Одним весенним днем 1994 г. я сидел в своем кабинете в МТИ, погрузившись в вычисления. Внезапный телефонный звонок вернул меня к действительности. Приятным женским голосом телефон сообщил мне: «Вас беспокоит Джин из офиса Алана Альды. Не кладите, пожалуйста, трубку. С вами будет разговаривать мистер Альда».

Через несколько секунд я услышал голос, который, как мне показалось, я уже где-то слышал: «Привет! Меня зовут Алан Альда. Не уверен, знаете ли вы меня. Я – актер».

«В самом деле?» – озадаченно пробормотал я.

«Я тут читаю вашу статью в Scientific American про синхронизацию и хотел бы поговорить с вами о ней».

Он рассказал мне, что его всегда занимали всевозможные модные увлечения людей, и он хотел бы понять, нельзя ли объяснить эти увлечения как некую разновидность поведенческого синхронизма людей. Это предположение показалось мне весьма спорным, однако я был заинтригован. Мы договорились о встрече, и я рассказал ему, как добраться до моего офиса: войти в центральное здание под куполом, пройти по «Бесконечному коридору», повернуть направо в том месте, где на стене висит портрет Норберта Винера, и перейти в корпус 2.

Когда он явился ко мне, он начал излагать свою идею еще до того, как уселся в кресло. Он вспомнил такие модные увлечения, как хула-хуп и так называемые pet rocks (стилизованные «домашние животные», изготовленные из крупной морской гальки). Эти увлечения возникали словно ниоткуда и распространялись по миру со скоростью инфекций. Буквально в течение нескольких недель миллионы людей увлеченно вертели вокруг талии обруч и пытались создать из крупных кусков морской гальки какие-то подобия домашних животных. Эти модные увлечения проходили так же быстро, как и возникали. Каков механизм этого процесса? И почему некоторые идеи быстро овладевают массами, тогда как другие не вызывают у людей практически никакого отклика? Что это: вопрос везения и удачи? Может быть, это просто разновидность массовой истерии? Может быть, в этих внезапных появлениях тех или иных увлечений кроется какая-то внутренняя логика? Если такая внутренняя логика действительно существует, то, как полагал мой гость, нам следовало бы уяснить ее, поскольку «социальные инфекции» такого рода можно было бы поставить на службу каким-то полезным вещам. Например, примерно миллион детей каждый год умирают от обезвоживания, причем это происходит даже в тех местах, где налажена регидратация (восполнение жидкости в организме) у детей. А что, если мы каким-то образом сможем создать среди матерей этих детей «моду» на регидратацию? Когда представители органов здравоохранения пытались побудить людей к использованию презервативов на Филиппинах или побудить африканских девочек учиться в школе, то, чтобы донести соответствующие месседжи до широких масс населения, они использовали популярные песни и комиксы, надеясь запустить своего рода «эпидемию» требуемых социальных перемен. Несмотря на то что таким способом удалось достичь каких-то реальных успехов, эти меры приносили, как правило, лишь временный эффект. Возможно, более глубокое понимание модных увлечений помогло бы нам обеспечить более продолжительный эффект.

Алан Альда всесторонне исследовал этот вопрос: прочитал все классические труды социологов, посвященные поведению толпы и психологии толпы, ознакомился с работами известных специалистов по маркетингу и рекламе; он даже ознакомился с работами биолога-эволюциониста Ричарда Доукинса, который выдвинул гипотезу о том, что «мемы» – это психологический эквивалент генов, заразительные идеи, конкурирующие за выживание, причем победители в этой конкурентной борьбе распространяются в ходе некого культурного варианта естественного отбора. Сколь бы интересными ни казались эти гипотезы, Алан чувствовал, что ни одна из них не докопалась до самых корней проблемы и что загадка модных увлечений так же далека от своего разрешения, как и прежде. Алан чувствовал, что не хватает подробной, поддающейся проверке теории, которая объясняла бы динамику модных увлечений. Поэтому, когда он прочитал статью о связанных осцилляторах и математической теории таких осцилляторов, у него возник вопрос: не является ли внезапное возникновение очередного модного увлечения неким аналогом того, как светлячки внезапно начинают мерцать в унисон?

Его предположение казалось правдоподобным, однако его было бы нелегко сформулировать математически. Существующая теория синхронизации сводилась главным образом к ритмичному синхронизму, когда все элементы являются осцилляторами, всегда повторяющими один и тот же цикл, предсказуемый, как цикл маятника. Поведение людей не укладывается в столь жесткие рамки. К тому же единственным поддающимся описанию вариантом представления таких систем были глобальные сети, соединения элементов которых построены по принципу «каждый с каждым». Вряд ли такие сети имели много общего с социальными сетями, по которым распространяются модные увлечения. Однако самым обескураживающим было то, что правила, которым подчиняются взаимодействия между людьми – аналог связи между осцилляторами, – не только неизвестны нам, но и, возможно, вообще непознаваемы. Я с большим сожалением был вынужден сообщить ему об этом, так как не знал, чем могу помочь ему.

После этого мы беседовали с Аланом еще три часа. Диапазон обсуждавшихся нами тем был внушительным: начиная с проблем эволюции и психологии и заканчивая теорией хаоса и квантовой механикой. Когда наш разговор подошел к концу, я предложил Алану пообедать вместе в кафетерии МТИ, что в «Мемориале Уолкера». Мы взяли кое-какие блюда, уселись за свободный столик и продолжили разговор о науке. Несколько студентов устремили свои взоры на наш столик и начали перешептываться о чем-то, а один из моих коллег подошел к нам, делая вид, будто хочет спросить у меня что-то. Через какое-то время стало невозможно игнорировать молодого человека, расхаживающего мимо нашего столика туда и обратно. В конце концов он отважился остановиться и подождал, пока мы не взглянули на него.

– Гм, извините за беспокойство.

– Слушаем вас.

– Извините еще раз. Я просто хотел спросить: вы – профессор Строгац?

– Да, это я.

– О, я просто хотел сказать, что читал вашу книгу о хаосе и она очень понравилась мне.

Когда он отошел, мы с Аланом взглянули друг на друга и рассмеялись.

Такое могло случиться только в МТИ…

Вопрос Алана о модных увлечениях, которым так часто бывают подвержены люди, показал, как мало мы знаем о гуманитарном аспекте синхронизма. В прошлом специалисты по теории связанных осцилляторов уклонялись от рассмотрения вопросов психологии и группового поведения. Тем не менее, от признаков существования синхронизма в человеческом обществе отмахнуться невозможно: стадный менталитет биржевых маклеров и порождаемые им взлеты и падения фондовой биржи; брутальная тупость больших скоплений людей; политические и экономические просчеты, вызванные так называемым «групповым мышлением»; и даже такие безвредные курьезы, как возникновение неловкого момента на какой-нибудь вечеринке с коктейлем, когда все одновременно замолкают на какое-то время. Все перечисленное является примерами синхронизма на уровне группы. Психологические измерения синхронизма также проявляются на индивидуальном уровне. Что можно сказать, например, по поводу музыки, которая так волнует нас, или по поводу проявлений синхронизма в живой природе, грациозных движений птичьих стай или косяков рыбы? А что можно сказать по поводу доставляющих нам огромное удовольствие коллективных танцев? Почему нас приводит в восхищение синхронизм и, в более широком аспекте, совпадения как таковые?

Когда Алан высказывал мне свои соображения по поводу модных увлечений, математический аппарат, описывающий групповое поведение людей, был развит еще очень слабо. Если не считать ряд новаторских исследований, выполненных в 1950-е годы Анатолием Рапопортом, а также более поздних работ таких математиков-социологов и экономистов, как Томас Шеллинг – первооткрыватель так называемого «переломного момента», или «поворотного пункта», – развитие этой области науки затруднялось отсутствием эмпирических исследований и соответствующего математического инструментария, а также тем обстоятельством, что компьютерное моделирование в ту пору пребывало лишь на эмбриональной стадии своего развития. Однако в последние несколько лет эта область науки переживает свое второе рождение. Социологи используют методы теории сетей для анализа простых моделей мятежей, модных увлечений и распространения инноваций. Физики недавно исследовали, как во время концертов восточноевропейские зрители переходят от разрозненных и хаотических аплодисментов к громким, синхронизированным хлопкам в ладоши. Специалисты по теории сложности вырабатывают новые представления о потоке дорожного движения, объясняя, почему «пробки» на дорогах могут не рассасываться часами – даже в отсутствие автомобильных аварий или каких-либо других очевидных причин – или каким образом популяция водителей-эгоистов может самопроизвольно и непреднамеренно сформировать «кооперативную» картину потока, когда все транспортные средства движутся синхронно, подобно движению густой однородной массы.

