Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли - Станислас Деан

Благодаря гену FoxP2 и всему его семейству каждый нейрон префронтальной коры у человека содержит по 15 тысяч отростков и более. Это значит, что он связан почти с таким же количеством других нейронов, по большей части расположенных в очень отдаленных частях коры и зрительного бугра. Похоже на идеальный адаптивный механизм — можно собирать информацию по всему мозгу, а если она окажется достаточно важна, передавать ее снова в тысячи других точек.

Предположим, мы получили возможность проследить все связи, которые активируются, когда мы осознаем и распознаем чье-то лицо — вроде как ФБР прослеживает звонок, идущий через несколько последовательных коммуникационных узлов. Что мы увидим? Вначале входящий образ будет приведен в порядок очень короткими каналами связи, расположенными в сетчатке глаза. Сжатый образ последует дальше по толстому кабелю оптического нерва, достигнет зрительного бугра и отправится в первичную зрительную область затылочной доли. Местные U-образные волокна передадут его в несколько кластеров нейронов правой веретенообразной извилины, где исследователи обнаружили кластеры распознания лиц, то есть участки нейронов, настроенные на работу с лицами. Вся эта деятельность будет происходить без участия сознания. А дальше? Куда дальше поведут связи? Живительный ответ на этот вопрос отыскала швейцарская исследовательница Стефани Кларк26: удаленные аксоны вдруг разом отпускают зрительную информацию распространяться практически по всем уголкам мозга. Крупные каналы, исходящие из правой нижней височной доли, напрямую за один синаптический импульс отправят данные в отдаленные области ассоциативной коры, в том числе в другом полушарии. Информация станет накапливаться в нижней фронтальной коре (центр Брокá) и в височном отделе ассоциативной коры (зона Вернике). Обе эти зоны являются ключевыми пунктами речевой сети человеческого мозга, поэтому на данном этапе к поступающей зрительной информации начнут присоединяться слова.

Сами по себе эти области являются частью обширной сети рабочих пространств, и потому информация может распространиться далее и попасть во внутренний круг высокоуровневых управляющих систем, циркулируя туда-сюда в группах активных нейронов. Если моя теория верна, именно угодив в эту плотную структуру, информация попадает в сознание.

Попробуйте прикинуть, сколько осознанных мыслей у вас было всего: припомните все лица, предметы, сцены, которые можете узнать, все оттенки когда-либо испытанных эмоций, от непреодолимой злобы до легкого злорадства, каждый уголок на карте мира, каждый исторический факт, каждую математическую формулу или каждую сплетню, неважно, правдивую или лживую, которую вы когда-либо слышали или могли услышать, вспомните произношение и значение каждого слова, которое вы знаете или могли знать на любом языке… Бесконечный список! И тем не менее все это может в следующий миг всплыть у вас в сознании. Но как может быть закодирован в нейронном пространстве такой огромный объем разнородной информации? Что представляет собой нейронный код сознания, как он поддерживает столь обширный, практически бесконечный набор идей?

Нейробиолог Джулио Тонони отмечает, что один лишь объем нашего репертуара по части идей уже служит ограничителем для нейронного кодирования осознанных мыслей27. В основе этого кода должна лежать абсолютно невероятная дифференциация: комбинации активных и бездействующих нейронов в глобальном рабочем пространстве должны складываться в миллиарды разных рисунков деятельности. Каждое возможное осознанное состояние психики должно иметь собственный рисунок нейронной активности, отличный от всех прочих. В результате осознанные состояния должны быть четко разграничены: это либо птица, либо самолет, либо Супермен, но никак не все сразу одновременно. Для четкого мышления с мириадами потенциальных мыслей нужен мозг с мириадами потенциальных состояний.

В книге «Организация поведения» (1949) Дональд Хебб уже предложил провидческую теорию относительно того, каким образом кодируются мысли в мозгу. Хебб ввел концепцию «совокупностей клеток» — групп нейронов, которые связаны между собой возбуждающими синапсами и потому сохраняют активность в течение долгого времени после того, как исчезнет внешний стимул. «Любая часто повторяющаяся характерная стимуляция, — предполагал Хебб, — повлечет за собой медленное развитие совокупности клеток, диффузной структуры, объединяющей в себе клетки коры и промежуточного мозга (а также, возможно, базальных ганглиев переднего мозга) и способной в течение краткого времени функционировать как замкнутая система»28.

Входящие в совокупность клеток нейроны поддерживают друг друга, посылая возбуждающие импульсы. В результате на ограниченном участке нейронного пространства возникает всплеск активности. А поскольку такие местные совокупности клеток могут активироваться независимо друг от друга и в самых разных частях мозга, в результате мы имеем комбинаторный код, с помощью которого можно изобразить миллиарды состояний. Так, любой видимый объект можно представить как комбинацию цвета, размера и фрагментов геометрических фигур. Записи деятельности коры головного мозга подтверждают: образ, к примеру, огнетушителя закодирован в мозгу как сочетание активных «участков», включающих в себя несколько сот нейронов каждый и составляющих репрезентацию каждой отдельной части огнетушителя (рукоятка, баллон, шланг и т. д.)29.

В 1959 году пионер исследований в области искусственного интеллекта Джон Селфридж ввел в обиход еще одну полезную метафору — пандемониум30. Селфридж представлял мозг в виде иерархии специализированных «демонов», каждый из которых предлагает на пробу собственную интерпретацию входящего образа. Его правоту подтвердили три десятка лет исследований в области нейрофизиологии, и в частности, открытие зрительных клеток, настроенных на линии, цвета, глаза, лица и даже американских президентов и голливудских звезд. В модели Селфриджа демоны перекрикивались, сообщая друг другу избранные ими интерпретации в соответствии с тем, насколько им соответствовал воспринимаемый образ. Их крик последовательно проходил через все более абстрактные механизмы, нейроны реагировали на все более абстрактные качества образа — так, например, если три демона кричали о наличии глаз, носа и волос, то проснувшийся четвертый демон кодировал все это как лицо. Прислушиваясь к наиболее громко озвучиваемым вариантам, система принятия решений могла сформулировать мнение о наблюдаемом объекте — оно же сознательное восприятие.

Позже к пандемониум-модели Селфриджа было сделано одно важное дополнение. Изначально передача данных в ней шла по иерархии строго вверх: демоны кричали только стоящему над ними демону, однако стоящий выше демон никогда ничего не кричал ни стоящим ниже, ни даже другим демонам своего уровня. На практике же нейронные системы не просто передают информацию наверх, но и общаются между собой. В коре головного мозга есть масса петель и обоюдонаправленных проекций31. Друг с другом разговаривают даже отдельные нейроны: если нейрон α сигналит нейрону β, то нейрон β, скорее всего, сигналит нейрону α32. Связанные между собой нейроны любого уровня поддерживают друг друга, а нейроны, находящиеся на вершине иерархии, могут связываться с подчиненными, поэтому объемы данных, идущих сверху вниз, как минимум не уступают объемам данных, идущих снизу вверх.