Истинный творец всего. Как человеческий мозг сформировал вселенную в том виде, в котором мы ее воспринимаем
Шрифт:
Рисунок 4.10 обобщает принципы функционирования ансамблей нейронов и отражает их возможную иерархию от более общих (внешний круг) до более специфических (последующие внутренние круги).
Рис. 4.10. Иерархия физиологических принципов действия нейронных ансамблей. Внешний круг (принцип сохранения энергии) соответствует самому общему принципу. Внутренние круги последовательно отражают другие принципы – от более общих к более специфическим (рисунок Кустодио Роса).
За без малого тридцать лет экспериментальных исследований с наборами электродов я вывел и другие принципы, но перечисленных выше уже достаточно, чтобы продемонстрировать дилемму, которая возникает у нейробиологов, пытающихся выработать синтетическую теорию функционирования сложного органического мозга. Очевидно, что ни одна классическая теория традиционной нейробиологии
Последние десять лет я пытался сформулировать теорию функционирования мозга, которая объясняла бы все перечисленные выше принципы и экспериментальные данные. Ключевая особенность этой новой теории заключается в том, что она должна объяснять отсутствие фиксированных пространственных пределов, ограничивающих работу коры в качестве функциональной единицы. В соответствии с этим требованием я представлял кору в виде непрерывной сущности, в которой неврологические функции и поведенческие реакции могут возникать за счет вовлечения широко распределенных популяций нейронов, действующих в ансамбле. Активность таких ансамблей нейронов должна иметь некоторые ограничители, включая эволюционную историю вида, строение мозга, зависящее от генетического и постнатального развития, состояние сенсорной периферии, состояние внутренней динамики мозга, а также другие телесные ограничители, контекст выполняемой задачи, доступную для мозга энергию и максимальную скорость возбуждения нейронов.
Еще одна важная цель создания новой теории функционирования мозга заключается в поиске надежного физиологического механизма, который объяснял бы точную синхронизацию взаимодействий обширных просторов тканей коры и формирование функционального континуума для выполнения основных рутинных задач мозга. По этой причине я решил, что возможный механизм синхронизации следует искать в петлях белого вещества мозга – в биологических соленоидах, позволяющих разным областям мозга сообщаться между собой. И я задался вопросом: какой вклад в функционирование нашего мозга вносят электромагнитные поля, создаваемые потенциалами действия в пучках белого вещества?
Глава 5
Релятивистская теория мозга. Все решает пикотесла магнитного поля
Открытие того факта, что человеческий мозг опирается на динамические взаимодействия между обширными и широко распределенными популяциями сложных сетей нейронов, проливает свет на важнейшие и все еще не разгаданные тайны в области современных исследований мозга. Например, какие нейрофизиологические механизмы в процессе эволюции отвечали за слияние многих наших уникальных умственных способностей (таких как речь, модель психического состояния, изготовление орудий, общий и социальный интеллект, ощущение самих себя), позволив им объединиться и сформировать единый функциональный разум? Как мозг синхронизирует работу своих анатомических отделов, функционально связывая весь неокортекс, так что многие сенсорные сигналы, а также наши действия, абстракции и мысли сливаются в единый континуум? Каким образом мы на протяжении всей своей жизни обновляем и сохраняем воспоминания?
На поиски окончательных ответов на эти вопросы, вероятно, уйдет гораздо больше времени, чем я потратил на исследования за всю свою жизнь, но именно они движут мной и заставляют работать дальше в области системной нейробиологии. Я считаю, что нет более высокой цели, чем достичь более глубокого понимания этих важнейших проблем и найти их решение, исходя из предположения (и это серьезное предположение), что человеческий мозг способен полностью познать сам себя.
Если бы от меня требовалось в нескольких предложениях описать свою версию решения этих проблем исходя из нейрофизиологических принципов, рассмотренных в главе 4, я бы сделал это так. Мозг работает за счет рекурсивного смешения аналоговых и цифровых нейронных сигналов. Этот динамический процесс позволяет объединить нервную ткань в операционный континуум, задействованный в двунаправленном процессе взаимопревращения информации Шеннона и Гёделя (см. рис. 3.2). За счет рассредоточения энергии для физической записи информации Гёделя в нервную ткань (информация обладает прямой причинной эффективностью в отношении анатомических структур) мозг способен использовать входящие новые сигналы, описывающие окружающий мир, непрерывно обновляя свою внутреннюю модель реальности. И в итоге именно этот процесс проверок и обновлений собственной точки зрения мозга направляет действия нашей нервной системы в каждый момент времени.