Результаты, полученные в ходе таких исследований, как правило, кажутся парадоксальными и нелогичными. Возникают непредвиденные формы коллективного поведения, которые вовсе не вытекают из свойств отдельных индивидуумов, составляющих такой коллектив. Конечно, все эти модели являются крайне упрощенными, но дело вовсе не в этом. Несмотря на то что их идеализированное поведение оказывается для нас неожиданным, это позволяет нам сделать выводы относительно того, что следует ожидать в реальной ситуации.

Недавние исследования, касающиеся модных увлечений, строятся на классической модели, разработанной в 1970-е годы социологом Марком Грановеттером. Он проиллюстрировал свои результаты историей о гипотетической толпе из 100 человек, которые, возможно, пребывают на стадии зарождения мятежа. Грановеттер предположил, что решение каждого из этих людей о том, участвовать ли ему в мятеже, зависит от действий всех остальных членов этой толпы. Зачинщики начнут мятеж, даже если остальные не присоединятся к ним. Другим людям, чтобы присоединиться к мятежу, нужно увидеть некое критическое количество других, уже присоединившихся к мятежу. Считается, что это критическое количество – порог принятия решения о собственном участии – распределено по популяции согласно некоторому распределению вероятности.

Самый известный пример Грановеттера относится к случаю толпы с равномерным распределением порогов, находящихся в диапазоне от 0 до 99. Другими словами, у одного из участников этой толпы порог равняется 0, у другого – 1, и т. д. Легко предсказать, как будут развиваться события в такой толпе. Человек с нулевым порогом готов присоединиться к мятежу, даже если пока еще никто, кроме него самого, не изъявил такого желания. Этот человек является зачинщиком мятежа. Затем к участникам мятежа присоединяется человек с порогом 1, поскольку он уже видит одного участника мятежа (зачинщика). Теперь, когда в мятеже уже готовы участвовать два человека, к ним присоединяется человек с порогом 2. Одним словом, начинает действовать хорошо известный «эффект домино»: мятеж рекрутирует все новых и новых людей до тех пор, пока его участниками не станут все 100 человек. Все это вполне очевидно, за исключением одного нюанса. Допустим, говорит Грановеттер, что в исходный состав толпы вносится небольшое изменение. Допустим, что вместо человека с порогом 1 там появляется человек с порогом 2. Теперь, после появления зачинщика не оказывается ни одного желающего присоединиться к нему, поскольку порог всех остальных членов толпы больше единицы. Иными словами, мятеж подавляется на корню.

Самым удивительным здесь является то, что две описанные гипотетические ситуации почти неразличимы между собой – по крайней мере, если пользоваться обычными социологическими показателями. В среднем картина толпы почти не изменилась; распределения порогов в том и другом случае также почти идентичны. Тем не менее, исходы в том и другом случае диаметрально противоположны: в первом случае в мятеже участвуют все, а во втором все ограничивается одним маньяком-зачинщиком. Сторонний наблюдатель мог бы описать первую толпу как сборище головорезов, а вторую – как мирную демонстрацию, в которую затесалась одна-единственная «паршивая овца», зачинщик, хотя на самом деле обе эти толпы являются практически точными копиями друг друга. Вывод из этого примера заключается в том, что коллективная динамика толпы может оказаться чрезвычайно чувствительной к ее составу, что может быть одной из причин столь непредсказуемого поведения больших толп.

Среди многих упрощений, заложенных в модели Грановеттера, самым серьезным, возможно, является предположение о том, что все члены толпы очень хорошо знают друг друга. Такая аппроксимация является социологическим аналогом системы связей по принципу «каждый с каждым», с которой мы уже сталкивались в простейших моделях осцилляторов, где каждый светлячок мог видеть всех остальных светлячков. Дункан Уоттс (который в настоящее время уже является профессором социологии в Колумбийском университете) недавно разработал математический аппарат для более реалистичного случая, когда каждый оказывается в сфере влияния определенного подмножества друзей и близких знакомых. Его модель мотивирована ситуациями, когда доминирующей формой взаимодействия является молва (так называемое «сарафанное радио») или общение посредством определенной социальной сети (в отличие от «всеобщего оповещения» или «глобальной видимости»). В таких децентрализованных сетях спонтанные вспышки координированного поведения могут казаться особенно загадочными и необъяснимыми. Эту загадку Уоттс формулирует следующим образом.

Все эти общественные явления связаны со стадным поведением, когда каждый человек руководствуется в своих собственных действиях решениями других людей. Рассмотрим это на более абстрактном уровне. Представьте себе сеть, состоящую из узлов любого рода – компаний, людей, стран или других субъектов принятия решений, причем каждый узел такой сети должен сделать один и тот же бинарный выбор: принять какую-то новую технологию или нет, поднять мятеж или нет, подписать Киотский протокол или нет. Как и в модели Грановеттера, решение о приеме новой технологии, поднятии мятежа или подписании Киотского протокола определяется тем, какое количество других узлов уже приняли соответствующее решение, – правда, на этот раз каждый узел обращает внимание лишь на решения определенной совокупности своих «соседей», то есть узлов, решения которых влияют на его собственное решение. (Например, решение некой компании о покупке аппарата факсимильной связи в 1985 г., когда такие устройства были большой редкостью, в значительной мере зависело от того, приобрели ли такие устройства бизнес-партнеры этой компании, поскольку полезность такого устройства в значительной мере зависела от количества партнеров, с которыми данная компания могла обмениваться информацией.) Порог каждого узла определяется как та часть соседей, которая должна выполнить соответствующее действие, прежде чем это действие выполнит данный узел. Чтобы обеспечить известное разнообразие в популяции, Дункан предположил, что некоторые узлы в большей степени склонны к риску, чем другие; кроме того, он предположил, что некоторые узлы располагают более обширной системой связей. С математической точки зрения это означает, что как пороги, так и количества соседей распределены по всей популяции. Наконец, исходя из количества соседей, которые оказывают влияние на решения, принимаемые тем или иным узлом, каждый узел устанавливает соответствующие связи с членами популяции, выбирая их произвольным образом (хотя такой вариант представляется не очень-то реалистичным, даже при таком допущении анализ оказывается весьма непростым).

Процесс начинается, когда один из узлов выбирается (произвольным образом) в качестве инициатора, совершающего первый шаг – запуск процесса. Это можно представлять себе как падение первой костяшки домино. Затем, один за другим, в произвольном порядке, каждый узел смотрит на своих соседей и определяет, какая часть их уже «упала». Если к этому моменту порог данного конкретного узла уже превзойден, он «опрокидывается». В противном случае он продолает стоять. После того как обход всех узлов завершится, процесс проверок и «падений» начинается вновь. Какие-то из костяшек домино упадут уже в первом раунде (те соседи инициатора, пороги которых оказались достаточно низкими, чтобы упасть после того, как упадет инициатор). Они, в свою очередь, могут инициировать вторичные волны падений. Но если инициатор обладает слабой системой связей или если его соседи представляют собой консервативную совокупность с высокими порогами, то процесс может затухнуть, едва начавшись.

В этой идеализированной вселенной Дункану удалось определить, при каких именно условиях единственная костяшка домино запустит сильный лавинообразный процесс. Ему также удалось вычислить вероятность и масштаб таких каскадов, а также факторы риска, которые делают сеть в большей или меньшей степени предрасположенной к возникновению таких каскадов. Эти выводы с неизбежностью носят статистический характер; ничего нельзя сказать заранее о конкретных результатах каждого сеанса моделирования на компьютере: подробности исхода меняются от одного сеанса моделирования к другому. Эти подробности зависят от местоположения инициатора, от распределения порогов по популяции, от того, какой системой связей располагает каждый из узлов. Тем не менее проявляется ряд интересных тенденций, которые невозможно было бы предвидеть, опираясь лишь на доводы здравого смысла.

