного мозга, один из наиболее древних его автономных отделов. Мозжечок участвует в управлении моторикой, позами и походкой, от него зависит плавное выполнение сложных последовательностей моторных движений. Игра на пианино, набор текста, танцы на льду, скалолазание — все эти действия связаны с мозжечком. Он содержит клетки Пуркинье — самые восхитительные нейроны головного мозга, которые благодаря роскошным усикам-дендритам напоминают веерные кораллы и таят в себе сложную электрическую динамику. И вообще: в мозжечке огромное количество нейронов, около 69 миллиардов (большинство из которых — звёздчатые клетки-зёрна), что в четыре раза больше, чем в остальных отделах головного мозга вместе взятых.
Что происходит с сознанием при повреждении мозжечка в результате инсульта или хирургического вмешательства? Очень мало! Пациенты с повреждённым мозжечком говорят об утрате некоторых навыков, таких как беглые движения пальцев при игре на пианино или наборе текста, но никогда не жалуются на потерю способности что-либо сознавать. У них прекрасно работают зрение, слух и другие виды чувствительности, они сохраняют самоконтроль, помнят прошлое и строят планы на будущее. Даже рождение без мозжечка не оказывает существенного влияния на сознание индивида.
Весь огромный мозжечковый аппарат не имеет отношения к субъективным переживаниям. Почему? Важные подсказки даёт его схема. Здесь царят единообразие и параллелизм (точь-в-точь такой, какой имеет место при параллельном подключении батарей). По существу, мозжечок представляет собой цепь прямой связи: одна группа нейронов воздействует на другую, а та, в свою очередь, — на третью. Нет сложной системы обратной связи, реагирующей на идущие вперёд и назад электрические импульсы. (Учитывая время, необходимое для того, чтобы сознание сформировало ощущение, большинство теоретиков делают вывод, что в этом процессе должны участвовать контуры обратной связи кавернозной схемы головного мозга). Кроме того, мозжечок функционально делится на сотни, а то и тысячи, независимых вычислительных модулей. Каждый из них работает параллельно, имеет разные, непересекающиеся входы и выходы, управляет движениями разных моторных или когнитивных систем. Эти модули практически не взаимодействуют, а взаимодействие элементов схемы необходимо для сознания.
Важный урок, который следует извлечь из нашего обзора особенностей спинного мозга и мозжечка, состоит в том, что не всякая нервная ткань способна, возбуждаясь, создавать ощущения. У джинна сознания есть своя, особая лампа. Как удалось выяснить, роль волшебной лампы играет серое вещество поверхности головного мозга, его знаменитой коры. Кора полушария представляет собой ламинированный слой сложно взаимодействующих участков нервной ткани, по своим размерам похожий на 14-дюймовую пиццу. Два чрезвычайно морщинистых полушария с их сотнями миллионов проводков (белым веществом) втиснуты в черепную коробку. Все имеющиеся в распоряжении учёных факты говорят о том, что ощущения создаёт неокортекс.
Мы можем очертить местонахождение сознания более точно. Обратимся к экспериментам, в которых разным глазам — правому и левому — предъявляют разные стимулы. Пусть в поле вашего зрения два разных образа — Дональда Трампа и Хиллари Клинтон, причём первый образ виден лишь левому глазу, а второй — лишь правому. В сознании возникает странная суперпозиция Трампа и Клинтон. И впрямь необычно: в течение нескольких секунд виден Трамп, потом он исчезает и появляется Клинтон, которая, в свою очередь, исчезает, чтобы вновь появился Трамп. В результате того, что неврологи называют бинокулярным соперничеством, два образа сменяют друг друга в бесконечном танце. Поскольку мозг получает неоднозначную информацию, он не может решить, с кем имеет дело — с Трампом или с Клинтон.
Если во время этого эксперимента вы лежите внутри МРТ-сканера, который регистрирует активность вашего головного мозга, экспериментаторы обнаружат, что активны сразу несколько областей коры. Их общее название — «постериорная горячая зона». Это теменные, затылочные и височные области задней части кортекса [см. рисунок ниже], играющие главную роль при отслеживании зрительных образов. Любопытно, что первичная зрительная кора, которая получает и передаёт идущую от глаз информацию, не сигнализирует о том, что видит субъект. Сходное разделение труда, по-видимому, применяется и в кортексе, работающем на слух и осязание: соответствующие виды первичной коры (первичная слуховая и первичная соматосенсорная) не вносят непосредственного вклада в содержание слуховых или соматосенсорных переживаний. Сознание воспринимает образы, в том числе образы Трампа и Клинтон, благодаря активности не первичной, а постериорной коры, точнее — её горячей зоны.
