Сознание как эмергентное свойство

Чтобы понять человеческое сознание, нам, возможно, придется оперировать не компонентами, из которых состоит мозг, а взаимодействием этих компонентов. Если мы хотим увидеть, как простые элементы могут образовать нечто большее, чем они сами, достаточно взглянуть на ближайший муравейник.

Несколько миллионов муравьев-листорезов, образующих колонию, сами выращивают себе пищу, как фермеры. Часть муравьев выходит из гнезда на поиски свежей зелени; найдя подходящие листья, они отгрызают большие куски и тащат их в гнездо. Однако муравьи не едят эти листья. Рабочие особи меньшего размера пережевывают листья и используют их как удобрение для выращивания грибов в подземных «садах». Муравьи ухаживают за грибницей, на которой созревают маленькие плодовые тела – именно они идут в пищу муравьям. (Симбиоз стал настолько прочным, что грибы уже не способны размножаться сами; их существование полностью зависит от муравьев.) Используя эту успешную сельскохозяйственную стратегию, муравьи строят огромные подземные гнезда площадью несколько сотен квадратных метров. Подобно человеку, они создали сельскохозяйственную цивилизацию.

У этой цивилизации есть важная особенность: хотя колония является сверхорганизмом с удивительными свойствами, поведение каждого муравья примитивно. Он просто подчиняется локальным правилам. Муравьиная матка не отдает приказы и не координирует поведение остальных. Отдельный муравей лишь реагирует на локальные химические сигналы от других муравьев, личинок, незваных гостей, пищи, отходов или листьев. Каждая особь – это маленькая автономная единица, реакция которой определяется только его окружением и генетически запрограммированными правилами для этого вида муравьев.

Каждый муравей-листорез действует локально, не зная общей картины, однако на уровне колонии возникает сложное и адаптивное сельскохозяйственное сообщество.

Несмотря на отсутствие центра принятия решений, колонии муравьев-листорезов демонстрируют чрезвычайно сложное поведение. (Кроме сельскохозяйственной деятельности, они способны находить максимальное расстояние от всех входов в колонию, чтобы избавляться от мертвых тел, а это сложная геометрическая задача.)

Из наблюдения за колонией муравьев можно сделать важный вывод: сложное поведение целого не является следствием сложности отдельных организмов. Каждый муравей не знает, что является элементом процветающей цивилизации: он просто выполняет свою маленькую простую программу.

При объединении достаточного количества муравьев возникает сверхорганизм с гораздо более сложными коллективными свойствами, чем у его составляющих. Это явление, когда взаимодействие простых элементов приводит к появлению чего-то более сложного, называется эмергенцией.

Основа сверхорганизма муравьев – взаимодействие между особями. То же самое происходит в мозгу. Нейрон – просто специализированная клетка, подобная другим клеткам организма, но ее специализация позволяет ей инициализировать процессы и распространять электрические сигналы. Как и муравей, отдельная клетка мозга всю жизнь выполняет свою локальную программу, передавая электрические импульсы через мембрану, при необходимости вырабатывая нейротрансмиттеры, а также реагируя на нейротрансмиттеры других клеток. Вот и все. Нейрон живет в темноте. Каждый нейрон на протяжении всей жизни включен в сеть из других клеток, просто реагирующих на сигналы. Он не знает, что участвует в управлении вашими глазами, когда вы читаете Шекспира, или пальцами, играющими Бетховена. Он не знает о вас. Ваши цели, стремления и возможности полностью зависят от существования этих маленьких нейронов, однако сами они живут своей жизнью, не осознавая того, что создают все вместе.

Муравьи и нейроны всю жизнь подчиняются локальным правилам. Не обладающие сознанием муравьи образуют колонии со сложным поведением, а нейроны – нас.

Но если собрать достаточное количество этих клеток мозга, должным образом взаимодействующих друг с другом, возникнет разум.

Системы с эмергентными свойствами можно увидеть повсюду. Ни одна металлическая деталь самолета не может летать, но, когда вы должным образом соединяете эти детали, самолет поднимается в воздух. Каждый из элементов системы может быть очень простым. Смысл заключен в их взаимодействии. И во многих случаях компоненты являются заменяемыми.

Что требуется для сознания?