Основной результат заключается в том, что такая модель отображает два разных фазовых перехода, широко известных как переломный момент, или поворотный пункт. Если сеть располагает очень разреженной системой связей, она превращается, по сути, в совокупность небольших островков, и каскады не могут распространяться за пределы любого из этих островков. На более высоком, критическом уровне системы связей сети – первый переломный момент – островки внезапно связываются между собой в гигантскую сеть, в результате чего становятся возможными глобальные каскады. Теперь узел-инициатор может запустить «эпидемию» изменений, которая в конечном счете заражает большую часть популяции. По мере дальнейшего наращивания системы связей сети масштаб каскадов поначалу становится еще большим, а их возникновение становится еще более вероятным (впрочем, это нетрудно было предвидеть), но затем – и это уже оказывается неожиданным – масштаб каскадов становится еще большим, но возникают они реже и внезапно вообще прекращаются, когда сеть превышает некий критический порог системы связей сети. Этот второй переломный момент возникает вследствие эффекта разжижения: когда у какого-либо узла появляется слишком много соседей, каждый из них оказывает слишком малое влияние, чтобы самостоятельно запустить процесс падений. (Вспомните, что каждый узел сравнивает свой порог с частью своих соседей, которые уже упали, а не со всеми ними. Чем больше соседей у узла, тем меньшее влияние оказывает каждый из них – в «частичном» смысле.)

Непосредственно перед наступлением этого второго переломного момента исход оказывается чрезвычайно непредсказуемым – во многом так же, как это бывает с реальными модными увлечениями. На сеть могут воздействовать тысячи перспективных инициаторов, каждый из которых провоцирует в лучшем случае обманчивую «рябь», которая быстро затухает. С этой точки зрения сеть представляется весьма стабильной и устойчивой к внешним воздействиям. Затем появляется инициатор – на первый взгляд неотличимый от тех, кто вступал в действие до него – тем не менее именно этому инициатору удается запустить массивный каскад. Иными словами, вблизи этого второго переломного момента модные увлечения возникают редко, но если уж они возникают, то принимают гигантские масштабы.

Вот что происходит в этом случае (на интуитивном уровне). Внутри сети скрывается некое подмножество узлов, которое Дункан называет уязвимым кластером. Определяющим здесь является геометрическая структура этого кластера – способ, посредством которого он «просачивается» через остальную сеть. Выражаясь языком маркетинга, уязвимый кластер состоит из так называемых ранних последователей («энтузиастов», «первопроходцев»): это не инициаторы, а узлы, готовые к тому, чтобы опрокинуться, как только опрокинется хотя бы кто-нибудь из их соседей. Вблизи второго переломного момента уязвимый кластер очень узок и почти незаметен – он занимает очень малый процент сети в целом, – поэтому шансы активизировать его с помощью случайного инициатора весьма невелики. Но после того как он оказывается активизирован, «пожар» с него постепенно перебрасывается на соседей, которые, в свою очередь, распространяют этот пожар на своих собственных соседей; этот процесс неумолимо продолжается до тех пор, пока весь этот гигантский компонент (обширная, взаимосвязанная сетчатая структура узлов, которая занимает доминирующее положение в системе) не оказывается объят пламенем. Самым удивительным здесь оказывается то, что почти все узлы в этом гигантском компоненте не являются ранними последователями: они представляют собой более консервативную совокупность с более высокими порогами (в литературе по маркетингу их называют «ранним и поздним большинством»). Однако поскольку сеть оказывается столь плотно связанной вблизи второго переломного момента, искра, которой удалось активизировать уязвимый кластер, способна создать достаточный импульс для активизации практически всех остальных узлов.

Очевидно, что модель Дункана является весьма упрощенной: она оставляет за скобками все богатство реальной структуры общества, приписывает всем отношениям дружбы между людьми одинаковый вес и исходит из того, что все инициаторы одинаково «заразительны» – но даже в этом случае она успешно моделирует особенности реальных модных увлечений, которые кажутся нам наиболее загадочными: их непредсказуемость, сравнительную редкость их появления и капризность их поведения. В частности, ползучее распространение какого-нибудь немыслимого каскада вблизи второго переломного момента очень напоминает малобюджетный хит, который неспешно начинает завоевывать популярность в массах, раскручиваясь за счет молвы.

Эта модель позволяет также делать поддающиеся проверке прогнозы, которые касаются не отдельно взятых модных увлечений (которые, как гласит теория, непредсказуемы по своей природе), а статистики многих из них, рассматриваемых в совокупности. Эти статистические выводы позволяют понять, какие вмешательства вероятнее всего способны вызвать каскады. Например, анализ показывает, что неоднородность популяции может иметь разнонаправленные последствия. Расширение диапазона порогов дестабилизирует систему, делая ее более восприимчивой к модным увлечениям (главным образом из-за наличия большего числа ранних последователей, обеспечивающих «разжигание»), тогда как расширение диапазона связности сети (увеличение количества соседей в расчете на один узел) способствует стабилизации системы. К тому же каскады обычно начинаются в разных местах вблизи двух переломных моментов этой модели. Вблизи первого переломного момента, когда сеть все еще остается разреженной и слабо связанной, каскады легче всего инициируются в хабах – узлах с наибольшим количеством связей. Вблизи второго переломного момента те немногие каскады, которые действительно возникают, обычно инициируются в среднестатистических узлах, ничем особенным не выдающихся, просто потому, что таких узлов появилось очень много.

В отличие от модных увлечений, существует по меньшей мере одна форма группового поведения людей, с которой подавляющее большинство из нас сталкивается почти каждый день: дорожные пробки, образующиеся в часы пик. Согласно большинству прогнозов, ситуация с дорожным движением будет только ухудшаться. К 2020 г. среднестатистический житель Лос-Анджелеса будет тратить в два раза больше времени на дорогу к месту работы и обратно домой, чем в 1990-е годы, а средняя скорость дорожного движения к тому времени будет составлять 24 мили в час. Изучаются разные предложения по разгрузке автомагистралей, например введение платы за проезд, совершенствование систем массовых перевозок и использование раздельных магистралей для легковых автомобилей и грузового транспорта. Между тем физики и специалисты по теории сложности применяют новые подходы к исследованию динамики образования заторов на дорогах. Их новые модели исходят из того, что дорожный трафик представляет собой более сложное и непредсказуемое явление, чем принято считать, главным образом по причине нелинейных взаимодействий между водителями.

Несмотря на то что обычно мы не рассуждаем о дорожном движении в этих терминах, оно представляет собой общественное явление в том смысле, что поведение одного водителя оказывает влияние на соседних с ним водителей. Если кто-то из них внезапно выруливает перед вами, вам приходится побыстрее жать на тормоза, причем ваша реакция может вызвать целую волну нажатий на тормоза позади вас, что в худшем случае может привести к катастрофическому наезжанию автомобилей друг на друга. Даже в менее драматических ситуациях у каждого водителя есть возможность покуражиться над своими соседями по дороге, слишком опасно сближаясь с другими транспортными средствами, агрессивно маневрируя или беспричинно сигналя. В этом смысле напряженный дорожный трафик порождает конфликт, который встречается во всех социальных дилеммах: конфликт между личным интересом и общественным благом. У каждого из нас есть те или иные основания для того, чтобы вести себя эгоистически: водители-альтруисты далеко не всегда добираются в пункт назначения быстрее остальных. С другой стороны, безудержный эгоизм делает вождение автомобиля малоприятным для всех нас, как бывает, например, в случае, когда какой-нибудь шут гороховый пытается неспешно преодолеть перекресток с напряженным движением и внезапно застревает посреди этого перекрестка, полностью блокируя движение на нем.