Более яркую картину этих причинно-следственных связей дают два клинических источника: электростимуляция кортикальной ткани и исследование пациентов, лишившихся некоторых областей кортекса вследствие травмы или болезни. Например, перед удалением у пациента опухоли головного мозга или зоны очага эпилептических припадков нейрохирурги картируют функции близлежащей кортикальной ткани, непосредственно стимулируя её с помощью электродов. Стимуляция постериорной горячей зоны вызывает множество разнообразных переживаний. Это могут быть вспышки света, геометрические формы, искажённое восприятие лиц, слуховые и зрительные галлюцинации, ощущение тривиальности или нереальности происходящего, позывы шевельнуть какой-то конечностью и так далее. Стимуляция передней части коры — совсем другое дело: по большому счёту, она непосредственно никаких переживаний не вызывает.
Ещё один источник важной информации — неврологические пациенты первой половины ХХ века. Хирургам иногда приходилось вырезать целый пояс префронтальной коры, чтобы удалить опухоли или ослабить припадки эпилепсии. Примечательно то, что поведение прооперированных пациентов оказалось ничем не примечательным. Потеря части лобной доли имела-таки определённые негативные последствия: пациенты перестали контролировать неуместные эмоции и действия, у них возникли проблемы с моторикой, отмечено непроизвольное повторение некоторых действий и слов. Однако после операции их личностные качества и IQ улучшились, они продолжали жить много лет, и ничто не говорило о том, что радикальное удаление лобной ткани значительно повлияло на их сознание. А вот удаление даже небольших участков горячей зоны постериорной коры чревато потерей целых классов переживаний: пациенты не способны распознавать лица, фиксировать движение, воспринимать цвета и пространство.
Так что, по-видимому, зрительные, звуковые и прочие образы переживаемых нами событий генерируются участками постериорной коры. Насколько можно судить, почти все переживания возникают именно там. Что мешает большей части префронтальной коры иметь такое же непосредственное отношение к субъективному контенту, какое имеет постериорная горячая зона? Увы, мы не знаем. Ну и пусть! Ведь недавнее открытие нейробиологов, похоже, приблизило нас к ответу на данный вопрос, и от этого захватывает дух.
Измерение сознания
В медицине наблюдается неудовлетворённый спрос на прибор, способный чётко фиксировать наличие или отсутствие сознания у людей, которые пребывают в ослабленном состоянии или полностью недееспособны. Например, во время хирургической операции применяется анестезия. Она нужна для того, чтобы пациент не двигался и не чувствовал боли, чтобы его кровяное давление было стабильным и чтобы впоследствии его не мучили неприятные воспоминания. К сожалению, достичь всего этого удаётся далеко не всегда: ежегодно сотни пациентов, находясь под наркозом, частично остаются в сознании.
А ещё есть пациенты с серьёзными повреждениями головного мозга, полученными в результате несчастного случая, инфекционного заболевания или острой интоксикации. Они могут жить годы и годы, не имея возможности говорить или отвечать на устные вопросы. Врачам бывает очень трудно установить, есть ли у таких пациентов переживания. Представьте себе летящего в космосе астронавта, который слышит, как с ним пытается связаться центр управления полётом, но ответить не может, ибо из-за поломки его переговорное устройство работает только на приём. Астронавт оказался потерянным для мира. В таком же безнадёжном одиночестве пребывает пациент, чей повреждённый мозг не позволяет ему общаться с миром. Это крайняя форма одиночного заключения.
В начале 2000-х годов Джулио Тонони из Висконсинского университета в Мэдисоне и Марчелло Массимини, ныне работающий в Миланском университете, Италия, впервые применили технологию «zap and zip», чтобы установить наличие или отсутствие сознания. Это делается так: катушку индуктивности прикладывают к коже головы и «бабахают» (zap) — посылают в черепную коробку мощный магнитный импульс, — индуцируя в ближних нейронах головного мозга кратковременный электрический ток. В свою очередь индуцированный ток возбуждает и подавляет клетки-партнёры этих нейронов, проникая по цепи в соседние области. Пока совсем не затухнут, волны электрического тока успевают пройти по всему кортексу. Размещённые на голове датчики фиксируют этот процесс в виде электроэнцефалограммы. В результате получается фильм, который показывает, как с течением времени в разных местах головного мозга возникают электрические импульсы.
