Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли - Станислас Деан

Имитации и математические модели реалистичных «нейросетевых» моделей с большим количеством таких петель показывают, что у всех у них есть одно очень полезное свойство. Стоит возбудиться подгруппе нейронов, и вся группа самоорганизуется и приходит в аттракторное состояние: группы нейронов генерируют воспроизводимый рисунок активности, который остается стабилен в течение долгого времени33. Как и предполагал Хебб, взаимосвязанные нейроны склонны к образованию стабильных совокупностей клеток.

В качестве кодовых схем эти воспроизводящиеся сети обладают еще одним достоинством: они зачастую приходят к консенсусу. В нейронных сетях с повторяющимися связями нейроны, в отличие от демонов Селфриджа, не просто кричат друг другу, а договариваются между собой и приходят к единой интерпретации воспринимаемой сцены. Наиболее возбужденные нейроны взаимно поддерживают друг друга и постепенно подавляют прочие альтернативные интерпретации. В результате им удается восстановить недостающие детали и отсечь помехи. После нескольких итераций закодированная нейронами картина представляет собой очищенную и интерпретированную версию воспринятого образа. Картина эта отличается большей стабильностью и устойчивостью к помехам, последовательна внутри себя и явственно отличима от прочих аттракторных состояний. Фрэнсис Крик и Кристоф Кош описывают эту репрезентацию как победившую в соревновании «нейронную коалицию», причем предполагают, что она является прекрасным двигателем для сознательной репрезентации34.

Слово «коалиция» подводит нас еще к одному важному аспекту, связанному с нейронным кодированием: нейронный код должен быть тесно интегрирован35. Все моменты сознательного восприятия сливаются для нас в одну общую картину. Рассматривая «Мону Лизу» Леонардо да Винчи, мы ведь видим не какого-нибудь там безрукого потрошеного Пикассо с витающей в воздухе улыбкой Чеширского кота и плывущими отдельно глазами. Мы воспринимаем все эти элементы (и множество других в придачу — название, смысл, связь картины с тем, что мы знаем о гениальном да Винчи) и каким-то образом соединяем их в целое. И все-таки каждый из этих элементов изначально обрабатывается конкретной группой нейронов, а сами группы расположены на поверхности вентральной зрительной коры на расстоянии в несколько сантиметров друг от друга. Как же они поддерживают связь?

Вариантов несколько — например, нейроны могут образовывать крупные совокупности. В этом им помогают центры связи высших секторов коры. Эти центры, которые нейробиолог Антонио Дамасио зовет «зонами конвергенции»36, особенно широко распространены в префронтальной коре, однако встречаются и в других секторах передней височной доли, нижней теменной доли и так называемого предклинья, участка медиальной поверхности мозга. Все эти центры отправляют и получают бесчисленное количество сообщений, поддерживая связь с массой отдаленных областей мозга. Таким образом, нейроны этих областей интегрируют информацию в пространстве и времени. Затем многочисленные модули восприятия вырабатывают единую адекватную интерпретацию полученных данных («соблазнительная итальянка»). Эту глобальную интерпретацию можно снова передать в области, из которых были изначально получены сенсорные сигналы. В результате мы получаем единую целую картину. В глобальной передаче данных задействованы нейроны с длинными аксонами, передающими информацию снизу вверх, от префронтальной коры и связанной с ней высокоуровневой сети областей в сенсорные области более низкого уровня, и за счет этого создаются условия, необходимые для возникновения единого состояния сознания, одновременно дифференцированного и интегрированного.

Нобелевский лауреат Джеральд Эдельман назвал передачу данных туда-обратно «повторным входом»37. Опыт построения моделей нейронных сетей позволяет предположить, что повторный вход обеспечивает возможность сложного вычисления оптимальной статистической интерпретации зрительного образа38. Каждая группа нейронов исполняет роль специалиста-статистика, а для того чтобы объяснить свойства получаемой информации, эти группы сотрудничают между собой39. Так, например, «специалист по теням» решает, что темный участок на картине может быть тенью, но только лишь в том случае, если свет падает сверху слева. «Специалист по освещению» соглашается и, вооружившись этой гипотезой, объясняет, почему освещена верхняя часть изображенных предметов. Тут является третий эксперт, который говорит, что с учетом этих двух факторов оставшаяся часть изображения походит на лицо. И так они обмениваются данными до тех пор, пока каждый фрагмент изображения не получит предварительную интерпретацию.

Совокупности клеток, пандемониум, конкурирующие коалиция, аттракторы, зоны конвергенции с повторным входом… По всей видимости, в каждой из этих теорий есть крупица истины, и моя собственная теория глобального нейронного пространства во многом основана на этих теориях предшественников40. Я полагаю, что сознательное состояние возникает из стабильной, сохраняющейся в течение нескольких десятых долей секунды активации подгруппы активных нейронов рабочего пространства. Эти нейроны распределены по различным областям мозга и отвечают за различные аспекты одной и той же ментальной репрезентации. Для того чтобы оценить «Мону Лизу», требуется совместная активация миллионов нейронов, работающих с предметами, фрагментами смысла и воспоминаниями.

В процессе доступа в сознательный опыт между этими нейронами происходит двусторонний обмен информацией, реализуемый посредством длинных аксонов нейронов рабочего пространства и представляющий собой во многом параллельные попытки создать согласованную и синхронную интерпретацию. Когда эти процессы сливаются в один, возникает сознательное восприятие. Совокупность клеток, работающая с содержанием этого сознательного восприятия, распределена по всему мозгу, и фрагменты релевантной информации, выделенные той или иной областью мозга, объединяются потому, что под влиянием нейронов с длинными, далеко протянувшимися аксонами все прочие нейроны синхронизируют свою деятельность.

Возможно, синхронность нейронов является главным условием возникновения сознания. Сегодня мы все чаще наблюдаем, как удаленные друг от друга нейроны формируют крупные совокупности, синхронизируя собственные импульсы с фоновыми электрическими колебаниями41. Если эта картина соответствует действительности, тогда кодирующая все наши мысли мозговая сеть должна походить на рой светлячков, огоньки которых мерцают в едином для всей группы ритме. В отсутствие сознания в мозгу могут возникать локальные синхронизированные совокупности клеток — например, когда мы бессознательно кодируем значение слова в языковых сетях левой височной доли. Но префронтальная кора не получает доступа к соответствующему сообщению, поэтому оно не имеет обширного распространения и не проникает в сознание.

Предлагаю вам еще одно умозрительное изображение нейронного кода сознания. Вообразите себе 16 миллиардов нейронов коры вашего головного мозга. Каждый нейрон реагирует на ограниченное количество стимулов. Разнообразие стимулов, вызывающих реакцию, поражает: только в зрительной коре имеются нейроны, реагирующие на лица, руки, предметы, перспективу, формы, линии, кривые, цвета, трехмерность… Когда мы воспринимаем некое изображение, каждая клетка обрабатывает не более нескольких битов информации, но все вместе эти клетки могут создавать репрезентации огромного количества мыслей. В соответствии с моделью глобального рабочего пространства в каждый момент из этого огромного набора возможностей избирается один-единственный вариант, который и попадает в фокус нашего сознания. В этот момент происходит возбуждение всех соответствующих нейронов, которые действуют частично синхронно и подчиняются подгруппе нейронов префронтальной коры.