Поэтому столь неожиданными оказались недавние результаты моделирования дорожного трафика, которые предсказали, что повсеместное распространение такого водительского эгоизма может, при определенных обстоятельствах, приводить к идеальной гармонии всех участников дорожного движения. Это самоорганизующееся состояние было открыто в 1998 г. Дирком Хелбингом, лидером в новой области, которая называется физикой трафика, и Бернардо Хуберманом, специалистом по теории сложности, который обычно тратит свое время на размышления об интернете. Эти двое ученых моделировали динамику реалистичного комплекса из сотен виртуальных легковых автомобилей и грузовиков, движущихся по двухполосной автомагистрали. Каждый из автомобилей подчинялся определенным (и вполне разумным) правилам: разгоняться лишь до оптимальной безопасной скорости, замедлять скорость, чтобы избежать опасного сближения и столкновения с движущимся впереди транспортным средством, переходить с одной полосы на другую, чтобы обогнать автомобиль, движущийся впереди (если позволяет окружающая обстановка), и т. п. Виртуальные водители даже наделялись некоторыми «сумасбродными» человеческими качествами (например, перейдя с одной полосы на другую, водитель ни с того ни с сего может сбросить скорость).

Хелбинг и Хуберман вычислили долговременные картины дорожного трафика при самых разных условиях. Когда на дороге находилось лишь несколько легковых автомобилей, все они без проблем обгоняли медленно движущиеся грузовики, даже не прибавляя скорость, в то время как сами эти грузовики тащились на безопасной для себя максимальной скорости порядка 55 миль в час. При более высоких, но все еще весьма умеренных плотностях трафика находились и такие водители легковых автомобилей, которым не повезло: им приходилось достаточно долгое время плестись позади грузовиков, поскольку окружающая обстановка не позволяла им совершить обгон или перейти на другую полосу.

При достижении некой критической плотности трафика – приблизительно 35 транспортных средств на каждой полосе в расчете на каждую милю трассы – все легковые автомобили и грузовики самопроизвольно синхронизировались, продвигаясь по автомагистрали, подобно монолитному телу. Примечательно, что, повинуясь исключительно чувству конкуренции и не располагая каким-либо координирующим органом или центральным руководством, большая группа водителей-эгоистов вошла в состояние сотрудничества, которое оказалось оптимальным для всех них. (Адам Смит аплодирует стоя.) Это состояние оказалось оптимальным в том смысле, что плотность потока оказалась настолько высокой, насколько было возможно в подобной ситуации: количество легковых автомобилей и грузовиков, проходящих данный отрезок автомагистрали за час, было максимизировано. К тому же это был самый безопасный способ езды, поскольку у водителей не было возможностей менять полосы движения или обгонять друг друга (между тем именно такие маневры приводят в большинстве случаев к дорожным происшествиям). Хелбинг и Хуберман сверили результаты работы своей модели с данными, характеризующими движение на одной из голландских двухполосных автомагистралей, и обнаружили свидетельства того, что состояние, предсказанное их моделью, было реализовано на практике. При достижении критической плотности потока скорости автомобилей достигли самой высокой стабильности (которая измерялась флуктуациями скоростей автомобилей), а переходы с одной полосы на другую и обгоны – минимизировались. К сожалению – и это также было предсказано моделью Хелбинга и Хубермана, – такое идеальное состояние оказалось очень неустойчивым. Когда плотность потока оказывалась чуть больше критической, возникало дезорганизованное «жидкое» состояние, которое вновь создавало возможности для обгона, что, в свою очередь, приводило к неустойчивому, дерганому движению по принципу «двигайся-останавливайся».

Хелбинг и Хуберман предложили использовать на въездах на автомагистраль светофоры, управляемые компьютером, чтобы можно было все время поддерживать состояние, при котором движение по автомагистрали всего множества транспортных средств подобно монолитному телу. Этими светофорами должны управлять мгновенные данные, собираемые с проводных электронных датчиков, которые пересекаются транспортными средствами в процессе их движения по автомагистрали. Если эти датчики обнаруживают какой-то зазор после прохождения некоторым блоком машин границы въезда на автомагистраль, светофор должен сменить свой цвет на зеленый, чтобы позволить большему числу автомобилей въехать на автомагистраль и заполнить таким образом зазор с целью поддержания потока в состоянии синхронизма; когда же возникает угроза распада монолитного блока, в результате чего движение будет осуществляться по принципу «двигайся-останавливайся», светофор снова должен сменить свой цвет на красный. Такая стратегия отличалась бы от той, которая в настоящее время применяется, например, на автомагистрали Long Island Expressway, где сигналы светофора на въезде на эту автомагистраль меняются по заранее установленному расписанию. Этот новый подход, к сожалению, не решит проблему образования пробок в часы пик, но при средних плотностях трафика он мог бы помочь более безопасному и бесперебойному движению на автомагистрали.

Другая форма синхронизированного трафика была открыта двумя годами ранее Борисом Кернером и Хубертом Реборном, физиками компании DaimlerChrysler в Штутгарте, где они анализировали данные, собранные с датчиков, встроенных в автобаны Германии. Для диапазона плотностей, простирающихся от беспрепятственного движения до практически неподвижных пробок, они обнаружили странное, очень перегруженное состояние, в котором все автомобили резко снижали скорость своего движения до одного и того же значения и оставались на своих полосах, продвигаясь вперед, подобно некой однородной и монолитной массе. Однако в отличие от синхронизированного состояния, обнаруженного Хелбингом и Хуберманом, это состояние не разделялось медленно движущимися грузовиками. Оно возникало само по себе и охватывало лишь легковые автомобили. Создавалось впечатление, что самопроизвольное замедление возникало вблизи въездов на автомагистрали, когда необычайно много легковых автомобилей втискивалось на уже переполненную дорогу в утренний час пик. Этот внезапный приток машин каким-то образом конденсировал соседний трафик примерно так же, как пылинка помогает водяному пару сконденсироваться в каплю.

Однако по-настоящему особенным в этом состоянии было то, что оно поддерживалось на протяжении двух часов, то есть по прошествии значительного времени с момента нормализации притока машин на автомагистраль. Другими словами, эта картина способна поддерживаться самостоятельно. Она даже посылает волны заторов в обратную сторону по автомагистрали. Тем из водителей, кто въехал на дорогу позже и столкнулся с этими волнами «двигайся-останавливайся», они кажутся загадочными. Задержки движения возникают периодически без каких-либо видимых причин.

Последующее компьютерное моделирование показало, что такая картина не поддерживается перегруженностью самой по себе. После того как скачок трафика на въезде на автомагистраль рассосется, последующее движение могло бы осуществляться так же беспрепятственно – даже при той же совокупности водителей и при той же плотности трафика. Такая, более приятная, альтернатива является столь же стабильной и самоподдерживающейся. Но водители не могут коллективно достичь ее. Они оказываются вовлеченными в один стабильный режим и не могут перейти в более благоприятный. В этом отношении синхронизированный трафик подобен спиральным и свиткообразным волнам в BZ-реакции или разрушительным вращающимся волнам, которые являются причиной сердечной аритмии. После того как эти волны сформируются, их очень трудно погасить. Чтобы добиться немедленного облегчения, к трафику нужно применить дефибрилляцию.

К сожалению, подобной технологии пока не существует. В действительности в тот день, когда на этом конкретном германском автобане были собраны такие данные, произошло следующее: эта пульсирующая перегруженность трассы продолжалась вплоть до 9:30 утра. К этому времени движение на въезде на автомагистраль разредилось настолько, что самоподдержание этой картины стало невозможным. Синхронизированное состояние самопроизвольно рассосалось, и движение снова стало беспрепятственным.

Несмотря на то что синхронизация трафика происходит непреднамеренно, большинство форм массового синхронизма у людей являются преднамеренными. Нам очень нравится петь и танцевать вместе, дружно топать ногами, «пускать волну» на трибунах во время футбольного матча. Однако когда все пытаются действовать дружно, групповое поведение, возникающее при этом, может заключать в себе ряд неожиданностей. Рассмотрим, например, зрителей, хлопающих в унисон. На первый взгляд, это явление не нуждается в дополнительных пояснениях, и именно поэтому мы неоднократно использовали его в качестве метафоры для других видов синхронизма. Но когда ученые наконец взяли на себя труд измерить его, результат этих измерений привел их в изумление.