Следы переживаний
Полученные таким путём записи не демонстрируют какой-то стереотипный паттерн, однако эти данные нельзя назвать и совершенно случайными. Интересен вот какой момент: чем более предсказуемо распространение электрических волн, тем больше вероятность отсутствия сознания. Применив алгоритм сжатия информации, с помощью которого архивируют компьютерные файлы (zip), выявленную связь удалось представить количественно. Так исследователи научились оценивать сложность реакции головного мозга. У добровольцев, когда они бодрствовали, ИСП — «индекс сложности пертурбаций» (perturbational complexity index) — принимал значения от 0,31 до 0,70, а когда они находились в состоянии глубокого сна или под наркозом, опускался ниже 0,31. Массимини и Тонони протестировали технологию «zap and zip» на 48 бодрствовавших пациентах, которые имели повреждения головного мозга, но, несмотря на это, нормально реагировали на вопросы. Исследователи обнаружили, что в каждом из 48 случаев полученный ИСП подтвердил поведенческие признаки наличия сознания.
Затем эта команда учёных проверила технологию на пациентах, часть из которых демонстрировала минимальные проблески сознания, а другая вообще пребывала в вегетативном состоянии (в общей сложности — 81 человек). Для первой группы (с проблесками нерефлекторного поведения) наличие сознания было правильно установлено в 36 случаях из 38. Лишь у двух пациентов этой группы было ошибочно зафиксировано бессознательное состояние. Из 43 пациентов в вегетативном состоянии (все попытки наладить с ними связь повалились) отсутствие сознания было диагностировано у 34. Мозг девяти остальных реагировал так же, как и при наличии сознания. Возможно, эти пациенты из числа тех, что способны сознавать, но не способны общаться даже с близкими им людьми.
В настоящее время исследователи стремятся усовершенствовать и стандартизировать технологию «zap and zip» для работы с неврологическими больными, а также распространить её применение на пациентов, которых лечат психиатры и педиатры. Какие нейронные механизмы порождают переживания, учёные рано или поздно выяснят, что существенно повлияет на развитие медицины и, вероятно, облегчит участь многих людей, чьи родные и близкие имеют тяжёлые повреждения мозга. Однако останется ряд фундаментальных вопросов. Почему эти нейроны, а не те? Почему именно эта частота, а не другая? Где ответ на вопрос о том, как и почему высокоорганизованный кусок активной материи порождает сознание? Вот уж, поистине, вечная тайна! Ну, в самом деле: головной мозг, как и любой другой орган, подчиняется физическим законам — тем же самым, что сердце или печень. В чём же разница? Какая особенность биофизики куска легковозбудимого вещества головного мозга позволяет ему превращать серую слизь в великолепный объёмный звук и в не менее великолепное подвижное многообразие цвета, из которых сотканы наши повседневные переживания?
В конечном итоге нам нужна солидная научная теория сознания, способная ответить на вопрос о том, при каких условиях некая физическая система — будь то сложная цепь нейронов или кремниевых транзисторов — генерирует переживания. Кроме того, у этой теории должны быть ответы и на другие вопросы. Почему переживания бывают разного качества? Почему чистое голубое небо ощущается совсем иначе, чем визг плохо настроенной скрипки? Есть ли у такого рода различий в ощущениях какая-то функция, и если есть, то какая? Имея солидную теорию сознания, мы сможем верифицируемо предсказывать, в каких случаях создаваемые нами системы окажутся переживающими. Пока такой теории нет, приходится рассуждать на тему машинного сознания, опираясь лишь на интуицию, а она, как свидетельствует история науки, надёжным помощником не является.
В наше время наибольшей известностью пользуются две теории сознания, и обе вызывают ожесточённые споры. Одна из них — это теория глобального нейронного рабочего пространства (global neuronal workspace, GNW) психолога Бернарда Дж. Баарса и нейробиологов Станисласа Деана и Жан-Пьера Шанжё. К созданию этой теории привело следующее наблюдение: когда вы действуете осознанно, к информации об этом действии имеют доступ многие области вашего головного мозга, а когда вы действуете неосознанно, информация локализуется в рамках конкретной задействованной вами сенсомоторной системы. Например, быстрый набор текста вы осуществляете автоматически, и, если вас спросят, как вы это делаете, вы не сможете ответить: информация об этом процессе в основном проходит мимо вашего сознания, локализуясь в нейронных цепях, связывающих глаза с беглыми движениями пальцев.