По всей вероятности, разум возникает в результате взаимодействия миллиардов элементов, из которых состоит мозг, хотя ученые пока еще не могут объяснить, как именно это происходит. Данная теория неизбежно приводит к фундаментальному вопросу: может ли разум возникнуть на основе взаимодействующих элементов любого рода? Например, может ли обладать сознанием город? Ведь город построен на взаимодействии элементов. Представьте, какое количество сигналов распространяется по городу: по телефонным проводам, волоконно-оптическим линиям, через канализационные трубы, удаляющие отходы, через каждое рукопожатие между людьми, каждый светофор и т. д. Масштаб взаимодействий в городе сравним с масштабом взаимодействий в мозгу человека. Разумеется, нам трудно оценить, обладает ли город сознанием. Как он нам об этом скажет? И как задать ему вопрос?

Чтобы это выяснить, необходимо ответить на более глубокий вопрос: достаточно ли просто большого количества элементов, чтобы сеть элементов обладала сознанием, или требуется определенная структура взаимодействий?

Высшая степень сознания коррелируется с более широким распространением возбуждения.

Профессор Джулио Тонони из Висконсинского университета пытается найти ответ на этот вопрос. Он предложил количественное определение сознания. По его мнению, недостаточно просто иметь взаимодействующие части. Взаимодействие должно быть определенным образом организовано.

Для исследования сознания в лаборатории Тонони использует транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС), сравнивая активность мозга в состоянии бодрствования и в состоянии глубокого сна (когда, как мы видели в главе 1, сознание исчезает). Вызывая импульсы электрического тока в коре мозга, он затем следит за распространением активности.

У бодрствующего, находящегося в полном сознании пациента от фокуса воздействия импульса ТМС расходится сложный рисунок возбуждения нейронов. Продолжительные всплески возбуждения распространяются на разные зоны коры, свидетельствуя о широте связей в нейронной сети. Когда же испытуемый находится в состоянии глубокого сна, такой же импульс ТМС стимулирует лишь ограниченную область, и возбуждение быстро затухает. Во сне сеть утрачивает бо́льшую часть своей связности. Аналогичная картина наблюдается у человека, впавшего в кому: возбуждение почти сразу затухает, но, как только человек приходит в себя, возбуждение распространяется гораздо шире.

Тонони убежден, что, когда мы бодрствуем и находимся в сознании, между различными зонами коры существует разветвленная связь; и наоборот, бессознательное состояние сна характеризуется отсутствием связи между зонами. Он утверждает, что обладающая сознанием система требует тонкого баланса между достаточной сложностью, чтобы отражать самые разные состояния (это называется дифференциацией), и достаточной связностью, чтобы удаленные части сети были тесно связаны друг с другом (так называемая интеграция). В его теории соотношение между дифференциацией и интеграцией выражается количественно, и он предполагает, что сознанием могут обладать лишь системы, у которых это соотношение попадает в определенный диапазон.

Сознание и нейробиология

Попробуем обратиться к личному, субъективному восприятию: спектаклю, который разыгрывается в голове лишь одного человека. Например, когда я надкусываю персик, любуясь закатом солнца, вы не можете в точности знать мои ощущения, а только догадываться о них, основываясь на собственном опыте. Мое сознательное восприятие принадлежит только мне, а ваше – вам. Как же можно изучать его с помощью научного метода?

В последние десятилетия ученые предпринимали попытки выявить «нейронные корреляты» сознания, то есть точные рисунки активности мозга, которые характерны для определенного восприятия, и только для него.

Рассмотрим двусмысленный рисунок утки/кролика. Как и в случае изображения молодой женщины или старухи в главе 4, вы в каждый конкретный момент можете воспринимать только одно изображение, но не оба сразу. Какова же сигнатура активности мозга, когда вы видите кролика? Что меняется в вашем мозгу, когда кролик становится уткой? Рисунок на странице остается неизменным, и поэтому изменения затрагивают только активность вашего мозга, ваше сознательное восприятие.

Если теория Тонони окажется верной, она даст неинвазивный доступ к уровню сознания пациентов, находящихся в коме. Кроме того, у нас появятся средства, позволяющие выяснить, наделена ли сознанием неживая система. Можно будет получить ответ на вопрос, обладает ли сознанием город: ответ будет зависеть от того, как организован поток информации, то есть выдерживается ли необходимое соотношение между дифференциацией и интеграцией.

Теория Тонони совместима с идеей, что человеческое сознание может оторваться от своих биологических корней. На его взгляд, хотя сознание преодолело долгий эволюционный путь, результатом которого стал мозг человека, оно не обязательно должно иметь биологическую основу. Сознание точно так же может существовать на основе кремния, если взаимодействие между элементами организовано должным образом.