В 1999 г. несколько физиков из восточноевропейских стран посетили концертные залы в Румынии и Венгрии и записали аплодисменты нескольких зрительских аудиторий по окончании оперных и театральных представлений. Выполненные ими записи показали, что поначалу зрители бурно аплодировали, затем спонтанно переходили к громоподобным ритмическим хлопкам в более медленном темпе, затем аплодисменты вновь переходили в какофонию; таким образом зрительская аудитория шесть или семь раз совершала переходы от хаоса к синхронизму и обратно. Чтобы исследовать этот процесс более подробно, Золтан Неда и его аспирант Эржебет Раваш предлагали отдельным учащимся старших классов школы остаться в одиночестве в какой-нибудь комнате и хлопать в ладоши двумя разными способами. Сначала каждому из учащихся предлагалось хлопать в ладоши так, словно они только что прослушали выдающееся выступление. Этот стиль аплодисментов оказался быстрым и нерегулярным: в среднем по четыре хлопка в секунду, но с широкими вариациями как у отдельных участников эксперимента, так и по популяции участников эксперимента в целом. Затем экспериментаторы попросили учащихся представить, будто они хлопают в ладоши синхронно с некой воображаемой зрительской аудиторией. Теперь хлопки замедлились до размеренных двух хлопков в секунду, то есть стали в два раза медленнее, чем в предыдущем случае, – так, словно человек пропускал каждый второй хлопок, – в то же время становясь гораздо более точными, как если бы возникало устойчивое совместное понимание того, каким должен быть правильный темп.

Поведение зрительской аудитории в целом теперь можно было объяснить именно с этой точки зрения. Вследствие наличия у людей определенных культурных ожиданий все члены зрительской аудитории знают, что они хотят хлопать в унисон. Но каждому из членов зрительской аудитории присущ свой собственный, характерный именно для него темп совершения хлопков. Чтобы добиться синхронизма, каждый из членов зрительской аудитории замедляет свой собственный темп совершения хлопков примерно в два раза, в результате чего дисперсия частот совершения хлопков уменьшается (как показали эксперименты с учащимися старших классов). Теперь, как в случае моделей связанных осцилляторов Уинфри и Курамото, когда дисперсия частот совершения хлопков сокращается в достаточной степени, система совершает резкий фазовый переход, после чего спонтанно возникает синхронизм. Хитрость – и это не приходило в голову ни одному из теоретиков – здесь заключается в том, что за синхронизм приходится платить определенную психологическую цену. Несмотря на то что коллективные аплодисменты действительно звучат очень громко, хлопки совершаются в два раза реже, чем в случае более быстрых, бурных и несинхронных аплодисментов, неизбежным следствием чего является то, что совокупное «количество шума», просуммированное по времени, оказывается меньшим, чем в случае разобщенного, хаотического хлопанья в ладоши. Каким-то образом зрительская аудитория это чувствует, кумулятивный уровень шума оказывается не в состоянии передать их возбуждение, поэтому они производят больше шума единственным доступным им способом – ускоряя свои хлопки. Однако при этом расширяется распределение их частот (поскольку более быстрые хлопки, как показывают измерения, становятся более хаотическими). Поэтому фазовый переход происходит в обратном направлении, а зрительская аудитория в целом снова скатывается в хаос. В каком-то смысле зрительская аудитория недовольна компромиссом между оптимальной синхронизацией и оптимальной интенсивностью шума: она не может одновременно оптимизировать и то, и другое.

Авторы исследования иронически замечают, что эти колебания между хаосом и синхронизмом никогда не наблюдались во время коммунистического правления, при котором им приходилось жить в годы их молодости. Люди, слушавшие выступления «великого вождя», покорно хлопали в апатичном синхронизме, не испытывая никакого желания ускорить аплодисменты и перейти в хаотическое выражение своих чувств.

Даже в столь автоматической форме группового поведения, как хлопанье в ладоши, можно обнаружить присутствие человеческой психологии. Однако – по крайней мере до настоящего времени – все модели пренебрегали капризами человеческого волеизъявления. Они намеренно исходили из того, что все люди ведут себя подобно роботам, и пытались понять, что можно объяснить хотя бы на этой основе. В модели модных увлечений, предложенной Дунканом Уоттсом, человек поддается модному увлечению, как только будет превзойден порог, присущий этому человеку. В моделях дорожного движения водитель ускоряется или замедляется по мере изменения окружающей обстановки, как если бы он представлял собой одушевленную версию круиз-контроля (то есть устройства, поддерживающего оптимальную скорость движения автомобиля). В моделях искусственных сообществ люди, склонные к систематическому уничтожению своих соплеменников, стараются не высовываться, пока за ними присматривают миротворцы ООН, но как только миротворческие войска покидают страну, в ней разворачивается вакханалия убийств.

Это происходит потому, что указанные модели упрощены до такой степени, что их достоверность вызывает большие сомнения. Во многих формах группового поведения люди не склонны полагаться на собственный разум. «Умопомешательство у каждого из людей в отдельности встречается довольно редко, – утверждал Ницше, – но в группах, партиях, странах и эпохах оно является скорее правилом, чем исключением». Возможно, это является частью того, что кажется нам столь ужасающим, когда мы видим колонны марширующих нацистов. В руках тоталитарных режимов синхронизм становится символом всего, что недостойно человека. «Тот, кто бодро марширует под звуки военного марша, уже заслуживает моего презрения, – говорил Эйнштейн. – Господь наделил его головным мозгом по ошибке, поскольку такой индивид вполне мог бы обойтись спинным мозгом».

Ирония судьбы заключается, однако, в том, что синхронизм также является неотъемлемой частью наиболее прекрасных форм самовыражения человека в балете, в музыке и даже во взаимной любви двух людей, чьи сердца стучат в унисон. Разница в том, что эти формы синхронизма являются более гибкими и мягкими, в отличие от упоминавшихся выше – бездумных, косных и брутально монотонных. Они воплощают в себе качества, которые, как принято считать, присущи только человеку: ум, способность к тонким переживаниям и чувство духовной близости с другими людьми, которое возникает лишь как высшая форма сочувствия и сопереживания.

Наряду с синхронизацией друг с другом мы подчас испытываем ощущение синхронизма с окружающим миром. Самым ярким примером в этом отношении является наша вовлеченность во вращение Земли вокруг собственной оси, в суточный цикл света и темноты. Но помимо циркадных ритмов существует не так уж много хорошо задокументированных случаев человеческого синхронизма с окружающей средой.

Например, фазам луны уже давно приписывают всевозможные зловещие эффекты. Согласно поверьям, в периоды полнолуния совершается больше опасных преступлений (а также больше самоубийств, обращений за психиатрической помощью, передозировок лекарств и покусаний собаками). Существуют даже научные статьи, авторы которых приводят статистические данные, призванные подтвердить наличие таких «лунных эффектов». Но если со статистическими данными обращаться аккуратно, то корреляция с фазами луны бесследно исчезает. Приведу лишь один пример недобросовестных исследований в этой области. Некоторые авторы заявляют, что в периоды полнолуния происходит больше автокатастроф. Правда, они забывают отслеживать недельные или сезонные колебания числа автокатастроф. Автокатастрофы чаще всего происходят вечером в пятницу или в субботу, в новогоднюю ночь и в другие праздничные дни, а также летом (в силу множества вполне очевидных причин). Поэтому если полнолуние совпадет с одним из указанных периодов, неминуемо произойдет соответствующее искажение статистических данных. Статистики, которые вносили поправку на подобные календарные эффекты, пришли к выводу, что полнолуние не оказывает существенного влияния на частоту автокатастроф. В целом, идет ли речь об уровне рождаемости или частоте убийств, квартирных кражах или природных катаклизмах, заслуживающие доверия исследования показывают, что полнолуние не оказывает существенного влияния на людские дела. Тем не менее, многие из тех, кто обладает повышенной чувствительностью – в том числе полицейские чины и персонал служб экстренной медицинской помощи, – продолжают верить в обратное.