На пути к фундаментальной теории
Сознание, утверждает теория GNW, есть порождение определённого типа обработки информации — того самого, что нашёл применение уже в первых системах искусственного интеллекта, где все специализированные программы имели доступ к общему для них скромному хранилищу информации. Любые данные, появлявшиеся на этой «доске», сразу же становились доступными устройству, ответственному за рабочую память, язык, планирование или какой-то ещё функциональный модуль второго уровня. Согласно теории GNW, сознание возникает тогда, когда поступающая на такую доску сенсорная информация глобально передаётся множеству когнитивных систем, обрабатывающих эти данные, чтобы говорить, запоминать, вспоминать или действовать.
Поскольку место на доске ограничено, в любой момент времени мы можем осознавать лишь малую толику информации. Учёные предполагают, что сеть нейронов, передающих эти сообщения, находится в лобной и теменной долях головного мозга. Когда эти скудные данные транслируются в этой сети и глобально доступны, информация осознаётся. То есть попадает в поле сознания субъекта. Хотя современные машины ещё не достигли такого уровня когнитивной сложности, это всего лишь вопрос времени. Компьютеры будущего, утверждает теория GNW, будут сознающими.
К теории интегрированной информации (ТИИ), разработанной Тонони и его сотрудниками, включая меня, привели совсем другие наблюдения: сами переживания. У каждого переживания есть определённые существенные свойства. Оно является внутренне присущим, существуя лишь для субъекта как его «владельца»; оно структурировано (жёлтое такси тормозит, чтобы не сбить перебегающую дорогу коричневую собаку); и оно специфично — отличается от любого другого переживания (подобно тому, как конкретный кадр фильма отличается от всех остальных). Кроме того, оно едино и конкретно. Когда вы в тёплый солнечный день сидите на скамейке парка и смотрите, как играют дети, разные фрагменты этого переживания — к примеру, лёгкий ветерок, шевелящий ваши волосы, и радость, которую вызывает смех вашего малыша, — нельзя отделить друг от друга, не превращая данное переживание в какое-то другое.
Тонони постулирует, что любой сложный механизм, который имеет взаимосвязанные элементы и структура которого кодирует некое множество причинно-следственных связей, обладает вышеуказанными свойствами и, следовательно, определённым уровнем сознания. Такой механизм чувствует весь мир как внешний по отношению к себе. Но если, как в случае с мозжечком, у механизма отсутствуют интеграция и сложность, он ничего не сознаёт. Как утверждает ТИИ, сознание — это внутренне присущая причинная сила, связанная с такими сложными механизмами, каким, в частности, является головной мозг человека.
Кроме того, к созданию ТИИ привела сложность лежащей в основе сознания структуры взаимосвязанных элементов — неотрицательное число Φ (произносится как «фи»), которое количественно определяет сознание. Если Φ равняется нулю, данная система не чувствует своей самости. Напротив, если это число растёт, растёт внутренняя причинная сила системы, то есть её сознательность. У головного мозга, обладающего огромной и высокоспецифичной связностью, число Φ очень большое, что означает высокий уровень сознания. ТИИ объясняет целый ряд нейробиологических фактов — например, почему мозжечок не имеет прямого отношения к сознанию и почему последнее можно измерять с помощью технологии «zap and zip». (Этот способ измерения позволяет, пусть и очень грубо, определять число Φ).
Помимо всего прочего ТИИ предсказывает, что как бы тщательно ни создавалась на цифровом компьютере модель человеческого головного мозга, она не будет сознающей, даже если научится говорить точь-в-точь, как человек. Подобно тому, как симуляция огромного гравитационного притяжения чёрной дыры не в состоянии деформировать действительное пространство-время вокруг компьютера, на котором запущена эта астрофизическая модель, программирование сознания не способно создать сознающий компьютер. Сознание нельзя вычислить: оно должно быть встроено в структуру системы.
Впереди две проблемы. Одна из них — дальнейшее уточнение нейронной локализации сознания за счёт применения всё более совершенных инструментов, позволяющих наблюдать и исследовать обширные коалиции очень гетерогенных нейронов, составляющих головной мозг. Византийская витиеватость центральной нервной системы наводит на мысль, что на эту работу уйдут десятилетия. Другая проблема — верификация или фальсификация двух господствующих ныне теорий сознания. Или, возможно, создание новой, более совершенной теории из фрагментов двух нынешних, которая смогла бы дать научное решение главной загадки нашего существования: как трёхфунтовый орган нашего тела, консистенция которого напоминает соевый творог, порождает ощущение жизни.
Источник: ХХ2 ВЕК