Возможно, пока что эта моя догадка кажется многим читателем бессмыслицей. Но
Мое решение главной проблемы нейробиологии сводится к тому, что я называю релятивистской теорией мозга. Исходные положения релятивистской теории мозга я изложил в книге «За пределами границ», и на протяжении последних восьми лет мы с моим другом Рональдом Сикурелом работали сообща, чтобы и дальше разъяснять ее догматы; в 2014 году мы в соавторстве написали на эту тему монографию «Релятивистский мозг: как он работает и почему машина Тьюринга не может его воспроизвести». Я выбрал термин «релятивистский» из-за его исторического смысла, чтобы выразить невозможность существования абсолютной системы отсчета для естественных феноменов. В других сферах исследований Аристотель и Галилей среди прочих тоже защищали «релятивистскую» природу человеческих концепций (этики и морали) и природных явлений (падение предметов). Немецкий философ Эммануил Кант ввел представление о том, что можно назвать релятивистской природой восприятия, предположив, что мы не можем напрямую воспринимать внешний мир, а можем лишь создавать ментальные изображения этой реальности, опираясь на наши чувства и мысли. Разделявший эту точку зрения уважаемый австрийский физик Эрнст Мах считал, что всякое движение можно описать только по отношению к остальной вселенной. Мах также применил релятивистский подход в обсуждении человеческого восприятия. В 1886 году в книге «Анализ ощущений» он вторил Канту: «Воспринимаемые нами объекты представляют собой просто наборы смысловых данных, связанных между собой правильным образом. Не существует никаких других предметов, не зависящих от наших чувств – никаких вещей в себе… Таким образом, мы знаем только кажущуюся сторону, но не саму вещь в себе – лишь мир наших ощущений. Поэтому мы никогда и не узнаем, существует ли вещь в себе. Следовательно, говорить о таких понятиях не имеет смысла».
Интересно, что идея Маха о восприятии мира прекрасно соотносится с новым взглядом на мир революционно настроенной группы художников, создавших направление импрессионизма во Франции в конце XIX века. В пику реалистической школе, исповедовавшей детальное превращение внешней реальности в фотографически точное изображение, импрессионисты горячо верили в то, что их главное дело заключается в изображении их внутреннего, субъективно личного видения мира. Как тонко подметил бразильский искусствовед Марио Педроса, импрессионисты предлагали «разжижить твердое и срезать углы, превращая все, от фасадов соборов до структуры мостов, в одну цветную и пятнистую массу по всей поверхности холста, без какой-либо иерархии».
Мне по душе такой подход!
В общем, идеи Маха хорошо резонируют с выбором слова «релятивистский» для обозначения новой теории функционирования мозга. И хотя кто-то может утверждать, что это Альберт Эйнштейн ввел наблюдателя в релятивистскую систему координат для описания всего космического пространства, на деле ни он, ни его предшественники или последователи не пытались сделать шаг вперед и выявить внутренние релятивистские механизмы работы мозга наблюдателя. К счастью, введение релятивистской теории функционирования мозга теперь открывает возможность всерьез поговорить о том, что происходит.
Если следовать нейрофизиологической версии рассуждений Маха, центральная аксиома релятивистской теории мозга утверждает, что общий принцип действия мозга млекопитающих основан на непрерывном сравнении внутренней модели мира (и тела самого субъекта) с бесконечным многомерным потоком сенсорной информации, достигающей нашей центральной нервной системы в каждый момент жизни. Из этого сравнения человеческий мозг для каждого из нас выводит ощущение самого себя и мозгоцентрическое описание окружающей вселенной. Следовательно, чтобы выполнить любую задачу – от расчета движения руки до построения самой сложной сети причинно-следственных связей, необходимых для конструирования космического корабля, – человеческий мозг постоянно создает ментальные абстракции и аналогии в поисках лучших совпадений между его внутренними нейронными моделями и его видением мира и необходимой работы. Все, что когда-либо материализовывалось внутри человеческой вселенной – от разговорной речи до создания новых орудий, сочинения симфоний или планирования и осуществления чудовищного геноцида, – должно было вначале появиться в чьей-то голове в виде ментальной абстракции или аналогии. Таким образом, прежде чем я начну выполнять рукой какое-то сложное действие, тысячи или даже миллионы нейронов коры должны будут на время объединиться и образовать органическую вычислительную машину (в эту функциональную единицу также вовлекаются тысячи субкортикальных нейронов, но для простоты пока не будем о них говорить и сконцентрируем внимание на коре). Эта единица – функционально интегрированная нейронная сеть – отвечает за расчет программы движения, согласно которой и выполняется само действие. Я называю эту программу внутренней ментальной аналогией движения, которое будет выполнено телом через несколько сотен миллисекунд. В таком случае, следуя принципам физиологии ансамблей нейронов, эта нейробиологическая единица представляет собой истинный аналог компьютера, симулирующего движения тела с помощью конкретной дистрибутивной картины нейронной активности. Однако в соответствии с принципом вырожденности каждый раз, когда должно совершиться действие, эту предшествующую ему ментальную работу выполняют разные комбинации нейронов.