Этот «лунный миф» служит примером наивной стороны нашего желания обнаружить порядок во Вселенной и, особенно, связать ритмы собственной жизни с ритмами других обитателей космоса. Тот же побудительный мотив заставляет людей верить в астрологию и «биоритмы» – несколько подзабытую псевдонауку, пользовавшуюся большой популярностью в 1970-е годы. (В то время можно было купить наручные часы Casio, снабженные стильным калькулятором биоритмов, чтобы у вас была возможность заранее вычислить так называемые «неблагоприятные дни».) Соответствующая теория гласила, что в организме человека в предсказуемые моменты времени (с периодичностью, составляющей в точности 23, 28 и 33 дня) наблюдаются подъемы и спады физических способностей, эмоционального состояния и интеллектуальных сил, причем это относится к каждому из нас, независимо от нашего возраста, пола, состояния здоровья или генетической изменчивости. Десятки строго научных независимых исследований, выполнявшихся в 1970-е годы разными ведомствами (в том числе по заказу военных и авиакомпаний), не обнаружили каких-либо свидетельств существования биоритмов. Не удалось также обнаружить подтверждений идеи «синхронизма», принадлежащей Карлу Юнгу (он заявлял, что значимые совпадения в жизни человека случаются чаще, чем это можно было бы объяснить чистой случайностью). Тем не менее, как хотелось бы верить в подобные чудеса! Взять хотя бы пример из моей собственной жизни. Я не раз спрашивал себя, что заставило меня в тот дождливый день в Англии заглянуть в книжный магазин Хеффера, где на одной из полок мне бросился в глаза интересный заголовок: The Geometry of Biological Time. Лично для меня он был интересен тем, что буквально за год до того я написал дипломную работу, подзаголовок которой поразительно походил на название этой книги: «Эссе по геометрической биологии». Если бы не эта случайная встреча с книгой Арта Уинфри и если бы не случайное совпадение слов в названии этой книги и моей дипломной работы, то, вполне возможно, я никогда не познакомился бы с Артом Уинфри, никогда не заинтересовался бы синхронизмом и никогда не написал бы книгу, которую вы держите сейчас в руках.

Проблема с подобной аргументацией заключается в том, что любого человека – в том числе и профессионального математика – легко сбить с толку, когда требуется оценить вероятность какого-либо редко случающегося события. Даже правильная постановка вопроса может вызвать затруднения. В статье о совпадениях статистики Перси Диаконис и Фредерик Мостеллер обсуждают удивительный, на первый взгляд, случай, когда некая женщина дважды выигрывала лотерею штата Нью-Джерси. Передовая статья в The New York Times описала это совпадение как практически невероятное, оценив вероятность повторного выигрыша как 1 к 17 триллионам. Однако я бы назвал это правильным ответом на неправильно поставленный вопрос. Такая вероятность предполагает, что женщина купила по одному билету на два розыгрыша лотереи – и оба эти билета оказались выигрышными. На самом же деле она часто играла в лотерею, покупая каждый раз по несколько билетов. Правильный вопрос должен был бы звучать так: при условии, что каждый день, год за годом, миллионы людей покупают лотерейные билеты, какова вероятность того, что кому-либо из них удастся дважды в жизни стать победителем лотереи? Если вопрос сформулировать именно таким образом, то событие, которое казалось практически невероятным, теперь представляется вполне правдоподобным: шансы на то, что в течение семи лет кто-то где-то в Соединенных Штатах дважды станет победителем лотереи, оказываются выше, чем 50 на 50. По правде говоря, женщине из Нью-Джерси повезло еще больше: ей удалось сорвать куш дважды в течение четырех месяцев. Даже в этом случае шансы на то, что где-то с кем-то может случиться нечто подобное, оказываются выше, чем 1 к 30 – маловероятно, однако вполне возможно!

В лучшем случае достижению определенного синхронизма человека с окружающей средой (помимо вовлеченности в циркадные ритмы) может способствовать влияние тех или иных внешних сигналов на электрические ритмы в нашем мозге. Например, Норберт Винер описал ужасный эксперимент, проведенный в Германии в 1950-е годы, когда некие неназванные ученые пытались синхронизировать мозговые волны человека, подвергая его воздействию мощного электромагнитного излучения. Как повествует об этом Винер, к потолку был подвешен тонкий лист жести, подсоединенный к одному терминалу генератора, вырабатывающего напряжение 400 вольт с частотой 10 Герц, что соответствует частоте альфа-ритма головного мозга. Винер пишет, что такая установка «способна создавать электростатическую индукцию буквально всего, что находится в помещении» и что «она способна оказывать физическое воздействие на мозг, вызывая у человека весьма неприятные ощущения».

Эти ощущения могут быть похожи на то, что испытали на себе сотни японских детей, смотревших вечером 16 декабря 1997 г. очередную серию «Покемонов» (карманных монстров). Этот гиперкинетический мультфильм, пользовавшийся огромной популярностью у детей, содержал сцену, в которой один из персонажей уничтожал компьютерный вирус, приводя в действие «вакцинную бомбу». Зрители подвергались воздействию чрезвычайно яркой вспышки и мощного звука, имитирующего звук взрыва, сопровождавшихся ярко-красными, белыми и синими вспышками, действовавшими подобно стробу, 12 вспышек в секунду на протяжении пяти секунд. Дети по всей стране сразу же начали испытывать болезненные ощущения. У некоторых из них началась рвота. У некоторых начались припадки. У кого-то на короткое время остановилось дыхание. Встревоженные родители начали звонить в службы экстренной медицинской помощи, более 600 детей были доставлены в больницы каретами скорой помощи. Столь сильное воздействие мультфильма усугублялось спецификой японского жилья, площадь которого во многих случаях невелика, в то время как японцы предпочитают устанавливать у себя дома крупноформатные телевизоры. (Просмотр телевизионных программ в типичной японской квартире напоминает просмотр фильма в кинотеатре, когда вы сидите в первом ряду.) Один четырнадцатилетний мальчик, сидевший в менее чем трех футах от крупноформатного телевизора, потерял сознание и очнулся лишь через полчаса. В числе пострадавших оказалось еще большее количество людей, когда тем же вечером, несколько позже, японские новостные программы, поступив совершенно безответственно, повторили самые «впечатляющие» отрывки из мультфильма.

Сильное оптическое воздействие, вызываемое пульсирующими, калейдоскопическими вспышками света, стало очевидной причиной припадков так называемой фоточувствительной эпилепсии – редкого заболевания, которое стало встречаться все чаще и чаще с распространением телевизионных игр и видеоигр. Точная причина фоточувствительной эпилепсии по-прежнему остается неизвестной, но полагают, что ею может быть нарушение синхронизации, возникающее вследствие того, что мозговые волны «увлекаются» вспышками света, что заставляет нейроны мозга срабатывать в несвойственном для них ритме и вызывать эпилептический припадок. Эта гипотеза согласуется с результатами клинических наблюдений, которые свидетельствуют о том, что самыми опасными являются частоты в диапазоне от 15 до 20 Герц, то есть лишь незначительно превышающие частоту альфа-ритма головного мозга. Таким образом, здесь мы имеем дело со случаем, когда быстрый периодический сигнал, поступающий из окружающей среды, оказывал сильное воздействие на биологию человека.

Более быстротечный вид синхронизма, по-видимому, фигурирует в одной из величайших нерешенных проблем человеческой психологии, а именно: каким образом мозг рождает сознание. Несмотря на то что ученым до сих пор не удалось уяснить нейронную основу человеческих мыслей и чувств, недавно стало возможным приоткрыть завесу над тем, как мозг распознает лицо человека, запоминает слово или сосредоточивается на чем-либо. Нейробиологи выяснили, что такие акты распознавания связаны с кратковременным всплеском нейронного синхронизма, в ходе которого миллионы далеко отстоящих друг от друга клеток мозга внезапно начинают включаться и выключаться в идеальном синхронизме с частотой примерно 40 раз в секунду, после чего так же быстро рассинхронизируются, позволяя возникнуть очередной мысли или очередному чувству. Если такое представление соответствует действительности, то сверкнувшая в нашем мозгу догадка является не чем иным, как всплексом электрического синхронизма – моментом, когда отдельные участки мозга начинают действовать во взаимной гармонии.

Первые шаги в этом направлении исследований были сделаны в начале 1980-х годов, когда Кристоф фон дер Мальсбург из университета Южной Каролины высказал предположение о том, что нейронный синхронизм может послужить механизмом для решения «проблемы связывания» – давней загадки в науке о мозге. Чтобы проиллюстрировать эту проблему, представьте, что вы сидите в переполненном душном кафе, потягивая кофе и слушая рок-музыку. Тем временем возле вашего столика теснятся люди, громко разговаривают и приветствуют друг друга. Без каких-либо заметных усилий вы внезапно осознаете, что держите в руке чашку кофе. Но как именно вам удалось осознать это? На первый взгляд, ничего сложного в этом нет. Между тем осознание того, что вы держите в руке чашку кофе, ассоциируется с множеством ощущений. Когда ваш взгляд падает на чашку кофе, свет отражается от ее поверхности и попадает на сетчатку вашего глаза, выявляя округлую форму чашки, ее гладкую текстуру и белый цвет. Каждая их этих визуальных характеристик передается затем на разные участки вашего мозга для последующей обработки и интерпретации. В то же время молекулы испаряющегося кофе попадают на рецепторы в вашем носу и инициируют ритмические всплески нейронной активности в ваших обонятельных центрах (плюс дополнительный всплеск удовольствия в вашей лимбической системе, связанный с роскошным ароматом свежемолотых зерен кофе). Между тем у вас возникают другие, менее желательные ощущения: запах сигаретного дыма, суета людей, толкающих время от времени ваш столик. Эти ощущения возбуждают свои собственные совокупности нейронов. Итак, возникает следующий вопрос: каким образом вашему мозгу удается разобраться во всей этой нейронной суматохе? В частности, какой физический процесс «склеивает» требуемые характеристики вместе, формируя у вас целостное восприятие чашки, отличающее ее от звуков рок-музыки, сотрясений столика, за которым вы сидите, и всех прочих посторонних ощущений, которые возникают одновременно, но не имеют никакого отношения к образу чашки?

Кристоф фон дер Мальсбург выдвинул гипотезу о том, что разные совокупности нейронов (нейронные кластеры), обрабатывающие разные характеристики чашки, должны на какую-то долю секунды колебаться строго синхронно. Именно за счет этого временного синхронизма мозгу удается связать их вместе и определить, что все они относятся к одному и тому же объекту. Но фон дер Мальсбург отчаялся проверить правильность своей гипотезы экспериментальным путем. Он предполагал, что даже если нейронные кластеры действительно колеблются во взаимном синхронизме, их заглушит непрестанный «дребезг», создаваемый другой электрической активностью мозга. «У экспериментатора нет возможности выделить полезный сигнал на фоне этого шума, – сказал он однажды. – Мысль останется невидимой».

Пессимизм фон дер Мальсбурга не оправдался. К 1989 г. проблески синхронизма начали проявляться в экспериментах на животных. Группа нейробиологов, возглавляемая Чарльзом Греем и Вольфом Сингером, продемонстрировала кошке, находящейся под наркозом, изображение движущегося прямоугольника и обнаружила, что нейроны, реагирующие на прямоугольник, начали вырабатывать ритмические разряды с частотой от 30 до 60 циклов в секунду. Эта «стрельба» была непродолжительной, примерно треть секунды, но очень синхронизированной, в ходе которой нейроны выдавали серию соответствующих электрических пиков и впадин.

Самым удивительным, возможно, является то, что даже клеткам, которые разделены огромными с анатомической точки зрения расстояниями, что соответствует примерно половине площади, занимаемой зрительной зоной коры головного мозга, удавалось осциллировать практически синхронно. Чтобы выяснить, означает ли эта скоординированная осцилляция, что кошка воспринимала этот прямоугольник как единое целое, Грей и Сингер удалили середину прямоугольника и двигали оба оставшихся фрагмента, придавая им вид двух независимых объектов. Те же самые клетки мозга продолжали вырабатывать разряды, но на этот раз несинхронно, как и предсказывал фон дер Мальсбург.

В то время результаты, полученные Греем и Сингером, вызвали острую дискуссию. Звучали обычные утверждения, которые, как всегда в подобных случаях, отрицали доводы, свидетельствующие в пользу важной роли синхронизма, сколь бы убедительными эти доводы ни были. Самые закоренелые скептики отрицали существование явления, обнаруженного Греем и Сингером. Одни заявляли об ошибочности статистического анализа, выполненного учеными, или утверждали, что кратковременная корреляция между нейронами, находящимися на значительном удалении друг от друга, могла возникнуть чисто случайно. Другие рассуждали об отсутствии какого-либо известного механизма, который позволял бы нейронам, находящимся на значительном удалении друг от друга, синхронизироваться настолько точно, как об этом заявляли Грей и Сингер. (Было трудно понять, каким образом многочисленные клетки могут приводиться в действие практически одномоментно, с разницей во времени, не превышающей тысячной доли секунды.) Однако в течение нескольких последующих лет были опровергнуты эти и многие другие возражения, за исключением одного, которое заключалось в том, что синхронизм действительно мог иметь место, однако не играл никакой роли и представлял собой бесполезный побочный продукт электрической активности в мозге кошки, свидетельствующий о глубинных процессах в мозге не больше, чем электромагнитное излучение частотой 50 Гц, вызванное прохождением электрического тока питания настолького компьютера.

В 1990-е годы появились более убедительные доказательства связи между синхронизмом и распознаванием. В ходе экспериментов с разными животными, начиная с цикад и заканчивая обезьянами, исследователи обнаружили, что синхронизированная нейронная активность неизменно оказывается связанной с примитивными формами распознавания, запоминания и восприятия (например, умение различать два запаха или обнаруживать изменение в ориентации некоторой формы). Но поскольку мы не можем точно знать, что именно воспринимает животное, убедить скептиков так и не удалось. Они желали видеть неоспоримые доказательства того, что синхронизм действительно необходим для распознавания, а не просто связан с ним. Например, в эксперименте Грея и Сингера скептики не нашли неоспоримых доказательств того, что кошка воспринимает прямоугольник как единое целое в одном случае и как два прямоугольника в другом случае, хотя человек воспринимал бы эти два случая именно так. Единственным способом получить однозначный ответ на этот вопрос было бы проведение экспериментов с людьми.

Одно из таких исследований, о результатах которого в 2001 г. было доложено Юргеном Феллом и его коллегами из Боннского университета в Германии, выявило интересную связь между нейронным синхронизмом и кратковременной памятью. Исследователи попросили добровольцев запомнить списки слов, затем на короткое время отвлекли их выполнением другой задачи, после чего проверили, как испытуемые запомнили предложенные им списки слов. Между тем на фазе запоминания информации исследователи оценивали картины активизации нейронов в гиппокампе испытуемых, а также в участке их коры головного мозга, ответственном за обоняние (известно, что эти два соседних участка коры головного мозга задействованы в запоминании информации). (Этот эксперимент был весьма примечателен в техническом отношении: в ходе этого эксперимента нейронная активность измерялась непосредственно, а не опосредованно, путем анализа мозговых волн. Испытуемые были эпилептиками, в мозг которых ранее уже вживлялись электроды, что было одним из этапов подготовки к предстоящим нейрохирургическим процедурам. Это предоставляло исследователям уникальную возможность осуществлять запись непосредственно из клеток головного мозга человека в процесс запоминания им информации.)

Вполне естественно, что каждый из испытуемых какую-то часть слов запоминал, а какую-то забывал. Однако самое интересное заключалось в том, что в этих двух случаях их нейроны вели себя по-разному в момент, когда человек впервые видел слова. Спустя четверть секунды после того как испытуемые видели слова, которые им удалось хорошо запомнить, в их мозге возникал синхронизм между гиппокампом и участком коры головного мозга, ответственным за обоняние, однако такой синхронизм не возникал, когда они впервые видели слова, которые впоследствии быстро забывали. Если выразить ту же самую мысль несколько по-иному, это означает, что, наблюдая картину электрической активности в мозге человека, когда он пытается запомнить какое-либо слово, исследователь может предсказать, насколько успешным окажется процесс запоминания в данном случае. Исследователь может увидеть, смог ли мозг в нужный момент мобилизоваться в достаточной степени.

Неясно, что означает такой всплеск синхронизма. Он может означать не что иное, как отголосок запоминания, формируемого другими, более важными, но еще не открытыми процессами – точно так же, как гром представляет собой последствие молнии, а не ее причину. С другой стороны, не исключено, что синхронизм играет важнейшую роль в самом процессе запоминания, как это могло бы быть, если бы соответствующие химические и электрические события, связанные с ним, каким-то образом готовили гиппокамп к запоминанию новой порции информации или облегчали поиск и извлечение этой информации. Такое предположение выглядит вполне правдоподобно с биологической точки зрения: известно, что связи между нейронами укрепляются, когда нейроны активизируются одновременно (зачастую этот принцип формулируется так: «нейроны, которые вместе активизируются, лучше связаны между собой»). Упрочняя связи между нейронами в критических областях мозга, синхронизм, возможно, облегчает процесс краткосрочного запоминания. Еще одна возможность – которая всегда появляется, когда возникает синхронизм – заключается в том, что, активизируясь в унисон, соответствующие нейроны возвышают свой голос на фоне общего «электрического шума» в мозге точно так же, как люди, начинающие петь в унисон, привлекают всеобщее внимание во время шумной вечеринки. Координируя свою электрическую активность, синхронные нейроны усиливали бы свое «послание», делая его более заметным для других нейронов.

Еще более интересный эксперимент недавно пролил свет на загадку восприятия: каким образом формируется картина мира в нашем сознании, без каких-либо видимых усилий объединяя разнообразные ощущения в единое целое. Есть люди, страдающие определенными расстройствами нервной системы, которым такое объединение не удается. Это приводит к необычным патологиям, подобным той, которая была описана Оливером Саксом в его книге The Man Who Mistook His Wife for a Hat («Человек, который принял свою жену за шляпу»). Этот человек мог распознать ее глаза, нос, рот и остальные части ее лица, но не мог сложить все эти элементы в единую картину, то есть воспринять ее лицо как единое целое. Узнать в лицо какого-либо человека было для него почти неразрешимой проблемой. Чтобы узнать кого-либо, ему приходилось прикладывать невероятные усилия, тогда как большинству из нас это удается легко и практически мгновенно; по крайней мере это не требует от нас сознательных усилий. Вопрос формулируется так: что происходит в нашем мозгу, когда мы распознаем чье-либо лицо именно как лицо, а не как совокупность не связанных между собой фрагментов?

В ходе одного из исследований, выполненных в 1999 г., группа нейробиологов, возглавляемая Франциско Варелой, предложила добровольцам взглянуть на так называемые «лица Муни», смутные черно-белые изображения, похожие на лица, если рассматривать их прямо, но превращающиеся в бессмысленные кляксы, если рассматривать их вверх ногами.

Экспериментаторы выводили одно из таких изображений на экран компьютера и просили испытуемого нажать как можно быстрее одну из двух кнопок в зависимости от того, воспринимал ли испытуемый это изображение как лицо. Тем временем мозговые волны испытуемого отслеживались посредством массива из 30 электродов, прикрепленных к разным участкам его головы.

Примерно через четверть секунды после изучения изображения мозговые волны испытуемого демонстрировали шквал «гамма-осцилляций», вызываемых миллионами нейронов, ритмично активизирующихся с частотой около 40 циклов в секунду на разных участках коры головного мозга, связанных с обработкой визуальных образов. Эти коллективные осцилляции происходили в обоих случаях – и когда изображение на экране выглядело как лицо, и когда оно выглядело как клякса. Было очевидно, что эти коллективные осцилляции возникают в момент восприятия, момент бессознательного Ага!, когда мозг уясняет, что именно он видит. Но несмотря на то что частоты осцилляции были примерно одинаковыми в обоих случаях, степень синхронизма существенно различалась. Лишь когда испытуемый видел изображение лица, электрические разряды синхронизировались на участках мозга, далеко отстоящих друг от друга.

Разница здесь такая же, как между какофонией и хоровым пением. Воспринимая кляксу, все нейроны, расположенные в разных визуальных центрах, осциллировали с одной и той же частотой, составляющей 40 циклов в секунду, однако все они осциллировали вразнобой, в результате чего создавался бессмысленный шум, свидетельствующий о неспособности мозга уяснить форму, воспринимаемую нейронами. С другой стороны, воспринимая изображение лица на экране, нейроны не только осциллировали с одной и той же частотой, но делали это строго синхронно, а это свидетельствовало о том, что разнородные характеристики складывались в совокупное восприятие лица, представленного на экране.

Последующие события в мозге были не менее впечатляющими. Еще до того как у испытуемого появлялась возможность проявить осознанную реакцию и нажать соответствующую кнопку, всплеск синхронизма затухал. Электрическая согласованность между нейронами быстро пропадала подобно тому, как осознанно переходят на нестроевой шаг солдаты, перед тем как вступить на мост. Франциско Варела и его коллеги утверждают, что эта активная рассинхронизация может представлять собой способ, с помощью которого мозг стирает информацию, записанную на «грифельной доске» (мозге человека), чтобы предоставить возможность сформироваться следующему нейронному хору, который будет играть роль основы для появления очередной мысли или действия. В данном эксперименте очередное действие заключалось в выработке двигательной реакции – нажатии определенной кнопки на компьютерной клавиатуре. И, как и следовало ожидать, в течение примерно трех четвертей секунды после того как изображение было показано на экране компьютера (что очень близко к времени реагирования типичного человека), в мозге отмечался второй всплеск синхронизма – на сей раз между участками, отвечающими за двигательную реакцию. Неудивительно, что этот второй раунд синхронизма наступал независимо от того, воспринял испытуемый лицо, показанное на экране, или нет, поскольку ту или иную кнопку необходимо было нажать в любом случае.

Эти исследования рисуют картину человеческого существования, способную привести нас в замешательство. Когда мы занимаемся своими повседневными делами, чувствуя себя ответственными за свою жизнь, мы ведем себя подобно роботам даже в большей степени, чем могло бы показаться на первый взгляд, переходя из одного нейронного состояния в другое, ощущая голод, узнавая лицо кого-то из своих друзей, вспоминая о необходимости купить пакет молока по пути домой, – причем все это зависит от того, какие именно совокупности нейронов синхронизируются в тот или иной момент времени. Кто-то из ученых утверждает, что сознание может представлять собой субъективное восприятие этих состояний синхронизма, возникающих в нашем мозге. Другие ученые идут в этом отношении еще дальше, заявляя, что синхронизм лежит в основе самого сознания. В одной из недавних статей, озаглавленной «Зомби внутри нас», нейробиолог Кристоф Кох из Калифорнийского технологического института и его сотрудник Френсис Крик (один из ученых, открывших двойную спираль ДНК; в настоящее время занимается исследованиями мозга в Салковском институте биологических исследований [Salk Institute for Biological Studies]) утверждают, что «сознание предполагает синхронизированную активизацию нейронов на миллисекундном уровне, тогда как некоррелированная активизация может влиять на поведение, не вырабатывая этого особого “жужжания” в голове».

В самых необычных своих проявлениях это особое жужжание способно вызывать неописуемо странные ощущения. Если вы сами не испытывали подобных ощущений, эти слова могут показаться вам смешными, но если все же испытывали, то наверняка понимаете, что именно я имею в виду. Поверьте, это потрясающие ощущения! Лично со мной это случается один-два раза в году, причем случается совершенно неожиданно. Например, я могу стоять в ванной перед зеркалом, чистить зубы и, взглянув на себя, внезапно подумать: «Кого я вижу?» или «Кто это?»

Сейчас я безуспешно пытаюсь подобрать слова, которыми мог бы выразить, насколько это странно – размышлять о своем собственном сознании, о своем собственном самосознании. В эти необычные моменты перед зеркалом я чувствую, как это странно – обладать сознанием. Я вижу перед собой некое нагромождение атомов, похожее на меня, но я-то знаю, что это лишь совокупность молекул воды, белков, липидов и всего остального в этом роде, скомпонованного определенным образом; однако эта конструкция осознает себя и смотрит на меня из зеркала. Какова роль химии во всем этом, во мне и в моем ощущении себя как личности? Иными словами, какова физическая основа сознания? Никто не может ответить на эти вопросы, но было бы верхом справедливости, если бы Кох и Крик оказались правы, поскольку, если сознание представляет собою побочный продукт какой-то разновидности нейронного синхронизма, то сами по себе размышления о синхронизме – чем я, собственно говоря, занимаюсь уже на протяжении трехсот с лишним страниц этой книги, – колоссальный по своей значимости акт синхронизма как такового.